Практическо приложение на закона на Фарадей за електромагнитна индукция

Думата „индукция“ на руски означава процесите на възбуждане, насочване, създаване на нещо. В електротехниката този термин се използва повече от два века.

След като прочете публикациите от 1821 г., описващи експериментите на датския учен Ерстед върху отклоненията на магнитната игла близо до проводник с електрически ток, Майкъл Фарадей си постави задачата: превръща магнетизма в електричество.

След 10 години изследвания той формулира основния закон на електромагнитната индукция, обяснявайки това електромоторна сила се индуцира във всеки затворен контур. Стойността му се определя от скоростта на промяна на магнитния поток, проникващ в разглеждания контур, но взет със знак минус.

Предаване на електромагнитни вълни на разстояние

Първото предположение, което осъзна мозъка на учения, не беше увенчано с практически успех.

Той постави два затворени проводника един до друг. В близост до едната инсталирах магнитна игла като индикатор за преминаващия ток, а в другата жица дадох импулс от мощен галваничен източник от онова време: волтов стълб.

Изследователят предположи, че с токов импулс в първата верига, променящото се магнитно поле в нея ще предизвика ток във втория проводник, който ще отклони магнитната игла. Но резултатът се оказа отрицателен — показателят не работи. По -скоро му липсваше чувствителност.

Мозъкът на учения предвижда създаването и предаването на електромагнитни вълни на разстояние, които сега се използват в радиоразпръскване, телевизия, безжично управление, Wi-Fi технологии и подобни устройства. Той просто беше разочарован от несъвършената база от елементи на измервателните устройства от онова време.

Производство на електроенергия

След лош експеримент Майкъл Фарадей промени условията на експеримента.

За експеримента Фарадей използва две намотки със затворен контур. В първата верига той подаваше електрически ток от източник, а във втората наблюдаваше появата на ЕМП. Токът, преминаващ през завоите на намотката №1, създава магнитен поток около бобината, прониква в намотката № 2 и образува в нея електродвигателна сила.

По време на експеримента на Фарадей:

• включи импулс за подаване на напрежение към веригата със стационарни намотки;
• когато токът беше приложен, той въведе горната намотка в долната намотка;
• фиксирана намотка № 1 постоянно и въведена намотка № 2 в нея;
• промениха скоростта на движение на бобините един спрямо друг.

Във всички тези случаи той наблюдаваше проявата на индукция на ЕМП във втората намотка. И само с преминаването на постоянен ток през намотка № 1 и неподвижни бобини, нямаше електродвижеща сила.

Ученият определи това индуцираната във втората намотка ЕМП зависи от скоростта, с която се променя магнитният поток. Той е пропорционален на размера му.

Същият модел се проявява напълно, когато преминава затворен контур линии на магнитно поле на постоянен магнит. Под влияние на ЕМП в проводника се генерира електрически ток.

Магнитният поток в разглеждания случай се променя в контура Sk, създаден от затворена верига.

По този начин разработката, създадена от Фарадей, направи възможно поставянето на въртяща се проводима рамка в магнитно поле.

След това е направен от голям брой завои, фиксирани в ротационни лагери.В краищата на намотката бяха монтирани плъзгащи пръстени и четки, плъзгащи се по тях, и товар беше свързан през клемите на корпуса. Резултатът е модерен алтернатор.

Неговият по -опростен дизайн е създаден, когато намотката е фиксирана върху неподвижен корпус и магнитната система започва да се върти. В този случай методът за генериране на токове се дължи на електромагнитна индукция не е нарушен по никакъв начин.

Принципът на действие на електродвигателите

Законът за електромагнитната индукция, който Майкъл Фарадей е пионер, позволява различни дизайни на електродвигатели. Те имат сходна структура с генераторите: подвижен ротор и статор, които взаимодействат помежду си поради въртящи се електромагнитни полета.

Електрическият ток преминава само през намотката на статора на електродвигателя. Той индуцира магнитен поток, който влияе върху магнитното поле на ротора. В резултат на това възникват сили, които въртят вала на двигателя. Вижте по тази тема — Принципът на действие и устройството на електродвигателя

Трансформация на електричество

Майкъл Фарадей определи появата на индуцирана електромоторна сила и индукционен ток в близка намотка, когато магнитното поле в съседната намотка се промени.

Токът в близката намотка се индуцира, когато веригата на превключвателя е включена в бобина 1 и винаги присъства по време на работа на генератора към намотка 3.

На този имот, т.нар взаимна индукция, се основава работата на всички съвременни трансформаторни устройства.

За да подобрят преминаването на магнитния поток, те имат изолирани намотки, поставени върху обща сърцевина с минимално магнитно съпротивление. Изработен е от специални видове стомана и е оформен от наборни тънки листове под формата на секции с определена форма, наречени магнитно ядро.

Трансформаторите, поради взаимна индукция, пренасят енергията на променливо електромагнитно поле от една намотка в друга, така че настъпва промяна, трансформация на стойността на напрежението на неговите входни и изходни клеми.

Съотношението на броя на завоите в намотките определя коефициент на трансформация, и дебелината на жицата, конструкцията и обема на материала на сърцевината — стойността на предаваната мощност, работния ток.

Работа на индуктори

Проявлението на електромагнитна индукция се наблюдава в намотката при промяна на стойността на протичащия в нея ток. Този процес се нарича самоиндукция.

Когато превключвателят е включен в горната диаграма, индукционният ток променя характера на праволинейното увеличаване на работния ток във веригата, както и по време на изключване.

Когато не се прилага постоянно, а променливо напрежение към проводника, навит в бобината, тогава стойността на тока, намалена с индуктивното съпротивление, преминава през него. Енергията на самоиндукция фазово измества тока спрямо приложеното напрежение.

Това явление се използва в дросели, които са предназначени да намалят големите токове, които възникват при определени условия на работа. По -специално се използват такива устройства във веригата за запалване на флуоресцентни лампи.

Характеристиката на дизайна на магнитната верига на дросела е изрязването на плочите, което е създадено за допълнително увеличаване на магнитното съпротивление към магнитния поток поради образуването на въздушна междина.

Дроселите с разделено и регулируемо положение на магнитната верига се използват в много радио и електрически устройства. Доста често те могат да бъдат намерени в конструкцията на заваръчни трансформатори. Те намаляват величината на електрическата дъга, преминала през електрода, до оптималната стойност.

Индукционни фурни

Явлението електромагнитна индукция се проявява не само в проводници и намотки, но и вътре във всякакви масивни метални предмети. Индуцираните в тях токове обикновено се наричат ​​вихрови токове.По време на работа на трансформатори и дросели те предизвикват нагряване на магнитната верига и цялата конструкция.

За да се предотврати това явление, сърцевините са направени от тънки метални листове и изолирани със слой лак, което предотвратява преминаването на индуцирани токове.

В отоплителните конструкции вихровите токове не ограничават, но създават най -благоприятните условия за преминаването им. Индукционни фурни се използват широко в промишленото производство за създаване на високи температури.

Електротехнически измервателни устройства

Голям клас индукционни устройства продължава да работи в електроенергията. Електрически измервателни уреди с въртящ се алуминиев диск, подобен на конструкцията на силово реле, амортизиращи системи от циферблати, работят на принципа на електромагнитната индукция.

Газови магнитни генератори

Ако вместо затворена рамка проводящ газ, течност или плазма се движи в полето на магнит, тогава зарядите на електричество под действието на магнитни силови линии ще започнат да се отклоняват в строго определени посоки, образувайки електрически ток . Неговото магнитно поле върху монтираните контактни плочи на електрода предизвиква електродвижеща сила. Под неговото действие в свързаната верига към MHD генератора се генерира електрически ток.

Така законът на електромагнитната индукция се проявява в MHD генераторите.

Няма сложни въртящи се части като ротора. Това опростява дизайна, позволява ви значително да повишите температурата на работната среда и в същото време ефективността на генерирането на електроенергия. MHD генераторите работят като резервни или аварийни източници, способни да генерират значителни потоци електроенергия за кратки периоди от време.

По този начин законът на електромагнитната индукция, обоснован по едно време от Майкъл Фарадей, продължава да бъде актуален и днес.