Den elektromagnetiske induksjonen er definert som induksjon av en elektromotorisk kraft (spenning) i et medium eller nær kropp på grunn av tilstedeværelsen av et skiftende magnetfelt. Dette fenomenet ble oppdaget av den britiske fysikeren og kjemikeren Michael Faraday i løpet av året 1831 gjennom Faradays lov om elektromagnetisk induksjon.
Faraday gjennomførte eksperimentelle tester med en permanent magnet omgitt av en trådspole og observerte induksjon av en spenning på nevnte spole og sirkulasjonen av en underliggende strøm.
Michael Faraday
Denne loven sier at den induserte spenningen på en lukket sløyfe er direkte proporsjonal med endringshastigheten til magnetisk fluks når den passerer gjennom en overflate, med hensyn til tid. Det er således mulig å indusere tilstedeværelsen av en spenningsdifferanse (spenning) på et tilstøtende legeme på grunn av påvirkningen fra varierende magnetiske felt.
I sin tur gir denne induserte spenningen sirkulasjonen av en strøm som tilsvarer den induserte spenningen og impedansen til analyseobjektet. Dette fenomenet er handlingsprinsippet til kraftsystemer og apparater til daglig bruk, for eksempel: motorer, generatorer og elektriske transformatorer, induksjonsovner, induktorer, batterier, etc.
Formler og enheter
Den elektromagnetiske induksjonen observert av Faraday ble delt med vitenskapens verden gjennom matematisk modellering som gjør det mulig å gjenskape denne typen fenomener og forutsi deres oppførsel.
Formel
For å beregne de elektriske parametrene (spenning, strøm) assosiert med fenomenet elektromagnetisk induksjon, er det først nødvendig å definere hva som er verdien av magnetisk induksjon, for tiden kjent som magnetfeltet.
For å vite hva som er den magnetiske fluksen som går gjennom en viss overflate, må produktet av magnetisk induksjon av nevnte område beregnes. Så:
Hvor:
Φ: Magnetisk fluks
B: Magnetisk induksjon
S: Overflate
Faradays lov indikerer at den elektromotoriske kraften som induseres på nabokroppene er gitt av endringshastigheten til magnetisk fluks med hensyn til tid, som beskrevet nedenfor:
Hvor:
ε: Elektromotorisk kraft
Ved å erstatte verdien av magnetisk fluks i forrige uttrykk, har vi følgende:
Hvis integraler påføres på begge sider av ligningen for å avgrense en begrenset bane for området assosiert med magnetisk fluks, oppnås en mer nøyaktig tilnærming av den nødvendige beregningen.
Videre er beregningen av elektromotorisk kraft i en lukket krets også begrenset på denne måten. Når du bruker integrasjon i begge medlemmene av ligningen, oppnås det således at:
Måleenhet
Magnetisk induksjon måles i International System of Units (SI) i Teslas. Denne måleenheten er representert med bokstaven T, og tilsvarer settet med følgende grunnenheter.
En tesla tilsvarer den enhetlige magnetiske induksjonen som produserer en magnetisk fluks på 1 weber over en overflate på en kvadratmeter.
I følge Cegesimal System of Units (CGS) er måleenheten for magnetisk induksjon gauss. Ekvivalensforholdet mellom begge enhetene er som følger:
1 tesla = 10.000 gauss
Måleenheten for magnetisk induksjon skylder navnet den serbokroatiske ingeniøren, fysikeren og oppfinneren Nikola Tesla. Den ble navngitt på denne måten på midten av 1960-tallet.
Hvordan virker det?
Det kalles induksjon fordi det ikke er noen fysisk forbindelse mellom primære og sekundære elementer; følgelig skjer alt gjennom indirekte og immaterielle forbindelser.
Fenomenet elektromagnetisk induksjon oppstår gitt samspillet mellom kraftlinjene til et variabelt magnetfelt på de frie elektronene til et nærliggende ledende element.
For dette må objektet eller mediet som induksjonen foregår være anordnet vinkelrett på magnetfeltets kraftlinjer. På denne måten er kraften som utøves på de frie elektronene større, og følgelig er den elektromagnetiske induksjonen mye sterkere.
I sin tur er sirkulasjonsretningen til den induserte strømmen gitt av retningen gitt av kraftlinjene til det variable magnetfeltet.
På den annen side er det tre metoder som magnetfeltstrømmen kan varieres for å indusere en elektromotorisk kraft på et nærliggende organ eller objekt:
1- Endre modulet til magnetfeltet, gjennom variasjoner i strømningsintensiteten.
2- Endre vinkelen mellom magnetfeltet og overflaten.
3- Endre størrelsen på den iboende overflaten.
Så når et magnetfelt er modifisert, induseres en elektromotorisk kraft i nabobjektet, som avhengig av motstanden mot strømsirkulasjonen som det har (impedans), vil produsere en indusert strøm.
I den ideenes rekkefølge vil andelen av den induserte strømmen være større eller mindre enn den primære strømmen, avhengig av den fysiske konfigurasjonen av systemet.
eksempler
Prinsippet for elektromagnetisk induksjon er driftsgrunnlaget for elektriske spenningstransformatorer.
Transformasjonsforholdet til en spenningstransformator (step-down eller step-up) er gitt av antall viklinger som hver transformatorvikling har.
Avhengig av antall spoler kan spenningen på sekundæren derfor være høyere (trappetransformator) eller lavere (trapptransformator), avhengig av bruken i det sammenkoblede elektriske systemet.
På lignende måte opererer også strømgenererende turbiner i vannkraftsentre takket være elektromagnetisk induksjon.
I dette tilfellet beveger turbinbladene rotasjonsaksen som er plassert mellom turbinen og generatoren. Dette resulterer i mobilisering av rotoren.
I sin tur består rotoren av en serie viklinger som, når de er i bevegelse, gir opphav til et variabelt magnetfelt.
Sistnevnte induserer en elektromotorisk kraft i generatorens stator, som er koblet til et system som gjør det mulig å transportere energien som genereres under prosessen online.
Gjennom de to eksemplene som er beskrevet ovenfor, er det mulig å oppdage hvordan elektromagnetisk induksjon er en del av livene våre i elementære applikasjoner i hverdagen.
referanser
- Elektromagnetisk induksjon (sf). Gjenopprettet fra: electronics-tutorials.ws
- Elektromagnetisk induksjon (sf). Gjenopprettet fra: nde-ed.org
- I dag i historien. 29. august 1831: Elektromagnetisk induksjon ble oppdaget. Gjenopprettet fra: mx.tuhistory.com
- Martín, T., og Serrano, A. (nd). Magnetisk induksjon. Polytechnic University of Madrid. Madrid Spania. Gjenopprettet fra: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagnetisk induksjon. Gjenopprettet fra: euston96.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Tesla (enhet). Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org