190 Shares 9438 views

Podstawą współczesnej techniki elektrotechnicznej jest zjawisko indukcji elektromagnetycznej


Zjawisko indukcji elektromagnetycznej w elektrotechnice jest jednym z podstawowych. Był to eksperymentalny sposób odkryty w odległym roku 1831 przez angielskiego fizyka Michaela Faradaya. W tamtym czasie wiadomo było, że występuje interakcja między przewodnikiem a prądem a pobliskim magnesem. Uważano, że stacjonarne ładunki oddziałują przez pole elektryczne, a ich ruch (prąd) przejawia się przez pole magnetyczne. Jednakże perspektywa praktycznego wykorzystania tej wiedzy do wyników eksperymentu Faraday była bardzo niejasna. W rzeczywistości naukowiec, odkrywszy zjawisko indukcji elektromagnetycznej, położył fundamenty nowoczesnej techniki elektrycznej.

Doświadczenie było dosyć proste: wsunął się pasek magnesu trwałego i wyprowadził się do centralnej przestrzeni między zwojami cewki. Przewody cewki połączono z wrażliwym urządzeniem do pomiaru wartości prądu i napięcia.

Zauważono, że gdy magnes się poruszy, igła galwanometru odbiega od punktu zerowego. Odchylenie było tym większe, im bardziej magnes się poruszał. Jeśli przypominamy, że ma dwa bieguny i linie siły pola, to relacja między strumieniem magnetycznym a prądem indukcyjnym jest oczywista.

Ponieważ prąd samorzutny nie może powstać w obwodzie, podano logiczny wniosek o pojawienie się siły elektromotorycznej (EMF), która z kolei pozwala na pojawienie się prądu. Prawo Faradaya do indukcji elektromagnetycznej pozwala nam stwierdzić, że wpływ pola magnetycznego zmieniającego się z biegiem czasu powoduje pojawienie się zmieniającego się pola elektrycznego i, w obecności obiegu zamkniętego, prądu.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej pozwoliło naukowcu dokonać rewolucyjnego wniosku: przyczyną pola elektrycznego mogą być nie tylko ładunki, ale także zmienne pole magnetyczne. Później sformułował uogólnienie. Zatem prawo Faradaya do indukcji elektromagnetycznej mówi: emf utworzony przez pole magnetyczne zależy bezpośrednio od szybkości przepływu strumienia magnetycznego. Wytworzony prąd dla zamkniętej pętli oblicza się zgodnie z prawem Ohma.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej charakteryzuje się nie tylko przewodami, ale także masywnymi ciałami przewodzącymi. Tak więc zmieniające się pole magnetyczne wytwarza prądy wirowe w grubości przewodu (blacha stalowa itp . ) . Powodują one niepożądane ogrzewanie, dlatego też do ich wyeliminowania stosuje się różne metody (w transformatorach, laminowanych płytach ze stali elektrycznej). Należy zauważyć, że w niektórych urządzeniach wykorzystywane są prądy wirowe (liczniki liczników dysków).

Wkrótce, w 1833 roku, fizyk E. Lenz wyprowadził zasadę, z której EMF indukcji tworzy prąd takiego kierunku neutralizującego przyczynę jego pojawienia się. Na przykład: zmieniające się pole magnetyczne powoduje powstanie prądu w przewodzie. Jest skierowany w taki sposób, że jego własne pole magnetyczne (obecne wokół przewodów z prądem) przeciwdziała pierwotnej przyczynie.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej pozwoliło na rozwój elektrotechniki do obecnego stanu. Trudno jest podać pełną listę urządzeń, które go używa. Na przykład, praca generatorów w elektrowniach opiera się na tym zjawisku. To prawda, że projektowanie mocy wytwórczych przeszło znaczne zmiany od czasów Faraday, jednakże ogólna zasada pozostaje taka sama: linie o wysokiej indukcji magnetycznej pola magnetyczno-elektromagnetycznego powodujące EMF i w obecności zamkniętej pętli prądu elektrycznego. Oprócz generatorów i silników, zjawisko indukcji stosowane jest na przykład w transformatorach.