Elektromagnetiline induktsioon: materjalid, rakendused, valemid ja näited

Elektromagnetiline induktsioon: määratlus, rakendus ja valemid koos probleemide täielike näidetega - Kas teate, mida mõeldakse elektromagnetilise induktsiooni all??? Kui te seda ei tea, on teil õige aeg külastada guru Pendidikan.com. Kuna sel korral arutame elektromagnetilise induktsiooni tähendust, elektromagnetilise induktsiooni rakendamist ja elektromagnetilise induktsiooni valemit koos täielike küsimuste näidetega. Seetõttu vaatame allpool toodud ülevaateid.

Elektromagnetilise induktsiooni määratlus

Elektromagnetiline induktsioon on elektrivoolu tekkimine magnetvoo muutumise tõttu. Magnetvoog on lennukit läbivate magnetjõudude arv. Saksamaalt pärit teadlane nimega Michael Faraday oli idee, et magnetväli võib tekitada elektrivoolu. 1821. aastal tõestas Michael Faraday, et muutuv magnetväli võib tekitada elektrivoolu.

---

Galvanomeeter on tööriist, mille abil saab kindlaks teha, kas voolab elektrivool. Elektromotoorset jõudu, mis tekib magnetjõudude arvu muutumise tõttu, nimetatakse emfiks induktsioon, samas kui voolavat voolu nimetatakse indutseeritud vooluks ja sündmust induktsiooniks elektromagnetiline.

---

Indutseeritud emf suurust mõjutavad tegurid on: (1) magnetvälja muutumise kiirus. Mida kiiremini magnetväli muutub, seda suurem on indutseeritud emf. (2) Pöörete arv, mida rohkem pöördeid, seda suurem on indutseeritud emf. (3) Mida tugevam on magnet, seda tugevam on magnetiline nähtus, seda suurem on indutseeritud emf.

---

Elektromagnetilise induktsiooni protsess

Elektromagnetiline induktsioon on sümptom elektromotoorjõu tekkimisest mähises / juhis, kui juhi magnetvoos on muutus või kui juht liigub välja suhtes magnetiline.

Pilt 1. Faraday eksperimendi illustratsioon

Kui magneti põhjapoolus mähisesse viia, kaldub galvanomeetri nõel ühes suunas (nt paremale). Kui magnet hetkeks mähisesse jääb, osutab galvanomeetri nõel kohe tagasi nulli (ei kaldu kõrvale). Kui vardamagnet eemaldatakse, kaldub galvanomeetri nõel vastupidises suunas (nt vasakule). Mähises voolava voolu tõttu kaldub galvanomeetri nõel kõrvale. Elektrivool tekib seetõttu, et mähise otstes tekib vardamagneti mähisesse sisse või välja liikumisel potentsiaalide erinevus. Seda potentsiaalset erinevust nimetatakse Stiil Gpragunema Lnaine Minainduktsioon (indutseeritud emf).

---

Vardamagneti sisseviimisel suureneb mähist läbivate magnetjõujoonte arv (galvanomeeter kaldub kõrvale või voolab vool). Kui vardamagnet on hetkeks paigal, pöördub galvanomeetri nõel nulli (vool ei voola). Vardamagneti eemaldamisel väheneb pooli läbilõikavate magnetjõudude arv (galvanomeeter lahkneb vastassuunas). Niisiis, mähist lõikavate magnetjõudude arvu muutuste tõttu tekib mähise mõlemas otsas potentsiaalne erinevus või indutseeritud emf. Nimetatakse elektrivoolu, mis on põhjustatud pooli ületavate magnetjõudude arvu muutumisest indutseeritud vool.

---

EMF-i määravad tegurid. Indutseeritud emf suurus sõltub kolmest tegurist, nimelt;

• mähise pöörete arv
• magneti sisenemise ja väljumise kiirus mähisest ja sealt välja
• kasutatud vardamagneti tugevus

---

Elektromagnetilise induktsiooni rakendamine (indutseeritud emf-i kasutamine igapäevaelus)

Elektromagnetilise induktsiooni korral toimub kineetilise energia kujul muutus elektrienergiaks. Elektromagnetilist induktsiooni kasutatakse elektrienergia genereerimisel. Elektromagnetilist induktsiooni rakendavad elektrienergiageneraatorid on generaatorid ja dünamod.

Generaatori ja dünamo sees on poolid ja magnetid. Pöörlev mähis või magnet põhjustab magnetiliste jõujoonte arvu muutuse mähises. Need muutused põhjustavad mähises indutseeritud emf.

Generaatori ja dünamo poolt pakutav mehaaniline energia muudetakse pöörleva liikumise energiaks. See põhjustab indutseeritud emf-i genereerimise pidevalt perioodiliselt korduva mustriga.

Elektrigeneraator

Generaator on seade mehaanilise energia muundamiseks elektrienergiaks. Generaatoreid on kahte tüüpi, nimelt alalisvoolugeneraatorid või dünamod ja vahelduvvoolugeneraatorid või generaatorid. Generaator töötab elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel, nimelt pöörates mähist magnetväljas nii, et tekiks indutseeritud emf.

Joonis 9. Vahelduvvoolu generaator

Kui N pöördega mähist pööratakse nurkkiirusega w, on generaatori tekitatud indutseeritud emf:

= B.A.ω.N.sinθ

Indutseeritud emf on maksimaalne, kui = 90^o või pat = 1, nii et:

max = B.A.ω.N, nii et ülaltoodud võrrandi saab kirjutada järgmiselt:

= maksimaalne patt

= indutseeritud emf (Volt); max = maksimaalne indutseeritud emf (voltides)

N = mähise pöörete arv; B = magnetiline induktsioon (T); A = mähise pindala (m2)

= mähise nurkkiirus (rad / s); t = aeg (s); = .t = nurk (o)

---

Trafo

Trafo või trafo on tööriist vahelduvpinge muutmiseks (suurendamiseks või vähendamiseks) Elektromagnetilise induktsiooni põhimõte on viia elektrienergia induktsiooniga läbi primaarmähise mähisele teisejärguline. Trafo põhjustab sekundaarses mähises voolu voolu mõjul muutuva magnetvälja tõttu emf pehme raua poolt indutseeritud primaarmähises elektrit vahelduv sekundaarmähis.

Joonis 10. Astmeline trafo

Trafosid on kahte tüüpi, nimelt astmelised trafod. Astmelist trafot kasutatakse vahelduvvoolu pingeallika suurendamiseks, sekundaarmähises on pöörete arv rohkem kui primaarmähises. Astmelise trafo abil alandatakse vahelduvvoolu pingeallikat, sekundaarmähise arv on väiksem.

Np = primaarne pinge; Ns = sekundaarne pinge

Pp = esmane võimsus (vattides); Ps = sekundaarjõud (vattides)

Ip = esmane voolutugevus (A); Is = sekundaarne vool (A)

---

Trafode tüübid

Kui väljundklemmi pinge on suurem kui teisendatud pinge, toimib kasutatud trafo pingetõstukina. Ja vastupidi, kui väljundklemmi pinge on teisendatud pingest väiksem, toimib kasutatud trafo pinge reduktorina. Seega on trafo (trafo) jagatud kaheks, nimelt astmeliseks trafoks ja astmeliseks trafoks.

Tugitrafo on trafo, mis töötab vahelduvpinge suurendamiseks. Sellel trafol on järgmised omadused:

1. primaari pöörete arv on väiksem kui sekundaarsete pöörete arv
2. esmane pinge on väiksem kui sekundaarpinge,
3. primaarvool on suurem kui sekundaarvool.

Astmelülitrafo on trafo, mis töötab vahelduvpinge alandamiseks. Sellel trafol on järgmised omadused:

1. primaari pöörete arv on suurem kui sekundaarsete pöörete arv
2. primaarpinge on suurem kui sekundaarpinge,
3. primaarvool on väiksem kui sekundaarvool.

---

1. Ideaalne trafo

Trafo pinge ja voolu suurus sõltub pöörete arvust. Pinge on võrdeline pöörete arvuga. Mida rohkem pöördeid, seda suurem on tekitatud pinge. See kehtib primaarmähise ja sekundaarmähise kohta. Primaar- ja sekundaarmähiste arvu suhe primaarse ja sekundaarse pingega on sõnastatud efektiivväärtusena12. Trafo on ideaalne juhul, kui soojus ei kaota energiat, see tähendab, kui primaarmähis sisenev energia on võrdne sekundaarsest mähisest väljuva energiahulgaga. Pinge ja voolu suhe primaar- ja sekundaarmähistes on sõnastatud rms2If jagatud t-ga, saame valemi rms3. Sel juhul on tegur (V × I) võimsus (P) trafo.

---

Ülaltoodud valemite põhjal on primaarmähiste ja sekundaarmähiste arvu suhe primaarvooluga ja sekundaarset saab formuleerida rms4. Seega sobib ideaalse trafo jaoks järgmine võrrand. rms5 koos:

Vp = esmane pinge (sisendpinge = Vi) voltides (V)

Vs = sekundaarne pinge (väljundpinge = Vo) voltides (V)

Np = esmaste pöörete arv

Ns = teiseste pöörete arv

Ip = esmane voolutugevus (sisendvoolu tugevus = Ii) amprites (A)

Is = tugev sekundaarne vool (väljundvool = Io) amprites (A)

1. Trafo efektiivsus

Eelmises osas olete uurinud ideaalset trafot või trafot. Kuid tegelikult pole trafo kunagi ideaalne. Trafo kasutamisel tekib alati soojusenergia. Seega on primaarmähisesse sisenev elektrienergia alati suurem kui sekundaarmähisest väljuv energia. Selle tulemusena on primaarjõud suurem kui sekundaarjõud. Trafo võimsuse ja elektrienergia vähenemine määratakse trafo efektiivsuse suuruse järgi. Sekundaarvõimsuse ja primaarvõimsuse võrdlust või sekundaarenergia ja primaarenergia jagatust protsentides, nimetatakse trafo efektiivsuseks. Trafo efektiivsust väljendab.

---

Induktor

Elektroonikas Induktor on komponent, mis töötab magnetilise induktsiooni põhjal. Induktiivpoolid, tuntud ka kui poolid, on valmistatud õhukesest emailitud traadist. Induktiivpool on valmistatud vasest, antud sümbol L ja ühikut Henry lühendatakse H. Põhifunktsioon induktor on luua magnetväli. Induktiivpool on traat, mis on keritud nii, et sellest saab mähis. Induktori võimet tekitada magnetvälja nimetatakse juhtivuseks.

Induktiivsuse ühik on henry (H) või electry (mH). Induktiivsuse suurendamiseks sisestatakse materjal südamikuna mähisesse. Raudsüdamikuga induktorit nimetatakse elektromagnetiks. Induktiivpoolil on omadus taluda vahelduvvoolu ja juhtida alalisvoolu.

Induktorite tüübid

Erinevaid induktoreid saab südamiku materjali järgi jagada neljaks, nimelt:

Induktori sümbol

---

Induktiivpoolide kasutamine elektroonilistes süsteemides

Elektriliste või elektrooniliste vooluahelate induktoreid saab rakendada vooluringidele:

Induktor toimib järgmiselt:

1. kus toimub magnetjõud.
2. pingekordaja.
3. vibratsioonigeneraator.

Induktorid töötavad selle kasutamise põhjal:

1. kõrge sagedus antenni poolil ja ostsillaatoril.
2. keskmise sagedusega MF poolil.
3. madalsagedus sisendtrafol, väljundtrafol, kõlaripoolil, toitetrafol, relee- ja filtrirullil.

---

Magnetvälja esinemine

Ühesuunaline induktiivsus

Kui juhime elektrivoolu läbi kaabli, on magnetjõujooned. Kui me juhime voolu läbi rullitud juhtmetest valmistatud pooli või mähise (mähise), tekivad samasuunalised jõujooned, mis tekitavad magnetvälja. Magnetvälja tugevus on võrdne magnetiliste jõujoonte arvuga ja on otseselt proportsionaalne mähises olevate mähiste arvu ja mähise läbiva elektrivoolu korrutisega.

Vahelduv induktiivsus

Kui kaks mähist asetatakse üksteise lähedale ja ühele mähistest (L1) antakse vahelduvvool, toimub L1 juures magnetvoog. See magnetvoog läbib teist mähist (L2) ja tekitab L2 mähisele emf (elektrimootorjõu). Sellist mõju nimetatakse vastastikuseks induktsiooniks. Selliseid asju kohtame tavaliselt muundurites.

Spiraali tekitatavat takistust nimetatakse induktiivseks reaktantsiks. Induktiivsele reaktantsile antakse sümbol XL oomides.

XL = 2πfL

Teave:

π = 3.14

F = vahelduvvoolu sagedus (Hz)

L = induktiivsus (Henry)

= nurkkiirus (2πfL)

XL = induktiivne reaktants ()

---

Induktori laadimine

Kui läbime elektrivoolu I, tekivad magnetjõud. Kui me juhime voolu läbi pooli või mähise (mähise), mis on valmistatud keerdunud juhtmetest, tekivad samasuunalised jõujooned, mis tekitavad magnetvälja. Magnetvälja tugevus on võrdne magnetiliste jõujoonte arvuga ja on otseselt proportsionaalne mähises olevate mähiste arvu ja mähise läbiva elektrivoolu korrutisega. Näidisvõrk:

Kui induktoris voolab vahelduvvool, tekib indutseeritud elektromotoorjõud (emf) tähendab, et vool ja pinge erinevad faasis / 2 = 900 võrra ja voolu pikkus (viivitus) pingest 900-st. 2Лf on takistus voolu voolule.

---

Induktori tühjendamine

Kui elektrivool l on mähise täitnud, liigub vool laadimisprotsessile vastupidises suunas, nii et magnetvälja tekitamine koos sama magnetjõu joon täidab mähise funktsiooni, seda suurem on toodetud L (induktiivsuse) väärtus, seda pikem on protsess selle tühjendamine.

Induktori takistuse arvutamine

Pärast XL väärtuse saamist saab impedantsi arvutada:

Z-d nimetatakse seeria impedantsiks (oomi) ühikutega.

---

Elektromagnetilise induktsiooni valem

1. Magnetvoog

Magnetvoog on määratletud kui magnetvälja B (loe: magnetvälja) korrutis välja A pindalaga, mis on risti magnetinduktsiooniga. Matemaatiliselt on voo valem

= BA

Tegelikult ei ole magnetiline induktsioon B alati risti tasapinnaga, see võib moodustada teatud nurga. Oletame, et on indutseeritud magnetväli, mis moodustab normaaljoonega teeta nurga, siis on saadud magnetvoo suurus

= BA cos

= Magnetvoog
B = magnetiline induktsioon
A = pindala
= nurk magnetilise induktsiooni B suuna ja normaalse suuna vahel tasapinna suhtes

Faraday seadus

Faraday läbi viidud katsete tulemuste põhjal saadi seadus, mis kõlab järgmiselt:

• Kui mähisesse siseneva magnetvoo hulk muutub, siis mähise otstes on indutseeritud elektromotoorjõud (indutseeritud emf).
• Indutseeritud elektromotoorjõu suurus sõltub voo muutumise kiirusest ja pöörete arvust.

Matemaatiliselt saab saadud emf-i määrata valemi abil

= -N (ΔΦ / Δt)

(negatiivne märk näitab induktsiooni suunda)

koos

= indutseeritud emf (voltides)
N = pöörete arv
/ Δt = magnetvoo muutumise kiirus

Ülaltoodud valemi põhjal võib magnetvoo muutuse tekitamiseks indutseeritud emf tekitamiseks seda teha mitmel viisil, sealhulgas:

• suurendada magnetilise induktsiooni B muutust
• vähendada magnetvälja läbitungivate A-de pindala.
• vähendada nurka

2. Lenz. Seadus

Lenzi seadus ütleb, et "indutseeritud vool ilmub sellises suunas, et induktsiooni suund vastutab tekkiva muutuse vastu. Teisisõnu tekitab juhis indutseeritud voolu suund magnetvälja, mis on vastu magnetvälja muutumise põhjusele. Vaata allolevat pilti

Ülaltoodud pildi põhjal

• suund v on muutuse põhjuse suund
• lorentsi jõu FL suund on alati v suunas vastupidine
• parempoolse reegli abil saame suuna I P-st Q-ni

Lenzi seaduse valem

= B. l v

Enesinduktsioon EMF (Henry seadus)
Kui juhis voolav vool muutub iga kord, tekib dirigendi enda tekitatud emf ja Josep Henry sõnastatakse järgmiselt:

= -L (dI / s)

koos:

= ise tekitatud emf (volti)
L = enda induktiivsus
dI / dt = voolu muutuse suurus ajaühikus (A / s)

Enesinduktsioon (L) on juhis esinev emf ja voolutugevus muutub igal sekundil 1 A. Juhi eneseinduktsiooni suurus on sõnastatud järgmiselt:

L = N2 / I

koos:
L = enda induktiivsus
N = mähise pöörete arv
= magnetvoog (Wb)
I = praegune tugevus

---

Elektromotoorjõu induktsiooni põhjustavad tegurid

Indutseeritud emf peamine põhjus on traadi silmusega ümbritsetud magnetvoo muutus. Magnetvoo suurus on toodud võrrandis (1). Seega on kolm tegurit, mis põhjustavad mähises emf, nimelt:

1. Elektromotoorjõud mähise paisumise tõttu elektromagnetväljas

Joonis 5. Spiraali laiendamine elektromagnetväljas

Eeldame, et väli B on risti U-kujulise juhi poolt piiratud pinnaga. Juhtme U külge on kinnitatud veel üks juht, mis saab liikuda kiirusega v. Aja jooksul t läbib liikuv juht vahemaa:

x = v.t

Seega suureneb mähise pindala:

A = l. x = l .v .Δt

Faraday seaduse alusel on indutseeritud emf, mille suurust väljendatakse võrrandis:

= B. l . v

---

1. Induktsioonelektromotoorjõud, mis tuleneb pooli nurga orientatsiooni muutustest elektromagnetvälja suunas

Joonis 6. Pooli nurga orientatsiooni muutus elektromagnetvälja suhtes

Magnetinduktsiooni B ja normaalse tasandi suuna vahelise nurga muutused võivad põhjustada indutseeritud emf, mille suuruse saab võrrandiga (4) määrata. Kuna B ja A väärtused on konstantsed, saadakse see:

Teave:

= indutseeritud emf (voltides)

N = pöörete arv

B = magnetiline induktsioon (Wb / m²)

A = mähise pindala (m²)

= nurkkiirus (rad / s)

---

1. Induktsioon Elektromotoorjõud magnetinduktsiooni muutuste tõttu

Magnetinduktsiooni muutused võivad põhjustada indutseeritud emf-i ka pooli konstantsel alal, mis väljendub järgmiselt:

Joonis 7. Induktsioonemf magnetilise induktsiooni muutuste tõttu

---

Induktiivsus

Joonis 8. Enese induktiivsus

Luminofoorlampidega paralleelselt ühendatud mähised on ühendatud pingeallikaga (aku). Kui lüliti on suletud, ei sütti lamp, kuna vool voolab mähisesse, nii et luminofoorlampi läbib väga vähe või peaaegu üldse. Voolu olemasolu mähise kaudu tekitab mähise ümber magnetvälja. Tehtud vaatluste põhjal selgub, et kui lülitit avades vool katkestatakse, lülitub valgus hetkeks sisse ja kustub.

---

Lüliti avamisel kaob mähises olev vool ootamatult, mille tagajärjel muutub selle ümber magnetvoog praegusest olematuks. Nii tekib see, mis näitab indutseeritud GG olemasolu spiraalis ja süttib luminofoorlambi. Tekkivat emf-i nimetatakse mähise enda tekitatud emfiks (kuna selle tekitab mähis ise). "Ise tekitatud emf suurus on proportsionaalne voolu tugevuse muutumise kiirusega ajas."

---

Sõnastatud järgmiselt:

E = - L

L = enda induktsioon, üksus on Henry

E = indutseeritud emf, ühikuks on Volt

= voolu muutuse kiirus, ühik amprit sekundis

Negatiivne märk näitab, et indutseeritud emf on vastuolus indutseeritud emfiga (Lenzi seadus). Kuna spiraali voolu muutus tähendab spiraali magnetvoo muutust,

siis saab Faraday seadust E = - N kasutada järgmiselt:

- L = - N = L di = N dϕ või L i = Nϕ

Siis L =

1 Henry juhi enda induktsioon on määratletud kui voolu tugevuse muutus 1 amper sekundis regulaarselt, mis põhjustab isepõhjustatud 1 volti emf. Kui spiraal on solenoid või kilpnääre, saab selle eneseinduktsiooni määrata järgmiselt

Magnetiline induktsioon solenoidi keskel

B =_o n i =_o

Kuigi = B A =_o

Kuna L = =, siis L =

L = solenoid või toroid iseinduktsioon

μ_o = Vaakumi läbilaskvus

N = pöörete arv

A = solenoidi või toroidi ristlõikepindala

? = solenoidi või toroidi pikkus

Induktiivpooli salvestatud energia

Oleme näinud, et voolu i läbiva juhi poolt toodetud võimsus on P = E i, antud juhul E = L; P = Li i, samas kui P =, siis = Li i; dW = L i di

Induktiivpoolis oleva töö / energia saamiseks seni, kuni voolu muudetakse nullist 1-ni, siis = L

W = L L i²

---

Elektromagnetilise induktsiooni probleemide näited

1. 100 pöördega mähis 0,01 sekundi jooksul põhjustab magnetvoo muutuse 10-4 Wb, mis on indutseeritud emf mähise otstes?

a. 1 volti c. 50 volti E 300 volti
b. 5 volti d. 7,5 volti

Arutelu

On tuntud
N = 100 pööret
dΦ / dt = 10-4 Wb / 0,01 s = 10-2 Wb / s
= -N (dΦ / s)
ε = – 100 (10-2)
= -1 volti
(negatiivne märk näitab ainult indutseeritud voolu suunda)

Niisiis mähise otstes genereeritud elektromagnetiga indutseeritud emf on kokku 1 Volt

---

Järeldus

Elektrilise jõu (emf) tekkimine mähisele ainult siis, kui magnetiliste jõujoonte arv muutub. Elektromotoorset jõudu, mis tekib magnetjõudude arvu muutumise tõttu, nimetatakse emfiks induktsioon, samas kui voolavat voolu nimetatakse indutseeritud vooluks ja sündmust induktsiooniks elektromagnetiline. Indutseeritud emf-i suurust mõjutavad mitmed tegurid, nimelt:

1. Magnetvälja muutumiskiirus. Mida kiiremini magnetväli muutub, seda suurem on indutseeritud emf, mis tekib.
2. Pöörete arv Mida rohkem pöördeid, seda suurem on indutseeritud emf.
3. Magnetiline tugevus Mida tugevam on magnetilisus, seda suurem on indutseeritud emf.

Elektromagnetilise induktsiooni mõistet saab rakendada sellistes tehnoloogilistes toodetes nagu;

1. Generaator on seade, mis muudab kineetilise energia elektrienergiaks. Kasutatav põhimõte on nurga muutus, mis põhineb Faraday seadustel, nii et toimub magnetvoo muutus.
2. Trafo või trafo on tööriist vahelduvpinge muutmiseks (suurendamiseks või vähendamiseks) Elektromagnetilise induktsiooni põhimõte on viia elektrienergia induktsiooniga läbi primaarmähise mähisele teisejärguline.
3. Induktor on komponent, mille tööviis põhineb magnetilisel induktsioonil. Induktiivpoolid, tuntud ka kui poolid, on valmistatud õhukesest emailitud traadist. Induktiivpool on traat, mis on keritud nii, et sellest saab mähis. Induktori võimet tekitada magnetvälja nimetatakse juhtivuseks.

Bibliograafia

Crowell, B., 2006. Kontseptuaalne füüsika. s.l.:s.n.

Handayani, S., 2009. Füüsika keskkooli XII klassile. Jakarta: Rahvusliku Haridusministeerium.

---

See on materjali ülevaade Täielik elektromagnetiline induktsioonLoodetavasti on eelpool vaadatu kasulik. See on kõik ja aitäh.

Siit saate lugeda ka teisi seotud artikleid:

• Elektromagnetlained: määratlus, omadused, tüübid ja valemid koos täielike probleemide näidetega
• Alalisvooluelekter: määratlus ja allikad koos probleemide täielike näidetega