Elektromagnetna indukcija: materiali, aplikacije, formule in primeri

Elektromagnetna indukcija: opredelitev, uporaba in formule skupaj s popolnimi primeri problemov - Ali veste, kaj pomeni elektromagnetna indukcija??? Če tega ne veste, imate pravico obiskati guruja Pendidikan.com. Ker bomo ob tej priložnosti obravnavali pomen elektromagnetne indukcije, uporabo elektromagnetne indukcije in formulo za elektromagnetno indukcijo ter primere popolnih vprašanj. Zato si oglejmo spodnja mnenja.

Definicija elektromagnetne indukcije

Elektromagnetna indukcija je pojav električnega toka zaradi spremembe magnetnega pretoka. Magnetni tok je število magnetnih sil, ki gredo skozi ravnino. Znanstvenik iz Nemčije z imenom Michael Faraday imel idejo, da lahko magnetno polje proizvaja električni tok. Leta 1821 je Michael Faraday dokazal, da lahko spreminjajoče se magnetno polje proizvaja električni tok.

---

Galvanometer je orodje, s katerim lahko ugotovimo, ali teče električni tok. Elektromotorna sila, ki nastane zaradi spremembe števila magnetnih linij sile, se imenuje emf indukcija, medtem ko se tok, ki teče, imenuje inducirani tok, dogodek pa indukcija elektromagnetni.

---

Dejavniki, ki vplivajo na velikost inducirane emf, so: (1) hitrost spremembe magnetnega polja, hitreje ko se magnetno polje spreminja, večja je inducirana emf. (2) Število obratov, več ko je obratov, večja je inducirana emf. (3) Moč magneta, močnejši je magnetni pojav, večja inducirana EMS nastane.

---

Proces elektromagnetne indukcije

Elektromagnetna indukcija je simptom pojava elektromotorne sile v tuljavi / prevodniku, ko pride do spremembe magnetnega pretoka v vodniku ali ko se vodnik premakne glede na polje magnetno.

Slika 1. Faradayeva eksperimentalna ilustracija

Ko se severni pol magneta premakne v tuljavo, igla galvanometra odstopa v eno smer (npr. V desno). Igla galvanometra takoj pokaže nazaj na nič (ne odstopa), ko magnet za trenutek ostane v tuljavi. Ko odstranite magnet s palico, bo igla galvanometra odstopila v nasprotni smeri (npr. V levo). Igla galvanometra odstopa zaradi toka, ki teče v tuljavi. Električni tok nastane, ker na koncih tuljave pride do potencialne razlike, ko se magnet palice premakne navznoter ali iz njega. Ta potencialna razlika se imenuje Slog Grazpoka Lžena jazindukcija (inducirana emf).

---

Ko se palicni magnet premakne, se poveča število magnetnih linij sile, ki prečkajo tuljavo (galvanometer odstopa ali teče tok). Ko magnet za drog za trenutek miruje, se igla galvanometra vrne na nič (tok ne teče). Ko odstranimo magnet s palico, se zmanjša število magnetnih sil, ki sekajo navitje (galvanometer se razhaja v nasprotni smeri). Torej, zaradi sprememb števila magnetnih sil, ki režejo tuljavo, potem na obeh koncih tuljave nastane potencialna razlika ali inducirana emf. Kliče se električni tok, ki ga povzroči sprememba števila magnetnih linij sile, ki prečkajo tuljavo inducirani tok.

---

Dejavniki, ki določajo EMR. Velikost inducirane emf je odvisna od treh dejavnikov, in sicer;

• število zavojev tuljave
• hitrost vstopa in izstopa magneta iz in iz tuljave
• moč uporabljenega magnetnega droga

---

Uporaba elektromagnetne indukcije (uporaba inducirane EMS v vsakdanjem življenju)

Pri elektromagnetni indukciji pride do spremembe oblike kinetične energije v električno energijo. Elektromagnetna indukcija se uporablja pri proizvodnji električne energije. Generatorji električne energije, ki uporabljajo elektromagnetno indukcijo, so generatorji in dinamo.

V generatorju in dinamu so tuljave in magneti. Vrtljiva tuljava ali magnet povzroči spremembo števila magnetnih sil v tuljavi. Te spremembe povzročijo inducirano emf v tuljavi.

Mehanska energija, ki jo zagotavljata generator in dinamo, se pretvori v energijo rotacijskega gibanja. To povzroči, da se inducirana emf generira neprekinjeno z vzorcem, ki se občasno ponavlja.

Električni generator

Generator je naprava za pretvorbo mehanske energije v električno energijo. Obstajata dve vrsti generatorjev, in sicer generatorji enosmernega (DC) ali dinama in generatorji ali alternatorji izmeničnega toka (AC). Generator deluje po principu elektromagnetne indukcije, in sicer z vrtenjem tuljave v magnetnem polju, tako da nastane inducirana emf.

Slika 9. AC generator

Če se tuljava z N obratov vrti s kotno hitrostjo w, je inducirana emf, ki jo proizvaja generator:

= B.A.ω.N.sinθ

Inducirana emf bo največja, če je = 90^o ali sin = 1, tako da:

max = B.A.ω.N, zato lahko zgornjo enačbo zapišemo kot:

= največji greh

= inducirana emf (volt); max = največja inducirana emf (volti)

N = število zavojev tuljave; B = magnetna indukcija (T); A = površina tuljave (m2)

= kotna hitrost tuljave (rad / s); t = čas (s); = .t = kot (o)

---

Transformator

Transformator ali transformator je orodje za spreminjanje (povečanje ali zmanjšanje) izmenične napetosti na podlagi Načelo elektromagnetne indukcije je prenos električne energije z indukcijo skozi primarno tuljavo na tuljavo sekundarni. Transformator povzroča emf v sekundarni tuljavi zaradi spreminjanja magnetnega polja zaradi toka toka izmenično elektriko v primarni tuljavi, ki jo mehko železo inducira v sekundarno tuljavo.

Slika 10. Odstopajoči transformator

Obstajata dve vrsti transformatorjev, in sicer povečevalni in padajoči transformatorji. Povišani transformator služi za povečanje vira izmenične napetosti, število zavojev v sekundarni tuljavi je večje od števila zavojev v primarni tuljavi. Odstopajoči transformator služi za znižanje vira izmenične napetosti, število sekundarnega navitja je manjše.

Np = primarna napetost; Ns = sekundarna napetost

Pp = primarna moč (vati); Ps = sekundarna moč (vati)

Ip = jakost primarnega toka (A); Is = sekundarni tok (A)

---

Vrste transformatorjev

Če je napetost izhodne sponke večja od pretvorjene napetosti, uporabljeni transformator deluje kot ojačevalnik napetosti. Nasprotno, če je napetost izhodne sponke manjša od pretvorjene napetosti, uporabljeni transformator deluje kot reduktor napetosti. Tako je transformator (transformator) razdeljen na dva, in sicer povečevalni transformator in odstopni transformator.

Stopnjevalni transformator je transformator, ki deluje za povečanje izmenične napetosti. Ta transformator ima naslednje značilnosti:

1. število zavojev v primarnem je manjše od števila zavojev v sekundarnem
2. primarna napetost je manjša od sekundarne napetosti,
3. primarni tok je večji od sekundarnega.

Stopničast transformator je transformator, ki deluje tako, da zniža izmenično napetost. Ta transformator ima naslednje značilnosti:

1. število zavojev v primarnem je večje od števila zavojev v sekundarnem
2. primarna napetost je večja od sekundarne napetosti,
3. primarni tok je manjši od sekundarnega.

---

1. Idealni transformator

Velikost napetosti in toka v transformatorju je odvisna od števila obratov. Napetost je sorazmerna s številom obratov. Več kot je število obratov, večja je proizvedena napetost. To velja za primarno in sekundarno navitje. Razmerje med številom primarnih in sekundarnih navitij s primarno in sekundarno napetostjo je formulirano kot efektivna efektivna vrednost12. Transformator naj bi bil idealen, če se toplota ne izgubi, torej ko je količina energije, ki vstopa v primarno tuljavo, enaka količini energije, ki zapusti sekundarno tuljavo. Razmerje med napetostjo in tokom v primarni in sekundarni tuljavi je formulirano kot efektivna efektivna vrednost2 deljeno s t, dobimo formulo rms3 V tem primeru je faktor (V × I) moč (P) transformator.

---

Na podlagi zgornjih formul je razmerje med številom primarnih in sekundarnih navitij s primarnim tokom in sekundarno lahko formuliramo kot efektivno vrednost4 Tako bo za idealni transformator veljala naslednja enačba. rms5 z:

Vp = primarna napetost (vhodna napetost = Vi) v voltih (V)

Vs = sekundarna napetost (izhodna napetost = Vo) v voltih (V)

Np = število primarnih zavojev

Ns = število sekundarnih obratov

Ip = jakost primarnega toka (jakost vhodnega toka = Ii) v amperih (A)

Is = močan sekundarni tok (izhodni tok = Io) v amperih (A)

1. Učinkovitost transformatorja

V prejšnjem poglavju ste preučevali idealni transformator ali transformator. Vendar v resnici transformator ni nikoli idealen. Če se uporablja transformator, se vedno ustvari toplotna energija. Tako je električna energija, ki vstopi v primarno tuljavo, vedno večja od energije, ki prihaja iz sekundarne tuljave. Posledično je primarna moč večja od sekundarne. Zmanjšanje moči in električne energije v transformatorju je določeno z velikostjo izkoristka transformatorja. Primerjava med sekundarno in primarno močjo ali količnikom med sekundarno in primarno energijo, izraženo v odstotkih, se imenuje izkoristek transformatorja. Učinkovitost transformatorja je izražena z.

---

Induktor

V elektroniki, Induktor je komponenta, ki deluje na osnovi magnetne indukcije. Induktorji, znani tudi kot tuljave, so izdelani iz tanke emajlirane žice. Induktor je izdelan iz bakra, ima simbol L, enota Henry pa je okrajšana kot H. Glavna funkcija induktor je ustvariti magnetno polje. Induktor je žica, ki je navita tako, da postane tuljava. Sposobnost induktorja, da ustvari magnetno polje, se imenuje prevodnost.

Enota induktivnosti je henry (H) ali electenry (mH). Za povečanje induktivnosti se material vstavi v tuljavo kot jedro. Induktor z železnim jedrom se imenuje elektromagnet. Induktor ima lastnost, da vzdrži izmenični tok in je prevoden v enosmerni tok.

Vrste induktorjev

Različne vrste induktorjev glede na material jedra lahko razdelimo na 4, in sicer:

Induktor Simbol

---

Uporaba induktorjev v elektronskih sistemih

Induktorji v električnih ali elektronskih vezjih se lahko uporabljajo za vezja:

Induktor deluje kot:

1. kjer se pojavi magnetna sila.
2. multiplikator napetosti.
3. generator vibracij.

Induktorji na podlagi njegove uporabe delujejo na:

1. visoka frekvenca na antenskem kolutu in oscilatorju.
2. srednja frekvenca na MF tuljavi.
3. nizkofrekvenčni na vhodnem transformatorju, izhodnem transformatorju, tuljavi zvočnika, močnostnem transformatorju, releju in filtrirni tuljavi

---

Pojav magnetnega polja

Enosmerna induktivnost

Ko skozi kabel prepustimo električni tok, obstajajo magnetne sile. Ko prepustimo tok skozi tuljavo ali tuljavo (tuljavo) iz navitih žic, bodo v isti smeri nastale silovite črte, ki ustvarjajo magnetno polje. Jakost magnetnega polja je enaka številu magnetnih silnic in je neposredno sorazmerna zmnožku števila tuljav v tuljavi in ​​električnega toka skozi tuljavo.

Izmenična induktivnost

Če sta tuljavi nameščeni blizu drug drugega in ena od tuljav (L1) dobi izmenični tok, bo na L1 magnetni tok. Ta magnetni tok bo prešel skozi drugo tuljavo (L2) in bo ustvaril EMF (elektromotorna sila) na tuljavi L2. Ta vrsta učinka se imenuje medsebojna indukcija. Takšne stvari običajno srečamo v močnostnih transformatorjih.

Upor, ki ga tuljava zagotavlja, se imenuje induktivna reaktanca. Induktivna reaktanca je v ohmih označena s simbolom XL.

XL = 2πfL

Informacije:

π = 3.14

F = frekvenca izmeničnega toka (Hz)

L = induktivnost (Henry)

= kotna hitrost (2πfL)

XL = induktivna reaktanca ()

---

Polnjenje z induktorjem

Ko prepustimo električni tok I, se pojavijo magnetne silnice. Ko prepustimo tok skozi tuljavo ali tuljavo (tuljavo), narejeno iz navitih žic, bodo v isti smeri ustvarjene sile, ki ustvarjajo magnetno polje. Jakost magnetnega polja je enaka številu magnetnih silnic in je neposredno sorazmerna zmnožku števila tuljav v tuljavi in ​​električnega toka skozi tuljavo. Primer omrežja:

Ko v induktorju teče izmenični tok, se bo pojavila inducirana elektromotorna sila (emf) pomeni, da se tok in napetost fazno razlikujeta za / 2 = 900 in trenutni zaostanek (zaostajanje) od napetosti od 900. 2Лf je upor proti toku.

---

Praznjenje induktorja

Ko bo električni tok l napolnil navitje, se bo tok premaknil v nasprotni smeri od postopka polnjenja, tako da bo nastanek magnetnega polja z ista črta magnetne sile bo opravljala funkcijo navitja, večja kot je vrednost L (induktivnost), daljši je postopek njegovo praznjenje.

Izračun impedance induktorja

Po dobljeni vrednosti XL lahko izračunamo impedanco:

Z se imenuje serijska impedanca z enotami (ohmi).

---

Formula elektromagnetne indukcije

1. Magnetni tok

Magnetni tok je opredeljen kot zmnožek magnetnega polja B (beri: magnetno polje) s površino polja A, ki je pravokotna na magnetno indukcijo. Matematično je formula pretoka

= BA

Dejansko magnetna indukcija B ni vedno pravokotna na ravnino, lahko tvori določen kot. Recimo, da obstaja inducirano magnetno polje, ki tvori kot theta z normalno črto, potem je velikost nastalega magnetnega toka

= BA cos

= Magnetni tok
B = magnetna indukcija
A = območje
= kot med smerjo magnetne indukcije B in smerjo normalne črte ravnine

Faradayev zakon

Rezultati poskusov, ki jih je izvedel Faraday, so privedli do zakona, ki se glasi:

• Ko se količina magnetnega pretoka, ki vstopa v tuljavo, spremeni, je na koncih tuljave inducirana elektromotorna sila (inducirana emf).
• Velikost inducirane elektromotorne sile je odvisna od hitrosti spremembe toka in števila obratov.

Matematično dobljeno emf lahko določimo s formulo

= -N (ΔΦ / Δt)

(negativni znak kaže smer indukcije)

s

= inducirana emf (volti)
N = število obratov
/ Δt = hitrost spremembe magnetnega pretoka

Iz zgornje formule je mogoče na več načinov povzročiti spremembo magnetnega pretoka, ki povzroči inducirano emf, vključno z:

• povečati spremembo magnetne indukcije B
• zmanjšajte površino A, v katero prehaja magnetno polje.
• zmanjšaj kot

2. Lenzov zakon

Lenzov zakon pravi, da se "inducirani tok pojavi v taki smeri, da smer indukcije nasprotuje nastali spremembi. Z drugimi besedami, smer induciranega toka, ki se pojavi v prevodniku, ustvari magnetno polje, ki nasprotuje vzroku spreminjanja magnetnega polja. Oglejte si spodnjo sliko

Glede na zgornjo sliko,

• smer v je smer vzroka spremembe
• Smer Lorentzove sile FL bo vedno nasprotna smeri v
• z uporabo pravila desne roke dobimo smer I od P do Q

Lenzova zakonska formula

= B. l v

Samoindukcijski EMF (Henryjev zakon)
Če se tok, ki teče v vodniku, vsakič spremeni, se bo pojavila samoinducirana elektromagnetna napetost, ki jo Josep Henry oblikuje kot:

= -L (dI / s)

z:

= samo-inducirana emf (volti)
L = samoinduktivnost
dI / dt = velikost spremembe toka na enoto časa (A / s)

Samoindukcija (L) je emf, ki se pojavi v prevodniku in vsako sekundo se spremeni trenutna jakost 1 A. Velikost samoindukcije v prevodniku je formulirana kot:

L = NΦ / I

z:
L = samoinduktivnost
N = število zavojev tuljave
= magnetni tok (Wb)
I = trenutna moč

---

Dejavniki, ki povzročajo indukcijsko elektromotorno silo

Glavni vzrok inducirane EMS je sprememba magnetnega pretoka, zaprta z žično zanko. Velikost magnetnega pretoka je navedena v enačbi (1). Torej obstajajo trije dejavniki, ki povzročajo emf v tuljavi, in sicer:

1. Elektromotorna sila zaradi razširitve tuljave v elektromagnetnem polju

Slika 5. Razširitev tuljave v elektromagnetnem polju

Predpostavljamo, da je polje B pravokotno na površino, ki jo omejuje vodnik v obliki črke U. Na vodnik U je pritrjen še en vodnik, ki se lahko premika s hitrostjo v. V času t gibljivi vodnik prevozi razdaljo:

x = v.Δt

Tako se površina tuljave poveča za:

A = l. x = l .v .Δt

Na podlagi Faradayevega zakona bo inducirana EMS, katere velikost je izražena v enačbi:

= B. l . v

---

1. Indukcijska elektromotorna sila zaradi sprememb usmeritve kota tuljave proti elektromagnetnim poljem

Slika 6. Sprememba usmeritve kota tuljave proti elektromagnetnemu polju

Spremembe kota med magnetno indukcijo B in smerjo normalne ravnine lahko povzročijo inducirano emf, katerega velikost lahko določimo z enačbo (4). Ker sta vrednosti B in A konstantni, bomo dobili:

Informacije:

= inducirana emf (volti)

N = število obratov

B = magnetna indukcija (Wb / m²)

A = površina tuljave (m²)

= kotna hitrost (rad / s)

---

1. Indukcijska elektromotorna sila zaradi sprememb magnetne indukcije

Spremembe magnetne indukcije lahko povzročijo tudi inducirano emf pri konstantnem območju polja tuljave, ki je izraženo na naslednji način:

Slika 7. Indukcijska emf zaradi sprememb magnetne indukcije

---

Induktivnost

Slika 8. Samoinduktivnost

Tuljave vzporedno s fluorescenčnimi sijalkami so priključene na vir napetosti (baterija). Ko je stikalo zaprto, lučka ne zasveti, ker bo tok tekel v tuljavo, tako da skozi fluorescenčno sijalko prehaja zelo malo ali skoraj nič toka. Prisotnost toka skozi tuljavo ustvarja magnetno polje okoli tuljave. Iz opravljenih opažanj se je izkazalo, da se pri odklopu toka z odpiranjem stikala lučka za trenutek prižge, nato zatemni in ugasne.

---

Ko se stikalo odpre, se tok v tuljavi nenadoma izgubi, kar povzroči spremembo magnetnega pretoka okoli njega, od tam do nič. Tako nastane, kar kaže na prisotnost induciranega GG v sami tuljavi in ​​prižge fluorescenčno sijalko. Emf, ki se pojavi, se imenuje samo-inducirana emf tuljave (ker jo tvori tuljava sama). "Velikost samo-inducirane emf je sorazmerna s hitrostjo spreminjanja trenutne moči s časom".

---

Formulirano na naslednji način:

E = - L

L = Samoindukcija, enota je Henry

E = inducirana emf, enota je Volt

= hitrost spremembe toka, enota ampera / sekundo

Negativni znak pomeni, da je inducirana emf proti inducirani emf (Lenzov zakon). Ker sprememba toka v tuljavi pomeni spremembo magnetnega toka v tuljavi,

potem lahko Faradayev zakon E = - N uporabimo kot:

- L = - N = L di = N dϕ ali L i = Nϕ

Potem je L =

Samoinduktivnost vodnika 1 Henryja je definirana kot sprememba trenutne jakosti 1 ampera vsako sekundo redno, kar povzroči samoinducirano emf 1 Volt. Če je tuljava solenoid ali ščitnica, potem lahko njeno samoinduktivnost določimo na naslednji način

Magnetna indukcija v središču solenoida

B =_o n i =_o

Medtem ko = B A =_o

Ker je L = =, potem je L =

L = magnetna ali toroidna samoinduktivnost

μ_o = Prepustnost vakuuma

N = število obratov

A = površina preseka elektromagneta ali toroida

? = dolžina elektromagneta ali toroida

Energija, shranjena v induktorju

Videli smo, da je moč, ki jo proizvaja vodnik, skozi katerega se pretaka tok i, P = E i, v tem primeru E = L; P = Li i, medtem ko je P =, potem = Li i; dW = L i di

Da dobimo delo / energijo, ki je prisotna v induktorju, če se tok spremeni z nič na 1, potem = L

W = L L i²

---

Primeri problemov z elektromagnetno indukcijo

1. Tuljava s 100 obrati v 0,01 sekunde povzroči spremembo magnetnega pretoka 10-4 Wb, kolikšen je inducirani emf na koncih tuljave?

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

Diskusija

Je znan
N = 100 obratov
dΦ / dt = 10-4 Wb / 0,01 s = 10-2 Wb / s
= -N (dΦ / s)
ε = – 100 (10-2)
= -1 voltov
(negativni znak samo kaže smer induciranega toka)

Torej skupna elektromagnetna indukcija emf, ustvarjena na koncih tuljave, je 1 volt

---

Zaključek

Pojav električne sile (emf) na tuljavi le, če pride do spremembe števila magnetnih sil. Elektromotorna sila, ki nastane zaradi spremembe števila magnetnih linij sile, se imenuje emf indukcija, medtem ko se tok, ki teče, imenuje inducirani tok, dogodek pa indukcija elektromagnetni. Na velikost inducirane emf vpliva več dejavnikov, in sicer:

1. Hitrost spremembe magnetnega polja. Hitreje kot se magnetno polje spreminja, večja inducirana EMS nastane.
2. Število obratov Več kot je obratov, večja je inducirana emf.
3. Magnetna moč Čim močnejši je magnetizem, večja je inducirana emf.

Koncept elektromagnetne indukcije je mogoče uporabiti v tehnoloških izdelkih, kot so;

1. Generator je naprava, ki pretvarja kinetično energijo v električno energijo. Uporabljeno načelo je sprememba kota, ki temelji na Faradayevem zakonu, tako da pride do spremembe magnetnega pretoka.
2. Transformator ali transformator je orodje za spreminjanje (povečanje ali zmanjšanje) izmenične napetosti na podlagi Načelo elektromagnetne indukcije je prenos električne energije z indukcijo skozi primarno tuljavo na tuljavo sekundarni.
3. Induktor je komponenta, katere način dela temelji na magnetni indukciji. Induktorji, znani tudi kot tuljave, so izdelani iz tanke emajlirane žice. Induktor je žica, ki je navita tako, da postane tuljava. Sposobnost induktorja, da ustvari magnetno polje, se imenuje prevodnost.

Bibliografija

Crowell, B., 2006. Konceptualna fizika. s.l.:s.n.

Handayani, S., 2009. Fizika za srednješolski razred XII. Džakarta: Ministrstvo za nacionalno šolstvo.

---

O tem je pregled gradiva Popolna elektromagnetna indukcijaUpam, da je zgoraj pregledano koristno. To je vse in hvala.

Tukaj preberite tudi reference na sorodne članke:

• Elektromagnetni valovi: opredelitev, lastnosti, vrste in formule skupaj s primeri popolnih problemov
• Enosmerna elektrika: opredelitev in viri skupaj s popolnimi primeri problemov