Новые статьи

Как устроена и работает светодиодная люстра с дистанционным пультом: опыт ремонта своими руками
Как выбрать лампы освещения для дома
Как прозвонить электрическую цепь тестером, мультиметром

Закон электромагнитной индукции


Теоретическая электротехника





”ОсновнойСамо слово "индукция" полностью противоположно по своему значению слову "дедукция", столь популярному у Шерлока Холмса.

Дедуктивный метод подразумевает использование беспощадной логики, а возникновение ЭДС в замкнутом контуре при близком перемещении постоянного магнита не поддавалось никакой логике, то есть было "индуктивным", наводимым нелогично и неочевидно.

По крайней мере, так казалось в 1831 году, когда Майкл Фарадей провел серию опытов, обнаруживающих новую физическую закономерность.

Первый опыт заключался в том, что на замкнутый металлический тор (баранку) с двух разных сторон наматывались два провода. К концам первого провода подключалась электрическая батарея, а на концах второго проводника фиксировался всплеск наведенного постоянного по направлению тока.

Другой опыт заключался в регистрации всплесков тока на концах катушки, внутрь которой вставлялся постоянный магнит. Такие всплески Фарадей назвал "волнами электричества", но математического описания он дать им не смог, объяснив их возникновение особыми силовыми линиями в пространстве.

Несмотря на то, что такое объяснение изначально было встречено научным сообществом со скепсисом, факты говорили сами за себя. И впоследствии мысль Фарадея была развита, что позволило сформулировать "закон электромагнитной индукции".

Итак, для создания математического описания явления электромагнитной индукции пришлось ввести понятие магнитного потока и магнитной индукции.

Магнитный поток, традиционно обозначаемый как Ф и исчисляемый в веберах (Вб), – это поверхностный интеграл вектора магнитной индукции B по некоторой поверхности, пронизываемой силовыми линиями магнитного поля.

Если рассматривается плоская поверхность, то величина индукции В просто умножается на величину площади этой поверхности и на косинус угла между вектором В и нормалью (скалярное произведение).

   Ф=В*S*cosα, Вб

Понятие же, магнитной индукции было введено в обиход голландским ученым Хендриком Лоренцом только в 1892 году как размерный коэффициент, необходимый для выражения воздействия магнитного поля на движущийся электрический заряд (сила Лоренца).

В опытах Фарадея величина индукции была тем выше, чем больше был ток в первом проводе, намотанном на тор, и чем мощнее был постоянный магнит, вносимый внутрь катушки. С определением потока дело обстоит немного сложнее, поскольку поверхность тора и проводника катушки имеет сложную форму.

Но, для понимания закона электромагнитной индукции вовсе и не обязательно что-то вычислять. Важно понять принцип, а он состоит в том, что ЭДС индукции, вызывающая всплески тока ("волны электричества") зависит не от величины магнитного потока, а от скорости его изменения. Окончательная формула принимает такой простой вид:

   E=dФ/dt, В

Во время подключения провода, намотанного на тор, происходило резкое изменение магнитного потока внутри металла этого тора. Разумеется, на короткий период это изменение вызывало ЭДС индукции во втором проводе.

К слову, и в первом проводе также возникала ЭДС. Это была ЭДС, направленная против подключенной и препятствующая возрастанию тока. Самое же интересное в том, что это, по своей сути, была уже самая настоящая модель трансформатора напряжения.

Если бы к первому проводу Фарадей подключил сеть переменного тока, то на зажимах второго провода (вторичной обмотки) был бы уже не всплеск, а переменная ЭДС с частотой тока в первичной обмотке. А тор был просто магнитопроводом.

Похожий принцип используется сегодня и в асинхронных электродвигателях. Ротор асинхронной машины не подключается к сети, однако в нем откуда-то берется, индуцируется ток, который взаимодействует с магнитным полем статора и создает вращающий момент.

Этот ток возникает именно по закону электромагнитной индукции под воздействием переменного магнитного потока, порождаемого статором. Таким образом, закон электромагнитной индукции является одним из фундаментальных законов электротехники и техники в целом.






Теоретическая электротехника