Den elektromagnetiske induktion defineres som induktionen af en elektromotorisk kraft (spænding) i et medium eller nær legeme på grund af tilstedeværelsen af et skiftende magnetfelt. Dette fænomen blev opdaget af den britiske fysiker og kemiker Michael Faraday i løbet af året 1831 gennem Faradays lov om elektromagnetisk induktion.
Faraday udførte eksperimentelle tests med en permanent magnet omgivet af en trådspole og observerede induktionen af en spænding på nævnte spole og cirkulationen af en underliggende strøm.
Michael Faraday
Denne lov hedder, at den inducerede spænding på en lukket sløjfe er direkte proportional med hastigheden for ændring af magnetisk flux, når den passerer gennem en overflade med hensyn til tid. Det er således muligt at inducere tilstedeværelsen af en spændingsforskel (spænding) på et tilstødende legeme på grund af påvirkningen fra forskellige magnetfelter.
Til gengæld giver denne inducerede spænding anledning til cirkulation af en strøm, der svarer til den inducerede spænding og impedansen for analyseobjektet. Dette fænomen er handlingsprincippet for elsystemer og enheder til daglig brug, såsom: motorer, generatorer og elektriske transformere, induktionsovne, induktorer, batterier osv.
Formel og enheder
Den elektromagnetiske induktion observeret af Faraday blev delt med videnskabens verden gennem matematisk modellering, der gør det muligt at gentage denne type fænomener og forudsige deres opførsel.
Formel
For at beregne de elektriske parametre (spænding, strøm), der er forbundet med fænomenet elektromagnetisk induktion, er det først nødvendigt at definere, hvad der er værdien af magnetisk induktion, i øjeblikket kendt som magnetfeltet.
For at vide, hvad der er den magnetiske flux, der passerer gennem en bestemt overflade, skal produktet af magnetisk induktion ved nævnte område beregnes. Så:
Hvor:
Φ: Magnetisk flux
B: Magnetisk induktion
S: Overflade
Faradays lov angiver, at den elektromotoriske kraft, der induceres på nabokropperne, er givet af den ændrede hastighed af magnetfluxen med hensyn til tid, som beskrevet nedenfor:
Hvor:
ε: Elektromotorisk kraft
Ved at erstatte værdien af den magnetiske flux i det forrige udtryk har vi følgende:
Hvis integraler påføres på begge sider af ligningen for at afgrænse en endelig bane for det område, der er forbundet med magnetfluxen, opnås en mere præcis tilnærmelse af den krævede beregning.
Derudover er beregningen af elektromotorisk kraft i et lukket kredsløb også begrænset på denne måde. Ved anvendelse af integration i begge medlemmer af ligningen opnås det således, at:
Måleenhed
Magnetisk induktion måles i det internationale system af enheder (SI) i Teslas. Denne måleenhed er repræsenteret med bogstavet T og svarer til sættet med følgende basisenheder.
En tesla svarer til den ensartede magnetiske induktion, der producerer en magnetisk flux på 1 weber over en overflade på en kvadratmeter.
I henhold til Cegesimal System of Units (CGS) er måleenheden til magnetisk induktion gauss. Ækvivalensforholdet mellem begge enheder er som følger:
1 tesla = 10.000 gauss
Måleenheden til magnetisk induktion skylder sit navn til den serbokroatiske ingeniør, fysiker og opfinder Nikola Tesla. Det blev navngivet på denne måde i midten af 1960'erne.
Hvordan virker det?
Det kaldes induktion, fordi der ikke er nogen fysisk forbindelse mellem de primære og sekundære elementer; følgelig sker alt gennem indirekte og immaterielle forbindelser.
Fænomenet elektromagnetisk induktion forekommer i betragtning af samspillet mellem kraftlinierne i et variabelt magnetfelt på de frie elektroner i et nærliggende ledende element.
Til dette skal objektet eller mediet, hvorpå induktionen finder sted, være anbragt vinkelret på magnetfeltets kraftlinjer. På denne måde er kraften, der udøves på de frie elektroner, større, og følgelig er den elektromagnetiske induktion meget stærkere.
Til gengæld gives cirkulationsretningen af den inducerede strøm af retningen, der er givet af kraftvarmelinierne i det variable magnetfelt.
På den anden side er der tre metoder, gennem hvilke magnetfeltstrømmen kan varieres for at inducere en elektromotorisk kraft på et nærliggende legeme eller objekt:
1- Modificer magnetfeltets modul gennem variationer i strømningsintensiteten.
2- Skift vinklen mellem magnetfeltet og overfladen.
3 - Rediger størrelsen på den iboende overflade.
Så når et magnetfelt er blevet modificeret, induceres en elektromotorisk kraft i det nærliggende objekt, som afhængigt af modstanden mod strømcirkulation, som den har (impedans), vil producere en induceret strøm.
I den rækkefølge af ideer vil andelen af den inducerede strøm være større eller mindre end den primære strøm afhængig af systemets fysiske konfiguration.
eksempler
Princippet om elektromagnetisk induktion er grundlaget for drift af elektriske spændingstransformatorer.
Transformationsforholdet for en spændingstransformator (step-down eller step-up) angives af antallet af viklinger, som hver transformatorvikling har.
Afhængigt af antallet af spoler kan spændingen på det sekundære således være højere (step-up transformer) eller lavere (step-down transformer), afhængigt af anvendelsen i det sammenkoblede elektriske system.
På lignende måde fungerer elektricitetsgenererende turbiner i vandkraftcentre også takket være elektromagnetisk induktion.
I dette tilfælde bevæger turbinebladene rotationsaksen, der er placeret mellem turbinen og generatoren. Dette resulterer derefter i mobilisering af rotoren.
Til gengæld består rotoren af en række viklinger, der, når de er i bevægelse, giver anledning til et variabelt magnetfelt.
Sidstnævnte inducerer en elektromotorisk kraft i generatorens stator, som er forbundet til et system, der tillader, at den energi, der genereres under processen, kan transporteres online.
Gennem de to eksempler, der er beskrevet ovenfor, er det muligt at registrere, hvordan elektromagnetisk induktion er en del af vores liv i elementære anvendelser i hverdagen.
Referencer
- Elektromagnetisk induktion (sf). Gendannes fra: electronics-tutorials.ws
- Elektromagnetisk induktion (sf). Gendannes fra: nde-ed.org
- I dag i historien. 29. august 1831: Elektromagnetisk induktion blev opdaget. Gendannes fra: mx.tuhistory.com
- Martín, T. og Serrano, A. (nd). Magnetisk induktion. Polytechnic University of Madrid. Madrid Spanien. Gendannes fra: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagnetisk induktion. Gendannet fra: euston96.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Tesla (enhed). Gendannet fra: es.wikipedia.org