Φόρμουλα Μαγνητικής Επαγωγής

Η δημιουργία μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης σε έναν ηλεκτρικό αγωγό σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο είναι γνωστή ως ηλεκτρομαγνητική ή μαγνητική επαγωγή.

Η επαγωγή ανακαλύφθηκε το 1831 από τον Michael Faraday και χαρακτηρίστηκε μαθηματικά ως ο νόμος επαγωγής του Faraday από τον James Clerk Maxwell. Ο νόμος του Lenz περιγράφει την κατεύθυνση του επαγόμενου πεδίου. Η εξίσωση Maxwell–Faraday, μία από τις τέσσερις ηλεκτρομαγνητικές εξισώσεις του Maxwell, προήλθε από το νόμο του Faraday. Ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως πηνία και μετασχηματιστές, καθώς και συσκευές όπως ηλεκτρικοί κινητήρες και γεννήτριες, έχουν όλα ωφεληθεί από την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Μαγνητική επαγωγή

Η μαγνητική επαγωγή είναι η ιδιότητα μέσω της οποίας ένα συνηθισμένο κομμάτι σιδήρου αποκτά προσωρινά μαγνητικές ιδιότητες ως αποτέλεσμα της παρουσίας ενός άλλου στενού μαγνήτη. Το φαινόμενο της μαγνήτισης υλικών σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο είναι γνωστό ως μαγνητική επαγωγή. Τα υλικά αποκτούν μαγνητικά χαρακτηριστικά ως αποτέλεσμα αυτής της μαγνήτισης. Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο ιδέες που συνδέονται μεταξύ τους. Τα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία (ηλεκτρικό ρεύμα) προκαλούν μαγνητικά πεδία, όπως ανακάλυψαν οι επιστήμονες πριν από περίπου 200 χρόνια. Όταν οι κινούμενοι μαγνήτες παράγουν ηλεκτρικά ρεύματα, ισχύει επίσης το αντίθετο.

Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός

Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο ιδέες που συνδέονται μεταξύ τους. Τα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία (ηλεκτρικό ρεύμα) προκαλούν μαγνητικά πεδία, όπως ανακάλυψαν οι επιστήμονες πριν από περίπου 200 χρόνια. Ομοίως, ισχύει το αντίστροφο. Τα ηλεκτρικά ρεύματα παράγονται από κινούμενους μαγνήτες. Τα πειράματα των Michael Faraday και Joseph Henry απέδειξαν αποφασιστικά ότι όταν τα κλειστά πηνία εκτέθηκαν σε μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία, προκλήθηκαν ηλεκτρικά ρεύματα. Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή είναι το όνομα που δόθηκε σε αυτό το περιστατικό.

Μαγνητική ροή

Η μαγνητική ροή είναι ο αριθμός των γραμμών μαγνητικού πεδίου που συνδέουν μια επιφάνεια με εμβαδόν διατομής Α. Το γινόμενο της πυκνότητας της μαγνητικής ροής κάθετης προς την επιφάνεια και το εμβαδόν της επιφάνειας καθορίζει τη μαγνητική ροή μέσω μιας μικρής επιφάνειας. Η μαγνητική ροή ορίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως η ηλεκτρική ροή:∅B=BAcos

εδώ ∅ είναι η γωνία μεταξύ δύο μέσων.

Η μαγνητική ροή είναι ένα βαθμωτό μέγεθος που έχει μόνο μέγεθος. Η μονάδα του είναι ο Weber.

Ο νόμος της επαγωγής του Faraday

Ο νόμος της επαγωγής του Faraday περιγράφει πώς ένα ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο και ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό. Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν, ο Άγγλος επιστήμονας Michael Faraday πιστώνεται με την ανακάλυψη της μαγνητικής επαγωγής το 1831, παρά το γεγονός ότι ο Αμερικανός φυσικός Joseph Henry ανακάλυψε ανεξάρτητα το φαινόμενο περίπου την ίδια εποχή.

Ο Faraday's παρατήρησε ότι καθώς η μαγνητική ροή μέσω ενός πηνίου αλλάζει με το χρόνο, επάγεται ένα emf στο πηνίο. Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής σε ένα κύκλωμα προκαλεί ένα emf σε αυτό. Ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω ενός κυκλώματος καθορίζει το μέγεθος του επαγόμενου emf σε αυτό το κύκλωμα.

Στον όρο των μαθηματικών γράφεται ως:ε=-d∅dt

Το σύμβολο μείον υποδηλώνει ότι κάτι πηγαίνει προς τη λάθος κατεύθυνση.

Σε έναν κλειστό βρόχο, αυτό καθορίζει την κατεύθυνση του ρεύματος. Επειδή η αλλαγή της ροής που σχετίζεται με κάθε στροφή σε ένα σφιχτά τυλιγμένο πηνίο Ν στροφών είναι η ίδια, το συνολικό επαγόμενο emf δίνεται από:

ε=-Nd∅dt

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Ο Michael Faraday ανακάλυψε αυτή την έννοια το 1831 και ο James Clerk Maxwell τη χαρακτήρισε μαθηματικά ως τον νόμο επαγωγής του Faraday. Ωστόσο, πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τι είναι η Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή.

Το ρεύμα που παράγεται από την τάση που παράγεται από ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο είναι γνωστό ως ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Αυτό συμβαίνει σε ένα από τα δύο σενάρια:- Όταν ο αγωγός τοποθετείται σε μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, Όταν ένας αγωγός κινείται συνεχώς σε ένα στατικό πεδίο.

Ο Michael Faraday έκανε ένα πείραμα στο οποίο τύλιξε τα καλώδια γύρω από έναν μαγνήτη ράβδου και τα συνέδεσε με ένα βολτόμετρο (μια συσκευή που μετρά την τάση). Στη συνέχεια μετατόπισε τον μαγνήτη και παρατήρησε τις διακυμάνσεις της τάσης. Κατέληξε σε ορισμένα συμπεράσματα αφού έκανε τις μελέτες.

Ο αριθμός των πηνίων καθορίζει την επαγόμενη τάση, η οποία είναι ισοδύναμη με τον αριθμό των στροφών του καλωδίου. Η παραγόμενη τάση αυξάνεται όσο αυξάνεται ο αριθμός των στροφών.

Αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο - Οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο έχει αντίκτυπο στην παραγωγή τάσης. Η μετακίνηση του μαγνήτη γύρω από τον αγωγό ή αντίστροφα προκαλεί αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο.

Τύπος

Ο τύπος θα δοθεί ως:

ε=-Nd∅dt

Εδώ είναι επαγόμενο emf

N είναι ο αριθμός των στροφών

∅ είναι η μαγνητική ροή

t είναι η ώρα

Εφαρμογές Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής

Αυτή η θεωρία είναι απαραίτητη για τη λειτουργία μιας γεννήτριας AC.

Η αρχή της επαγωγής χρησιμοποιείται στους μετασχηματιστές.

Συμπέρασμα

Η δημιουργία μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης σε έναν ηλεκτρικό αγωγό σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο είναι γνωστή ως ηλεκτρομαγνητική ή μαγνητική επαγωγή. Ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως επαγωγείς και μετασχηματιστές, καθώς και συσκευές όπως ηλεκτρικοί κινητήρες και γεννήτριες, έχουν όλα ωφεληθεί από την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο ιδέες που συνδέονται μεταξύ τους. Το φαινόμενο της μαγνήτισης υλικών σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο είναι γνωστό ως μαγνητική επαγωγή. Η μαγνητική ροή είναι ο αριθμός των γραμμών μαγνητικού πεδίου που συνδέουν μια επιφάνεια με μια περιοχή διατομής Α. Ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω ενός κυκλώματος καθορίζει το μέγεθος του επαγόμενου emf σε αυτό το κύκλωμα.

Στον όρο των μαθηματικών γράφεται ως:ε=-d∅dt