EMF που προκαλείται στον κινούμενο αγωγό

Συσκευές όπως γεννήτριες ή μπαταρίες λειτουργούν με τρόπο που το ηλεκτρικό φορτίο μεταφέρεται μέσα στη συσκευή και σε αυτή τη διαδικασία, η ενέργεια μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη. Οι ακροδέκτες αυτών των συσκευών σχηματίζουν αντίθετες πολικότητες. Το ένα τερματικό φορτίζεται αρνητικά, ενώ το άλλο φορτίζεται θετικά. Η ενέργεια που αποκτάται σε αυτές τις συσκευές ή η εργασία που γίνεται σε ένα μοναδιαίο ηλεκτρικό φορτίο ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη ή emf. Μετριέται σε βολτ. Η διαδικασία κατά την οποία το emf επάγεται σε ένα κύκλωμα με τη βοήθεια ποικίλων μαγνητικών ή ηλεκτρικών πεδίων ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday

Ο Michael Faraday εισήγαγε δύο νόμους γνωστούς ως νόμος του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Ο πρώτος νόμος του Faraday

Εάν αλλάξει το μέγεθος ή η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου, το emf θα επαχθεί στο καλώδιο και αυτό το επαγόμενο emf ή η επαγόμενη τάση έχει ως αποτέλεσμα το επαγόμενο ρεύμα. Διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να επιτευχθεί αυτό είναι:

• Μετακινώντας έναν μαγνήτη πέρα ​​δώθε
• Με την αλλαγή του μεγέθους του μαγνητικού πεδίου
• Αλλάζοντας τον προσανατολισμό του πηνίου
• Μετακινώντας το πηνίο μέσα και έξω από το μαγνητικό πεδίο

Ο δεύτερος νόμος του Faraday

Ο ρυθμός μεταβολής της ροής που συνδέεται με το πηνίο είναι ίσος με την τιμή του emf που προκαλείται στο πηνίο. Η ροή που προκαλείται είναι ίση με το γινόμενο ενός αριθμού στροφών στο πηνίο και της ροής που σχετίζεται με το πηνίο.

E=NdΦ/dt … 1

Νόμος του Lenz

Ο νόμος του Lenz δηλώνει ότι η κατεύθυνση του επαγόμενου emf είναι τέτοια που αντιτίθεται στην αλλαγή που το προκάλεσε. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα μαγνήτη ράβδου. Εάν μετακινήσουμε έναν μαγνήτη ράβδου μέσα και έξω από ένα πηνίο, θα προκληθεί το emf. Η μετακίνηση του βόρειου πόλου του μαγνήτη έξω από το πηνίο θα προκαλούσε επίσης το emf και η κατεύθυνσή του θα ήταν κατά τρόπο που αντιτίθεται στην αλλαγή. Σε αυτή την περίπτωση, η έξοδος από τον βόρειο πόλο προκαλεί emf. Επομένως, η αλλαγή θα προσπαθήσει να την αντιταχθεί, δηλαδή, η πολικότητα στο ένα άκρο του πηνίου θα γίνει νότια για να προσελκύσει τον βόρειο πόλο.

Τώρα, χρησιμοποιώντας το νόμο του Lenz στην εξίσωση 1

E=-NdΦ/dt… 2

Εμφ που προκαλείται σε έναν κινούμενο αγωγό

Κάθε φορά που ένας αγωγός κινείται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, το emf επάγεται κατά μήκος του αγωγού. Το emf επάγεται κατά μήκος του αγωγού λόγω της αλλαγής στην περιοχή του αγωγού που φεύγει και εισέρχεται στο μαγνητικό πεδίο. Με αυτόν τον τρόπο αλλάζει η μαγνητική ροή, η οποία οδηγεί στην επαγωγή του emf. Το επαγόμενο emf είναι επίσης γνωστό ως κινητικό emf. Τώρα, ας εξάγουμε την έκφραση για το μέγεθος του επαγόμενου emf.

Σύμφωνα με το νόμο του Faraday,

E=ΔΦ/Δt

Ας εξετάσουμε μια μεταλλική ράβδο μήκους l, που κινείται με ταχύτητα v. Θα διανύσει απόσταση x,

σε ένα χρόνο, t.

Ταχύτητα =απόσταση/χρόνος

Ή, v=Δx/Δt

Καθώς η περιοχή του βρόχου (επαγόμενο emf) αλλάζει συνεχώς, η ποσότητα που θα αλλάξει θα είναι:

ΔA=lΔx

Η μαγνητική ροή είναι ίση με το γινόμενο του μαγνητικού πεδίου και τη μεταβολή της περιοχής.

Επομένως, το 3 γίνεται

E=BΔA/Δt

=BlvΔt/Δt

=Blv

Επομένως, το emf που προκαλείται κατά μήκος του αγωγού θα είναι e=Blv.

Η κατεύθυνση του επαγόμενου EMF, σύμφωνα με το νόμο του Lenz, είναι κατά τρόπο που αντιτίθεται στην αλλαγή που το προκαλεί.

Προβλήματα

• Υπολογίστε το emf ενός σύρματος που κινείται με ταχύτητα 5 m/s μέσα από ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο 0,5Τ. Το μήκος του σύρματος είναι 2 m.

Το EMF που προκαλείται θα δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση

E=Blv

=0,5*2*5

=5 βολτ

• Ένα σύρμα έχει μήκος 10 km, κινείται με τροχιακή ταχύτητα 5 km/sec. Υπολογίστε το κινητικό emf που προκαλείται κάθετα στο μαγνητικό πεδίο της Γης 5,00 × 10−5 T.

E=Blv

=5*10-5*10*103*5*103

=25*102=2500 βολτ

Συμπέρασμα

Η ροή του μαγνητικού πεδίου εξαρτάται από το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου, τον προσανατολισμό του πεδίου και τον αριθμό των γραμμών που διέρχονται από μια δεδομένη επιφάνεια. Εάν μεταβάλλεται μόνο ένας παράγοντας, τότε θα επάγεται το emf, το οποίο με τη σειρά του προκαλεί το ρεύμα. Τα μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία παράγουν επίσης δινορεύματα, τα οποία βρίσκουν τις εφαρμογές τους στη μαγνητική αιώρηση, τη συγκόλληση, την ανίχνευση ρωγμών κ.λπ. Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή έχει πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων συσκευών όπως γεννήτριες, κινητήρες και ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως