Az elektromágneses indukciót egy közepes vagy közeli testben egy elektromotoros erő (feszültség) indukciójaként definiálják, változó mágneses mező jelenléte miatt. Ezt a jelenséget Michael Faraday, a brit fizikus és vegyész 1831-ben fedezte fel Faraday elektromágneses indukciós törvénye alapján.
Faraday kísérleti teszteket végzett egy huzaltekercs által körülvett állandó mágnesel, és megfigyelte az említett tekercs feszültségének indukcióját és az alapul szolgáló áram keringését.
Michael Faraday
Ez a törvény kimondja, hogy a zárt hurokban indukált feszültség egyenesen arányos a mágneses fluxus változásának sebességével, amikor az a felületen áthalad az idő függvényében. Így kivitelezhető egy feszültségkülönbség (feszültség) jelenléte a szomszédos testben a változó mágneses mezők hatása miatt.
Ez az indukált feszültség az indukált feszültségnek és az elemzés tárgyának impedanciájának megfelelő áram keringését eredményezi. Ez a jelenség a mindennapi használatra kerülő energiarendszerek és eszközök működési elve, mint például: motorok, generátorok és elektromos transzformátorok, indukciós kemencék, induktorok, akkumulátorok stb.
Képlet és egységek
A Faraday által megfigyelt elektromágneses indukciót a matematikai modellezés segítségével megosztották a tudomány világával, amely lehetővé teszi az ilyen típusú jelenségek replikálását és viselkedésük megjóslását.
Képlet
Az elektromágneses indukció jelenségéhez kapcsolódó elektromos paraméterek (feszültség, áram) kiszámításához először meg kell határozni, hogy mi a mágneses indukció értéke, amelyet jelenleg mágneses mezőnek hívnak.
Ahhoz, hogy tudjuk, mi a mágneses fluxus, amely áthalad egy adott felületen, ki kell számítani az említett terület mágneses indukciójának szorzatát. Így:
Ahol:
Φ: Mágneses fluxus
B: Mágneses indukció
S: Felület
Faraday törvénye azt jelzi, hogy a szomszédos testekre indukált elektromotoros erőt a mágneses fluxus időbeli változásának sebessége adja, az alábbiak szerint:
Ahol:
ε: Elektromotoros erő
A mágneses fluxus értékének az előző kifejezésben történő helyettesítésével a következőket kapjuk:
Ha az egyenlet mindkét oldalára integrálokat alkalmazunk annak érdekében, hogy a mágneses fluxussal kapcsolatos terület véges útját meghatározzuk, akkor a szükséges számítás pontosabb megközelítését kapjuk.
Ezenkívül a zárt áramkörben az elektromotoros erő kiszámítása szintén korlátozott. Így, amikor az egyenlet mindkét tagjába integrációt alkalmazunk, a következőt kapjuk:
Mértékegység
A mágneses indukciót a Nemzetközi Egységrendszerben (SI) mérjük Teslas-ban. Ezt a mértékegységet T betű jelöli, és megfelel a következő alapegységek készletének.
Egy tesla egyenértékű azzal az egyenletes mágneses indukcióval, amely 1 négyzetméteres mágneses fluxust hoz létre egy négyzetméter felületén.
Az egységek cegesimális rendszere (CGS) szerint a mágneses indukció mértékegysége a mértékegység. A két egység közötti egyenértékűség viszony a következő:
1 tesla = 10 000 gauss
A mágneses indukció mértékegysége a nevét a szerbhorvát mérnöknek, fizikusnak és Nikola Tesla feltalálónak köszönheti. Az 1960-as évek közepén ezt nevezték el.
Hogyan működik?
Indukciónak nevezzük, mivel nincs fizikai kapcsolat az elsődleges és a másodlagos elem között; következésképpen minden közvetett és immateriális kapcsolatok révén történik.
Az elektromágneses indukció jelensége akkor fordul elő, ha a változó mágneses erő erővonalai kölcsönhatásba lépnek a közeli vezető elem szabad elektronjaival.
Ehhez az objektumot vagy közeget, amelyen az indukció zajlik, merőlegesen kell elhelyezni a mágneses mező erővonalaival. Ily módon a szabad elektronokra gyakorolt erő nagyobb, és következésképpen az elektromágneses indukció sokkal erősebb.
Az indukált áram keringési irányát viszont a változó mágneses erő erővonalai által megadott irány adja.
Másrészt három módszer létezik, amelyek révén a mágneses mező fluxusa variálható egy közeli testre vagy tárgyra irányuló elektromotoros erő indukálására:
1- Módosítsa a mágneses mező modulját az áramlás intenzitásának változásain keresztül.
2- Változtassa meg a mágneses mező és a felület közötti szöget.
3- Módosítsa a belső felület méretét.
Ezután, ha a mágneses teret módosították, egy elektromotoros erő indukálódik a szomszédos tárgyban, amely az áramlási ellenállásnak (impedancia) függvényében indukált áramot hoz létre.
Ebben az ötletrendben az említett indukált áram aránya nagyobb vagy kevesebb, mint az elsődleges áram, a rendszer fizikai konfigurációjától függően.
Példák
Az elektromágneses indukció elve képezi az elektromos feszültségtranszformátorok működésének alapját.
A feszültségváltó transzformációs arányát (lefelé vagy fokozatosan) az egyes transzformátor tekercseléseinek meneteinek száma adja meg.
Így a tekercsek számától függően a szekunder feszültsége magasabb lehet (fokozatos transzformátor) vagy alacsonyabb (feszültségcsökkentő transzformátor), az összekapcsolt elektromos rendszerben alkalmazott alkalmazástól függően.
Hasonló módon a villamosenergia-központokban áramtermelő turbinák is működnek az elektromágneses indukciónak köszönhetően.
Ebben az esetben a turbinalapátok elmozdítják a forgástengelyt, amely a turbina és a generátor között helyezkedik el. Ez a forgórész mobilizálódását eredményezi.
A rotor viszont egy tekercs-sorozatból áll, amelyek mozgás közben változó mágneses teret eredményeznek.
Ez utóbbi elektromotoros erőt indukál a generátor állórészében, amely egy olyan rendszerhez van csatlakoztatva, amely lehetővé teszi a folyamat során keletkező energia online továbbítását.
A fentebb bemutatott két példa segítségével észlelhető, hogy az elektromágneses indukció része életünknek a mindennapi élet elemi alkalmazásaiban.
Irodalom
- Elektromágneses indukció (sf). Helyreállítva: elektronika-utorials.ws
- Elektromágneses indukció (sf). Helyreállítva: nde-ed.org
- Ma a történelemben. 1831. augusztus 29.: felfedezték az elektromágneses indukciót. Helyreállítva: mx.tuhistory.com
- Martín T. és Serrano A. (második). Mágneses indukció. Madridi Politechnikai Egyetem. Madrid, Spanyolország. Helyreállítva: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromágneses indukció. Helyreállítva: euston96.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Tesla (egység). Helyreállítva: es.wikipedia.org