Потребител:Miki/индукция

от Уикипедия, свободната енциклопедия

Електромагнитна индукция

Съдържание 1 Електромагнитна индукция 2 Приложения 3 Виж още 4 Индуктирано от движение е.д.н. 5 Еднополюсна машина

[редактиране] Електромагнитна индукция

Електромагнитната индукция е пораждането на разлика на електрически потенциали (или напрежение)по протежението на проводник разположен в променлив магнитен поток.

Картинка:Electromagnitna indukcia.jpg

Майкъл Фарадей е удостоен като откривател на явлението 'индукция' през 1831, последното е предсказано и от Франческо Зантедеши през 1829. Фарадей открива, че електродвижещото напрежение (е.д.н.) по затворен контур е пропорционално на степента на промяна на магнитния поток (промяната може да бъде както по големина така и по посока) през произволна повърхност заградена от контура. На практика това означава, че ще протича електрически ток във всеки затворен проводник (затворена навивка), когато магнитният поток минаващ през повърхността оградена от проводника се променя. Това е в сила при промяна на интензитета на магнитното поле, както и при движение на проводник в последното. На принципа на електромагнитната индукция се основават: действието на генераторите, индукционните мотори, трансформаторите и повечето електрически машини.

Законът на Фарадей за електромагнитната индукция се записва като:

,

където

е електродвижещото напрежение (е.д.н.) във Волта (V)

Φ_B е магнтитният поток Вебер (Wb)

За често срещаният но специален случай на намотка от N навивки със същото напречно сечение, Законът на Фарадей за електромагнитната индукция се записва като

,

където

е електродвижещото напрежение (е.д.н.) във Волта (V)

Φ_B е магнтитният поток Вебер (Wb) през единична намотка.

Законът на Ленц дава посоката на индуктираното е.д.н., така:

Индуктираното в електрическа верига е.д.н. е винаги с такава посока, че токовете които поражда (магнитното поле от токовете) винаги действат против промяната на магнитнитният поток който е източник на електродвижещото напрежение.

Законът на Ленц е причина за отрицателният знак в горните уравнения.

[редактиране] Приложения

Принципът на електромагнитната индукция се отнася за много устройства и системи:

• Индукционни двигатели (асинхронни машини)
• Електрически генератори
• Трансформатори
• Безконтактно презареждане на батерии
• Електрически котлони (индукционно нагряване).
• Индукционно заваряване
• Електромагнитно формоване
• Сензори за магнитно поле

[редактиране] Виж още

• Уравнения на Максуел за по-подробен анализ.

[редактиране] Индуктирано от движение е.д.н.

Според законът на Фарадей, е.д.н се генерира и във верига, която се движи в магнитно поле, което е постоянно във времето. Как се обяснява явлението: ще бъде разгледана проста верига, в която проводящ прът с дължина l се плъзга по проводяща рамка с U-форма в хомогенно магнитно поле. Веригата е показана по-долу.

Картинка:Motional emf frame1.JPG

За допълнително опростяване се допуска, че магнитното поле е перпендикулярно към равнината в която е разположена веригата. Нека проводящият прът се движи с постоянна скорост v надясно. Магнитният поток обхванат от веригата е просто произведението между перпендикулярната плътност на магнитното поле (магнитнтата индукция В) и площа на веригата, l.x, където x определя позицията на плъзгащият се прът (виж фигурата). Така,

Φ_B = Blx.

Проводящият прът изминава разстояние Δx = vΔt за време Δt, така за същото време магнитният поток обхванат от веригата се увеличава:

ΔΦ_B = BlΔx = BlvΔt.

От законът на Фарадей следва, че големината на генерираното във веригата е.д.н. се записва като:

.

Така индуктираното във веригата електродвижещо напрежение вследствие на движението на проводника е равно просто на произведението на електромагнитната индукция B дължината на пръта l и скоростта на движение на последния v.

Ако магнитното поле не е перпендикулярно към веригата, но вместо това сключва ъгъл Θ с перпендикулярното направление към равнината, тогава:

където е перпендикулярната към равнината на веригата компонента на магнитното поле.

[редактиране] Еднополюсна машина

Картинка:Unipolar disc.jpg

Еднополюсната машина е електрически генератор състоящ се от проводящ маховик, който се върти в магнитно поле с един електрически контакт близо до оста на въртене и друг разположен близо до периферията на маховика. За разлика от другите видове генератори, изходното напрежение на еднополюсният генератор не може да сменя полярността си, откъдето идва и името на машината (еднополярна или еднополюсна). Разделянето на заряда е в резултат на Лоренцовата сила върху свободните заряди във диска. Движението е ъглово (азимутално) а полето аксиално, следователно електродвижещото напрежение е радиално. Електрическите контакти трябва да са четкови (плъзгащи), което води до големи загуби при малко по стойност генерирано напрежение.

Ако магнитното поле се създава от постоянен магнит, генераторът работи независимо от това дали магнитът е застопорен като статор или се върти с диска. Преди откриването на електрона и законът за силата на Лоренц, този ефект остава необяснен и известен като парадокс на Фарадей.

Еднополюсният генератор е изобретен от Майкъл Фарадей през 1831 и още се нарича Фарадеев диск в негова чест. Той е първото динамо - електрически генератор използващ магнитно поле. Тази машина е с ниско КПД и не е използвана за практически източник на енергия. Униполярният генератор показва възможностите за генериране на електрическа енергия използвайки магнетизма и прокарва пътя на комутационните постояннотокови машини както и на променливотоковите динамо-машини.

Никола Тесла се интересува от Фарадеевият диск и патентова (както той твърди) усъвършенствана версия на устройството. Неговият патент в САЩ номер 406968 ("Динамо Електрическа Машина") описва разположението на два паралелни диска на отделни паралелни оси съединени като ролка с метален ремък. Това съществено намалило загубите от триене. Във всеки случай няма данни за работата на машината както и никой друг не се е опитвал да създаде такава.

Дълго след това оригиналният Фарадеев диск е изоставен като практически генератор. Създадена е променена версия комбинираща магнита и диска в единична въртяща се част (ротор). Понякога за тази конфигурация се използва името "хомополярен" генератор. Такава машина се използва за генериране на токове с много високи стойности при ниски напрежения, което се прилага при електрическото заваряване, електролизата и изследванията с индукционни оръдия. За приложения с импулсна енергия, ъгловият момент на ротора се използва за съхраняване на енергията за дълъг период и понататъшното и освобождаване за кратко време.

Както всяко динамо, Фарадеевият диск преобразува кинетичната енергия в електрическа енергия. Обаче непривично на всички останали динамомашини тази машина не може да бъде анализирана чрез законът на Фарадей за електромагнитната индукция. Веригата на Фарадеевият диск е паралелна на вектора на магнитния поток и следователно не обхваща магнитен поток. Следователно законът на Фарадей не е в сила за тази машина. Вместо това за обяснението на поведението на устройството се използва законът за Лоренцовата сила. Този закон открит 30 години след смъртта на Фарадей показва, че силата върху електрона е пропорционална на векторното произведение на скороста му и вектора на магнитния поток. В геометричен смисъл това означава, че силата сключва прави ъгли със скоростта (ъгловата скорост) и магнитният поток (в аксиално направление), което означава че силата е в радиална посока. Движението на електрона в радиално направление поражда електрически ток между центъра на диска и ръба на последния.

Има сериозни и объркващи трудности при разясняването на принципа на работа на машината. Ключовата дума в предшестващият параграф е скорост, което води до въпроса: "скорост относителна към какво". Ако скоростта отнесена към магнита е считана като причина на Лоренцовата сила, тогава обяснението е в противоречие със специалната теория на относителността, която твърди, че е невъзможно да се каже дали равномерното магнитно поле е стационарно или се движи. Това допускане предполага и , че въртейки на магнита, а не диска ще предизвика протичането на ток, което не се потвърждава от експеримента.

Правилната интерпретация за скоростта на електрона е, че тя е относителна спрямо статичните части на машината, които са плъзгащите контакти и веригата към която са свързани. На еъика на специалната относителност тези обекти изпълняват ролята на "наблюдател". Скоростта на електрона относителна към тези компоненти е причина електрона да изпитва Лоренцова сила.