Elektromanyetik indüksiyonu - Electromagnetic induction
Michael Faraday genellikle 1831 yılında indüksiyon keşfi ile alacak ve James Clerk Maxwell matematiksel olarak niteleyen Faraday indüksiyon yasası . Lenz kanunu uyarılan alanın yönünü açıklamaktadır. Faraday yasası daha sonra Maxwell-Faraday denklemi, dört biri olmayı genelleştirilmiş edildi Maxwell denklemlerinin teorisinde elektromanyetizma .
içindekiler
- 1 Tarihçe
- 2 Teori
- 3 Uygulamalar
- 4 Eddy akımları
- 5 Ayrıca bakınız
- 6 Kaynaklar
- 7 Ek okumalar
- 8 Dış bağlantılar
|yazı dizisi hakkında bir kısmı|
|elektromanyetizm|
Tarihçe
Faraday ilk deney gösteri (29 Ağustos 1831) 'de, o bir demir halka ya da "karşılıklı yanları çevresinde iki tel sarılı torus " (Modern benzer bir düzenleme, toroid transformatör ). Elektromıknatıslar anlayışı dayanarak, o anki bir tel akmaya başladığında, dalganın bir tür halkanın içinden seyahat ve karşı tarafta bazı elektrik etkiye neden olur, tahmin. O bir tel takılı galvanometreden ve o aküye diğer tel bağlı olarak izledi. O aküye teli bağlandığında O, o bir "elektrik dalgası" olarak adlandırılan bir geçici akım gördü ve bunu kesildi başka zaman. Bu indüksiyon nedeniyle değişikliği oldu manyetik akı akü bağlı ve çıkarılan de meydana gelmiştir. İki ay sonra, Faraday, çeşitli diğer ortaya çıkış biçimlerini bulundu. O hızla ve tellerin bir bobin üzerinden bir çubuk mıknatıs kaydırılır Örneğin, o geçici akımları gördü ve bir sabit (üretilen DC kayar bir elektrik ucu çubuk mıknatıs yakın bir bakır diski döndürerek) akımı ( "Faraday diski ").
Faraday O adı verilen bir kavramın kullanılarak elektromanyetik indüksiyon açıklandığı kuvvet çizgileri . Ancak, zaman bilim adamları yaygın onlar matematiksel olarak formüle edilmemiştir, çünkü esas onun teorik fikirlerini reddetmiştir. Bir istisna değildi James Clerk Maxwell yaptığı nicel elektromanyetik teorinin temel olarak Faraday fikirleri kullandı. Maxwell modelinde, elektromanyetik indüksiyon zamanla değişen bir yönü, bir diferansiyel denklem ile ifade edilir Oliver Birim basamak bu Faraday orijinal formülasyonun biraz farklıdır ve tarif etmez halde Faraday yasası olarak adlandırılır hareketsel EMF . Heaviside sürümü (bkz aşağıda Maxwell-Faraday denklemi ) olarak bilinen denklemlerin grubunda bugün tanınan şeklidir Maxwell denklemlerinin .
teori
Faraday indüksiyon yasası ve Lenz kanunu
burada d bir tel halka ile kapalı yüzey Σ bir elemanıdır, B manyetik alandır. Nokta ürün B · d bir manyetik akı son derece küçük bir miktarına karşılık gelir. Daha fazla görsel anlamda, tel halka ile manyetik akı sayısı ile orantılıdır manyetik akı çizgileri döngü içinden geçmektedir.
Yüzey değişiklikleri ile akı, zaman indüksiyon Faraday yasası tel halka, bir elde söyledi elektromotor kuvveti (EMA). Bu yasa en yaygın versiyonu herhangi bir kapalı devre içinde indüklenen bir elektromotris kuvvet eşit olduğunu bildiren değişim hızı ve manyetik akı devresinin kapalı:
- ,
burada EMF ve Φ B bir manyetik akı . Elektromotor kuvvetin yönü tarafından verilen Lenz yasası bir indüklenen akımın bunu üreten değişikliği karşı çıkacağını yönde akacaktır belirtiyor. Bu, bir önceki denklemde eksi işareti kaynaklanmaktadır. Oluşturulan EMF artırmak için, genel bir yaklaşım istifade etmektir akı bağlantı sıkıca sarılmış oluşturarak tel bobini oluşan, K aynı döner, bunların geçmekte, aynı manyetik akının her biri. Elde edilen EMF daha sonra , N kez tek bir tel olduğu.
bir tel halka yüzeyi boyunca bir manyetik akı değişimi yoluyla bir EMF üretilmesi çeşitli yollarla elde edilebilir:
- manyetik alan B değişiklikleri (örneğin, bir alternatif manyetik alan veya B alanı güçlü bir çubuk mıknatıs doğru bir kablo devresi hareketli),
- tel halka deforme yüzey Σ renge döner,
- Yüzey oryantasyonu d bir değişiklik (örneğin, sabit bir manyetik alan içine bir kablo devresi iplik),
- yukarıdakilerin herhangi bir kombinasyonu
Maxwell-Faraday denklemi
Genel olarak, EMF arasındaki ilişki vektörünün üzerinde bir yüzey çevreleyen bir tel halka içinde ve elektrik alanı E tel ile verilir
burada d ℓ yüzey Σ konturunun bir eleman fluks tanımı ile birleştirerek, bir
Biz Maxwell-Faraday denklemi ayrılmaz formunu yazabilirsiniz
Faraday yasası ve izafiyet
Faraday yasası iki farklı olguları açıklanmaktadır: hareketsel elektromotor hareketli bir tel üzerinde manyetik kuvvet tarafından oluşturulan (bkz Lorentz kuvveti ) ve transformatör EMF bu bir elektrik kuvveti ile oluşturulur bağlı değişen bir manyetik alan (nedeniyle ayırıcı formuna Maxwell-Faraday denklemi ). James Clerk Maxwell Bu tür temel bir yasa gibi iki farklı olayları açıklamak için çağrılır nerede fizikte eşsiz bir örneği olduğuna inanılıyor 1861 yılında ayrı fiziksel fenomenlerin dikkat çekti.
Einstein iki durum hem iletken ve bir mıknatısın arasındaki oransal bir hareketi karşılık geldiğini fark ettim ve sonuç ilerliyordu hangisinin etkilenmedi. Bu geliştirmeye yöneltti başlıca yolları biriydi özel görelilik .
Uygulamalar
Elektromanyetik indüksiyon esasları birçok cihaz ve sistemleri de dahil olmak üzere uygulanır:
- Güncel kelepçe
- Elektrik jeneratörleri
- şekillendirme Elektromanyetik
- Grafik tableti
- Hall etkisi metre
- İndüksiyon pişirme
- Endüksiyon motorları
- İndüksiyon sızdırmazlık
- İndüksiyon kaynak
- endüktif şarj
- İndiktörler
- Manyetik akış metre
- Mekanik olarak çalışan el feneri
- Transfer
- Rowland halkası
- Transkraniyal manyetik stimülasyon
- Transformers
- Kablosuz enerji transferi
Elektrik jeneratörü
Bağlı bir devre göreli hareket ve bir manyetik alan için indüksiyon, Faraday yasası ile oluşturulan EMF temel olgudur elektrik jeneratörlerini . Bir zaman sürekli mıknatıs , bir iletken, ya da bunun tam tersi göre hareket edilir, bir elektromotor kuvveti oluşturulur. Tel, bir bağlanmışsa, elektrik yükü , akım akar, ve böylece elektrik enerjisi elektrik enerjisine hareket mekanik enerji dönüştürme oluşturulur. Örneğin, davul jeneratör alt sağdaki şekilde dayanmaktadır. Bu fikrin farklı bir uygulamasıdır Faraday disk sağda basitleştirilmiş formda gösterilmiştir.
Faraday disk, örneğin, disk, bir akım, Lorentz kuvveti için radyal bir kol halinde akması sağlanarak, disk dik düzgün bir manyetik alan içinde döndürülür. Mekanik çalışma bu akımı götürmek için gereklidir. İletken jant boyunca üretilen akım, bir manyetik alan aracılığıyla bu akımı tarafından oluşturulduğunda Amper yasalarını (şekilde "uyarılmış B" etiketli). Kenar, böylece bir hale elektromıknatıs diski (bir örnek dönmesini direnç Lenz yasası ). Şeklin uzak tarafında, dönüş akımı alt fırça janttan uzak tarafına doğru dönen kol akar. Bu geri dönüş akımı ile uyarılan B-alanı eğilimi, uygulanan B-alanı karşı azaltmak karşı, devrenin tarafı boyunca akı artışı nedeniyle dönme akı. Şekil yakın tarafında, dönüş akımı alt fırçaya jantın yan yakınındaki dönen kol akar. Uyarılan B-alanı artar karşı, devrenin bu tarafında akı azalma nedeniyle dönme akı. Böylece, devre her iki tarafı da dönmeye karşı bir EMF üretir. Bu reaktif kuvvetine rağmen, disk hareketli tutmak için gereken enerji, elektrik üretilen enerjinin (artı nedeniyle enerji israfı tam olarak eşit olan sürtünme , Joule ısıtma ve diğer verimsizlikler). Bu davranış, dönüştürme tüm jeneratörler için ortak olan , mekanik enerjiyi elektrik enerjisine.
Elektrik trafo
Tel değişikliklerin bir döngü içinde elektrik akımı, değişen akım değişen bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alan ulaşabileceği bir ikinci tel olarak bağlanmış manyetik akı, bir değişim olarak manyetik alan içinde, bu değişikliği karşılaşacaklardır d Φ B / dt . Bu nedenle, bir elektromotor kuvveti neden EMF veya trafo EMF olarak adlandırılan ikinci döngü ayarlanır. Bu döngünün iki ucu, bir elektrik yükü yoluyla bağlanır, akım akacaktır.
Güncel kelepçe
Bir akım kelepçe bir voltaj uyarmak üzere, tersine, bu akım ölçme veya ya bir kablolu ya da bobin üzerine ayrı yayılabilir ve mandallanabilen bir bölme çekirdeği ile transformatörün türüdür. Geleneksel aletler farklı kelepçe iletken ile elektriksel temas veya kelepçenin takılması sırasında bağlantısının kesilmesine gerek yoktur.
Manyetik akış ölçer
Faraday yasası, elektriksel olarak iletken likit ve bulamaç akışını ölçmek için kullanılır. Böyle araçlar, manyetik akış metre denir. Manyetik alan üretilir indüklenen gerilim ℇ B bağlı hız hareket eden bir iletken sıvıya v Bu şekilde verilir:
burada ℓ, manyetik akış ölçer elektrotlar arasındaki mesafedir.
girdap akımları
düzgün bir manyetik alan boyunca hareket eden (sonlu boyutları) İletkenler, değişen bir manyetik alan içinde sabit ya da, bunların içinde indüklenen akımlar olacaktır. bunlar iletken direnç enerji dağılımı yana bu neden girdap akımları, istenmeyebilir. Bu istenmeyen indüktif etkileri kontrol etmek için kullanılan bir dizi yöntem mevcuttur.
- Elektrik motorları, jeneratörler ve transformatörler içinde Elektromıknatıs katı metal kullanmak, ancak bunun yerine metal plakadan denilen ince yaprak kullanmayan laminasyonları . Aşağıda tarif edildiği gibi bu, ince levhalar, parazit girdap akımları azaltabilir.
- Elektronik Endüktif bobinler genellikle kullanılan manyetik çekirdekler parazit akımı akışını en aza indirmek için. Bunlar, metal tozu karışımı artı herhangi bir şekilde tutabilen bir reçine bağlayıcı vardır. Bağlayıcı toz haline getirilmiş bir metal ile parazit akımı akışını engeller.
Elektromagnet laminasyonları
katı metalik bir kütle manyetik alan içinde döndürüldüğü zaman, metal kesimler iç kısmından daha kuvvet daha fazla satır, dolayısıyla indüklenen bir elektromotris kuvvet olmayan homojen, dış kısmı noktaları arasında akımları kurmak eğiliminde olduğu için Eddy akımları meydana en büyük ve en olası. Eddy akımları enerji önemli miktarda tüketmek ve sık sık sıcaklık zararlı bir yükselmesine neden olacak.
girdap akımlarının alt bölümünü gösterecek şekilde sadece beş laminasyon ya da plakaları, bu örnekte gösterilmiştir. Pratik kullanımda, lamina veya Preslemeler sayısı 40 ile inç başına 66 arasında değişir, ve yaklaşık yüzde aşağı girdap akım kaybı getirir. Plakalar yalıtım ile ayrılabilir birlikte, gerilim plakalarının doğal pas / oksit kaplama laminasyon boyunca akımı önlemek için yeterli olacak şekilde düşüktür.
Bu kullanılan DC motordan bir rotor yaklaşık 20 mm çapında olan CD çalar. Parazitik endüktif kayıpları sınırlamak için kullanılan, elektromıknatıs kutup parçaları, saclarını edin.
iletkenler içinde parazit indüksiyon
Bu çizimde, bir döner armatür üzerindeki katı, bakır çubuk iletken yalnızca alan mıknatısın kutup parçası N ucuna ve alttan geçmekte olan. bakır çubuk boyunca kuvvet çizgileri eşit olmayan dağılımı edin. Manyetik alan daha yoğun ve bakır çubuğunun sol kenarında böylece daha güçlü olduğu (a, b) alan sağ kenarı (c, d) zayıf iken. aynı hızla çubuğu hareket iki kenarı için, çubuğu üzerinden alan kuvvetindeki bu fark, bakır çubuk içinde whorls veya mevcut girdaplar oluşturmaktadır.
Elektrik motorları, jeneratörler, transformatörler gibi yüksek akım güç frekanslı cihazlar, büyük katı iletkenler içinde oluşturabilen girdap akımları kırmak için, paralel bir çok küçük iletken kullanımı. Aynı prensip, örneğin, bu kullanılan güç frekansından daha yüksek kullanılan transformatörler uygulanır anahtar-modlu güç kaynakları ve ara frekans radyo alıcıları birleştirme transformatörler.
Ayrıca bakınız
Referanslar
notlar
Referanslar
daha fazla okuma
- Maxwell James Clerk (1881), elektrik ve manyetizma, Vol Üzerine Bir tez. II , Bölüm III, §530, s. 178. Oxford, UK: Clarendon Press. ISBN 0-486-60637-6 .
- Elektromanyetik indüksiyon üzerine basit bir interaktif Java ders Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı
- R. Vega İndüksiyon: Faraday yasası ve Lenz kanunu - Son derece hareketli ders
- EMC Mühendisleri için Faraday Yasası
- Tankersley ve Mosca: Faraday yasası Tanıtımı
- motional EMF ücretsiz java simülasyonu