ในเนื้อหา เราจะเข้าใจแนวคิดของการเหนี่ยวนำ EMF ในสถานการณ์ที่เกิดขึ้น นอกจากนี้เรายังพิจารณาความเหนี่ยวนำเป็นพารามิเตอร์สำคัญสำหรับการเกิดฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อสนามไฟฟ้าปรากฏในตัวนำ
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างกระแสไฟฟ้าโดยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ต้องขอบคุณการค้นพบของฟาราเดย์และเลนซ์ รูปแบบต่างๆ ถูกสร้างเป็นกฎ ซึ่งนำความสมมาตรมาสู่ความเข้าใจของกระแสแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีของ Maxwell รวบรวมความรู้เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าและฟลักซ์แม่เหล็ก ต้องขอบคุณการค้นพบเฮิรตซ์ มนุษยชาติได้เรียนรู้เกี่ยวกับการสื่อสารโทรคมนาคม
เนื้อหา
สนามแม่เหล็ก
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏขึ้นรอบๆ ตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ตรงกันข้ามก็เกิดขึ้นเช่นกัน - การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าพิจารณาฟลักซ์แม่เหล็กเป็นตัวอย่าง: หากโครงตัวนำวางอยู่ในสนามไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำและเคลื่อนจากบนลงล่างตามเส้นสนามแม่เหล็กหรือไปทางขวาหรือซ้ายตั้งฉากกับพวกมัน ฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านเฟรมจะเป็น คงที่.
เมื่อเฟรมหมุนรอบแกนของมัน หลังจากนั้นครู่หนึ่งฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนไปตามจำนวนหนึ่ง เป็นผลให้ EMF ของการเหนี่ยวนำปรากฏในเฟรมและกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้น ซึ่งเรียกว่าการเหนี่ยวนำ
การเหนี่ยวนำ EMF
ให้เราตรวจสอบในรายละเอียดว่าแนวคิดของ EMF ของการเหนี่ยวนำคืออะไร เมื่อตัวนำถูกวางในสนามแม่เหล็กและเคลื่อนตัวไปพร้อมกับจุดตัดของเส้นสนาม แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะปรากฏในตัวนำที่เรียกว่า EMF การเหนี่ยวนำ นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นหากตัวนำยังคงนิ่งและสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่และตัดกับเส้นแรงของตัวนำ
เมื่อตัวนำที่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเข้าใกล้วงจรภายนอกเนื่องจากการมีอยู่ของแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้ กระแสเหนี่ยวนำจะเริ่มไหลผ่านวงจร การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำ EMF ในตัวนำในขณะที่เส้นสนามแม่เหล็กตัดผ่าน
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับของการเปลี่ยนพลังงานกลเป็นกระแสไฟฟ้า แนวคิดและกฎหมายนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องจักรไฟฟ้าส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากปรากฏการณ์นี้
กฎหมายฟาราเดย์และเลนซ์
กฎของฟาราเดย์และเลนซ์สะท้อนถึงรูปแบบของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
ฟาราเดย์พบว่าเอฟเฟกต์แม่เหล็กปรากฏขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อเวลาผ่านไปในขณะที่ข้ามตัวนำด้วยกระแสแม่เหล็กสลับจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้า ทั้งแม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถสร้างกระแสได้
นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าความเข้มของกระแสเพิ่มขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของจำนวนเส้นแรงที่ตัดผ่านวงจร นั่นคือ EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของฟลักซ์แม่เหล็ก
ตามกฎของฟาราเดย์ สูตร EMF การเหนี่ยวนำถูกกำหนดดังนี้:
E \u003d - dF / dt
เครื่องหมายลบแสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างขั้วของ EMF ที่เหนี่ยวนำ ทิศทางของการไหล และความเร็วที่เปลี่ยนแปลง
ตามกฎของ Lenz เป็นไปได้ที่จะกำหนดลักษณะแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้นอยู่กับทิศทางของมัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ของฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดจะนำไปสู่การปรากฏตัวของ EMF ของการเหนี่ยวนำ และด้วยการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว EMF ที่เพิ่มขึ้นจะสังเกตเห็นได้
หากขดลวดที่มีการเหนี่ยวนำ EMF มีไฟฟ้าลัดวงจรไปยังวงจรภายนอก กระแสเหนี่ยวนำจะไหลผ่านมัน อันเป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กปรากฏขึ้นรอบตัวนำและขดลวดได้คุณสมบัติของโซลินอยด์ . เป็นผลให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบขดลวด
อี.เค. Lenz สร้างรูปแบบตามทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดและ EMF การเหนี่ยวนำจะถูกกำหนด กฎหมายระบุว่า EMF การเหนี่ยวนำในขดลวด เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จะก่อให้เกิดกระแสทิศทางในขดลวด ซึ่งฟลักซ์แม่เหล็กที่กำหนดของขดลวดทำให้หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกได้
กฎของเลนซ์ใช้กับทุกสถานการณ์ของการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในตัวนำโดยไม่คำนึงถึงการกำหนดค่าและวิธีการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กภายนอก
การเคลื่อนที่ของเส้นลวดในสนามแม่เหล็ก
ค่าของ EMF ที่เหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยขึ้นอยู่กับความยาวของตัวนำที่ตัดผ่านเส้นแรงสนาม ด้วยเส้นสนามจำนวนมากขึ้น ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้น ด้วยการเพิ่มขึ้นของสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำ ค่า EMF ที่มากขึ้นจะเกิดขึ้นในตัวนำ ดังนั้นค่า EMF ของการเหนี่ยวนำในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจึงขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำและความเร็วของการเคลื่อนที่โดยตรง
การพึ่งพาอาศัยกันนี้สะท้อนให้เห็นในสูตร E = Blv โดยที่ E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ B คือค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก I คือความยาวของตัวนำ v คือความเร็วของการเคลื่อนที่
โปรดทราบว่าในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก EMF การเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นเมื่อข้ามเส้นสนามแม่เหล็กเท่านั้น หากตัวนำเคลื่อนที่ไปตามเส้นแรง จะไม่มีการเหนี่ยวนำ EMF ด้วยเหตุนี้ สูตรนี้จึงใช้เฉพาะในกรณีที่การเคลื่อนที่ของตัวนำตั้งฉากกับเส้นแรงเท่านั้น
ทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าในตัวนำนั้นพิจารณาจากทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำเอง เพื่อระบุทิศทาง จึงได้มีการพัฒนากฎของมือขวา หากคุณถือฝ่ามือขวาเพื่อให้เส้นสนามเข้ามาในทิศทางของมัน และนิ้วโป้งระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ จากนั้นสี่นิ้วที่เหลือจะระบุทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและทิศทางของกระแสไฟฟ้า ในตัวนำ
คอยล์หมุน
การทำงานของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการหมุนของขดลวดในฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งมีจำนวนรอบที่แน่นอน EMF ถูกเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้าเสมอเมื่อมีการข้ามด้วยฟลักซ์แม่เหล็ก ตามสูตรฟลักซ์แม่เหล็ก Ф \u003d B x S x cos α (การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคูณด้วยพื้นที่ผิวที่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านและโคไซน์ ของมุมที่เกิดจากเวกเตอร์ทิศทางและเส้นระนาบตั้งฉาก)
ตามสูตร F ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงในสถานการณ์:
- เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนเวกเตอร์ทิศทางจะเปลี่ยน
- พื้นที่ที่อยู่ในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง
- การเปลี่ยนแปลงมุม
อนุญาตให้เหนี่ยวนำ EMF ด้วยแม่เหล็กอยู่กับที่หรือกระแสคงที่ แต่เมื่อขดลวดหมุนรอบแกนภายในสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนไปตามมุมที่เปลี่ยนไป ขดลวดในกระบวนการหมุนข้ามเส้นแรงของฟลักซ์แม่เหล็ก เป็นผลให้ EMF ปรากฏขึ้น ด้วยการหมุนที่สม่ำเสมอจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในฟลักซ์แม่เหล็ก นอกจากนี้ จำนวนบรรทัดฟิลด์ที่ข้ามทุกวินาทีจะเท่ากับค่าในช่วงเวลาปกติ
ในทางปฏิบัติในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ขดลวดยังคงนิ่งและแม่เหล็กไฟฟ้าจะหมุนไปรอบๆ
EMF การเหนี่ยวนำตนเอง
เมื่อกระแสไฟฟ้าสลับไหลผ่านขดลวด จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เหนี่ยวนำให้เกิด EMF ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง
เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับความเข้มของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นสูตร EMF การเหนี่ยวนำตนเองจึงมีลักษณะดังนี้:
Ф = L x I โดยที่ L เป็นตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งวัดเป็น Hค่าของมันถูกกำหนดโดยจำนวนรอบต่อความยาวหน่วยและมูลค่าของส่วนตัดขวาง
การเหนี่ยวนำร่วมกัน
เมื่อขดลวดสองเส้นตั้งอยู่เคียงข้างกัน พวกมันจะสังเกต EMF ของการเหนี่ยวนำร่วมกัน ซึ่งกำหนดโดยการกำหนดค่าของวงจรทั้งสองและการวางแนวร่วมกัน ด้วยการแยกวงจรที่เพิ่มขึ้น ค่าของการเหนี่ยวนำร่วมกันจะลดลง เนื่องจากมีการลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดสำหรับขดลวดทั้งสอง
ให้เราพิจารณาในรายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการของการเหนี่ยวนำร่วมกัน มีขดลวดอยู่ 2 ขดลวด กระแส I1 ไหลผ่านเส้นลวดหนึ่งเส้นที่มีการหมุน N1 ซึ่งสร้างฟลักซ์แม่เหล็กและไหลผ่านขดลวดที่สองด้วยจำนวนรอบ N2
ค่าของการเหนี่ยวนำร่วมกันของขดลวดที่สองที่สัมพันธ์กับอันแรก:
M21 = (N2 x F21)/I1
ค่าฟลักซ์แม่เหล็ก:
F21 = (M21/N2) x I1
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคำนวณโดยสูตร:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt
ในขดลวดแรก ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ:
E1 = - M12 x dI2/dt.
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่กระตุ้นโดยการเหนี่ยวนำร่วมกันในขดลวดตัวใดตัวหนึ่งนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดอีกอันหนึ่ง
จากนั้นการเหนี่ยวนำร่วมกันจะถือว่าเท่ากับ:
M12 = M21 = ม.
เป็นผลให้ E1 = - M x dI2/dt และ E2 = M x dI1/dt M = K √ (L1 x L2) โดยที่ K คือสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างค่าความเหนี่ยวนำทั้งสอง
การเหนี่ยวนำร่วมกันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนค่าของกระแสไฟฟ้าสลับได้ อุปกรณ์นี้เป็นขดลวดคู่หนึ่งที่พันบนแกนกลางทั่วไป กระแสในขดลวดแรกก่อให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในวงจรแม่เหล็กและกระแสในขดลวดที่สองด้วยการหมุนรอบแรกน้อยกว่าในขดลวดที่สอง แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และด้วยจำนวนรอบที่มากขึ้นในขดลวดแรก แรงดันไฟฟ้าจะลดลง
นอกจากการสร้างและแปลงพลังงานไฟฟ้าแล้ว ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กยังถูกใช้ในอุปกรณ์อื่นๆ ตัวอย่างเช่น ในรถไฟลอยแม่เหล็กเคลื่อนที่โดยไม่มีการสัมผัสโดยตรงกับกระแสในราง แต่สูงขึ้นสองสามเซนติเมตรเนื่องจากการผลักแม่เหล็กไฟฟ้า
บทความที่คล้ายกัน:
