Elektromagnetska indukcija se definira kao induciranje jednog električnog napona (napon) u mediju ili blizu tijela zbog prisutnosti magnetskog polja mijenja. Taj je fenomen otkrio britanski fizičar i kemičar Michael Faraday, tijekom 1831. godine, Faradayevim zakonom elektromagnetske indukcije.
Faraday je izveo eksperimentalna ispitivanja s trajnim magnetom okruženim zavojnicom žice i promatrao indukciju napona na navedenoj zavojnici i cirkulaciju podnožja struje.
Michael Faraday
Ovaj zakon kaže da je inducirani napon u zatvorenoj petlji izravno proporcionalan brzini promjene magnetskog toka tijekom prolaska kroz površinu u odnosu na vrijeme. Stoga je moguće izazvati prisutnost razlike napona (napona) na susjednom tijelu zbog utjecaja različitih magnetskih polja.
Zauzvrat, ovaj inducirani napon stvara cirkulaciju struje koja odgovara induciranom naponu i impedanciji predmeta analize. Ovaj fenomen je princip djelovanja elektroenergetskih sustava i uređaja svakodnevne uporabe, kao što su: motori, generatori i električni transformatori, indukcijske peći, induktori, baterije itd.
Formula i jedinice
Elektromagnetska indukcija koju je primijetio Faraday dijelila se sa svijetom znanosti putem matematičkog modeliranja koje omogućava ponavljanje ove vrste pojava i predviđanje njihovog ponašanja.
Formula
Da bi se izračunali električni parametri (napon, struja) povezani s fenomenom elektromagnetske indukcije, najprije je potrebno definirati koja je vrijednost magnetske indukcije, trenutno poznata kao magnetsko polje.
Da biste znali što je magnetski tok koji prolazi kroz određenu površinu, tada se mora izračunati produkt magnetske indukcije navedenim područjem. Tako:
Gdje:
Φ: Magnetski tok
B: Magnetna indukcija
S: Površina
Faradayev zakon kaže da se elektromotorna sila koja se inducira na susjedna tijela daje brzinom promjene magnetskog toka u odnosu na vrijeme, kako je detaljnije navedeno u nastavku:
Gdje:
ε: Elektromotorna sila
Zamjenom vrijednosti magnetskog toka u prethodnom izrazu imamo sljedeće:
Ako se integrali primjenjuju na obje strane jednadžbe radi ograničavanja konačnog puta za područje povezano s magnetskim tokom, dobiva se preciznija aproksimacija potrebnog izračuna.
Nadalje, na ovaj je način ograničen i proračun elektromotorne sile u zatvorenom krugu. Dakle, kada se primijeni integracija u oba člana jednadžbe, dobiva se da:
Jedinica mjere
Magnetska indukcija mjeri se u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) u Teslasu. Ova mjerna jedinica predstavljena je slovom T, a odgovara skupu sljedećih osnovnih jedinica.
Jedna tesla jednaka je uniformnoj magnetskoj indukciji koja stvara magnetski tok od 1 webera na površini od jednog četvornog metra.
Prema Cegesimalnom sustavu jedinica (CGS), mjerna jedinica za magnetsku indukciju su gausi. Odnos ekvivalencije između obje jedinice je sljedeći:
1 tesla = 10 000 gausa
Mjerna jedinica za magnetsku indukciju duguje ime srpskohrvatskom inženjeru, fizičaru i izumitelju Nikoli Tesli. Tako je nazvana sredinom 1960-ih.
Kako radi?
Naziva se indukcijom jer nema fizičke veze između primarnih i sekundarnih elemenata; posljedično, sve se događa putem neizravnih i nematerijalnih veza.
Fenomen elektromagnetske indukcije javlja se s obzirom na interakciju linija linija promjenjivog magnetskog polja na slobodne elektrone obližnjeg provodnog elementa.
Za to, objekt ili medij na kojem se odvija indukcija moraju biti postavljeni okomito na linije sile magnetskog polja. Na taj je način sila koja djeluje na slobodne elektrone veća i, samim tim, elektromagnetska indukcija je mnogo jača.
Zauzvrat, smjer cirkulacije inducirane struje dat je smjerom danom snagama promjenljivog magnetskog polja.
S druge strane, postoje tri metode pomoću kojih se može mijenjati tok magnetskog polja da se inducira elektromotorna sila na obližnje tijelo ili objekt:
1- Izmijenite modul magnetskog polja, promjenom intenziteta protoka.
2- Promijenite kut između magnetskog polja i površine.
3- Izmijenite veličinu svojstvene površine.
Potom, kad je magnetsko polje modificirano, u susjednom se objektu inducira elektromotorna sila koja će, ovisno o otporu struje struje (impedanciji), proizvesti induciranu struju.
U tom redoslijedu ideja, udio navedene inducirane struje bit će veći ili manji od primarne struje, ovisno o fizičkoj konfiguraciji sustava.
Primjeri
Načelo elektromagnetske indukcije osnova je rada električnih naponskih transformatora.
Omjer transformacije naponskog transformatora (silazni ili pojačani) izražava se brojem namotaja koje ima svako namotanje transformatora.
Prema tome, ovisno o broju zavojnica, napon na sekundarnom može biti veći (pojačani transformator) ili niži (padajući transformator), ovisno o primjeni unutar međusobno spojenog električnog sustava.
Na sličan način djeluju i turbine za proizvodnju električne energije u hidroelektričnim centrima zahvaljujući elektromagnetskoj indukciji.
U ovom slučaju, lopatice turbine pomiču os rotacije koja se nalazi između turbine i generatora. To rezultira mobilizacijom rotora.
Zauzvrat, rotor se sastoji od niza namotaja koji, kada su u pokretu, stvaraju promjenjivo magnetsko polje.
Potonji inducira elektromotornu silu u statoru generatora, koji je spojen na sustav koji omogućava da se energija stvorena tijekom procesa transportira putem interneta.
Kroz dva gore navedena primjera moguće je otkriti kako je elektromagnetska indukcija dio našeg života u elementarnim primjenama svakodnevnog života.
Reference
- Elektromagnetska indukcija (sf). Oporavak od: electronics-tutorials.ws
- Elektromagnetska indukcija (sf). Oporavilo sa: nde-ed.org
- Danas u povijesti. 29. kolovoza 1831. otkrivena je elektromagnetska indukcija. Oporavilo sa: mx.tuhistory.com
- Martín, T. i Serrano, A. (drugo). Magnetska indukcija. Veleučilište u Madridu. Madrid Španjolska. Oporavak od: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagnetska indukcija. Oporavilo od: euston96.com
- Wikipedia, Slobodna enciklopedija (2018). Tesla (jedinica). Oporavak od: es.wikipedia.org