Elektromagnetická indukce je definována jako indukci elektromotorické síly (napětí) v médiu nebo v blízkosti těla kvůli přítomnosti měnícího se magnetického pole. Tento jev objevil britský fyzik a chemik Michael Faraday v průběhu roku 1831 prostřednictvím Faradayova zákona o elektromagnetické indukci.
Faraday provedl experimentální testy s permanentním magnetem obklopeným cívkou drátu a pozoroval indukci napětí na uvedené cívce a cirkulaci základního proudu.
Michael Faraday
Tento zákon uvádí, že indukované napětí v uzavřené smyčce je přímo úměrné rychlosti změny magnetického toku, když prochází povrchem, s ohledem na čas. Je tedy možné vyvolat přítomnost rozdílu napětí (napětí) na sousedním těle vlivem měnících se magnetických polí.
Toto indukované napětí zase vede k oběhu proudu, který odpovídá indukovanému napětí a impedanci předmětu analýzy. Tento jev je princip činnosti energetických systémů a zařízení každodenního použití, jako jsou: motory, generátory a elektrické transformátory, indukční pece, induktory, baterie atd.
Vzorec a jednotky
Elektromagnetická indukce pozorovaná Faradayem byla sdílena se světem vědy pomocí matematického modelování, které umožňuje replikaci tohoto typu jevů a předpovídání jejich chování.
Vzorec
Pro výpočet elektrických parametrů (napětí, proud) spojených s jevem elektromagnetické indukce je nejprve nutné definovat, jaká je hodnota magnetické indukce, v současnosti známé jako magnetické pole.
Abychom věděli, co je magnetický tok, který prochází určitým povrchem, musí se vypočítat součin magnetické indukce uvedenou oblastí. Tak:
Kde:
Φ: Magnetický tok
B: Magnetická indukce
S: Povrch
Faradayův zákon naznačuje, že elektromotorická síla, která je indukována na sousedních tělech, je dána rychlostí změny magnetického toku s ohledem na čas, jak je podrobně uvedeno níže:
Kde:
ε: Elektromotorická síla
Nahrazením hodnoty magnetického toku v předchozím výrazu máme následující:
Pokud jsou integrály aplikovány na obě strany rovnice, aby se vymezila konečná cesta pro oblast spojenou s magnetickým tokem, získá se přesnější aproximace požadovaného výpočtu.
Kromě toho je tímto způsobem také omezen výpočet elektromotorické síly v uzavřeném obvodu. Při použití integrace v obou členech rovnice se tedy získá, že:
Měrná jednotka
Magnetická indukce se měří v mezinárodním systému jednotek (SI) v Teslasu. Tato měrná jednotka je reprezentována písmenem T a odpovídá sadě následujících základních jednotek.
Jedna tesla je ekvivalentní jednotné magnetické indukci, která vytváří magnetický tok 1 weber na povrchu jednoho čtverečního metru.
Podle Cegesimálního systému jednotek (CGS) je měrnou jednotkou pro magnetickou indukci gauss. Rovnocenný vztah mezi oběma jednotkami je následující:
1 tesla = 10 000 gaussů
Měřicí jednotka pro magnetickou indukci vděčí za svůj název srbsko-chorvatskému inženýrovi, fyzikovi a vynálezci Nikola Tesle. Takto byl pojmenován v polovině šedesátých let.
Jak to funguje?
Říká se tomu indukce, protože neexistuje žádné fyzické spojení mezi primárním a sekundárním prvkem; v důsledku toho se vše děje prostřednictvím nepřímých a nehmotných spojení.
K fenoménu elektromagnetické indukce dochází vzhledem k interakci silových čar variabilního magnetického pole na volné elektrony blízkého vodivého prvku.
Za tímto účelem musí být předmět nebo médium, na kterém dochází k indukci, uspořádáno kolmo k silovým čarám magnetického pole. Tímto způsobem je síla vyvíjená na volné elektrony větší a v důsledku toho je elektromagnetická indukce mnohem silnější.
Směr oběhu indukovaného proudu je zase dán směrem daným silovými čarami variabilního magnetického pole.
Na druhé straně existují tři způsoby, kterými lze tok magnetického pole měnit tak, aby vyvolalo elektromotorickou sílu na blízkém tělese nebo předmětu:
1 - Modifikujte modul magnetického pole prostřednictvím změn intenzity toku.
2 - Změňte úhel mezi magnetickým polem a povrchem.
3 - Upravit velikost inherentního povrchu.
Poté, co bylo magnetické pole modifikováno, je v sousedním objektu indukována elektromotorická síla, která v závislosti na odporu vůči proudu, který má (impedance), vytvoří indukovaný proud.
V tomto pořadí myšlenek bude podíl uvedeného indukovaného proudu větší nebo menší než primární proud, v závislosti na fyzické konfiguraci systému.
Příklady
Princip elektromagnetické indukce je základem činnosti transformátorů elektrického napětí.
Transformační poměr napěťového transformátoru (snižování nebo zvyšování) je dán počtem vinutí, které má každé vinutí transformátoru.
Tedy, v závislosti na počtu cívek, napětí v sekundárním proudu může být vyšší (zesilovač transformátoru) nebo nižší (zesilovač transformátoru klesání), v závislosti na aplikaci uvnitř propojeného elektrického systému.
Obdobně fungují i turbíny vyrábějící elektřinu v hydroelektrických centrech díky elektromagnetické indukci.
V tomto případě lopatky turbíny pohybují osou rotace, která je umístěna mezi turbínou a generátorem. Výsledkem je mobilizace rotoru.
Rotor je zase tvořen řadou vinutí, která, když jsou v pohybu, vedou k proměnlivému magnetickému poli.
Ten indukuje elektromotorickou sílu ve statoru generátoru, který je připojen k systému, který umožňuje transport energie generované během procesu online.
Prostřednictvím výše uvedených dvou příkladů je možné zjistit, jak je elektromagnetická indukce součástí našich životů v základních aplikacích každodenního života.
Reference
- Elektromagnetická indukce (sf). Obnoveno z: elektronika-vyuvody.ws
- Elektromagnetická indukce (sf). Obnoveno z: nde-ed.org
- Dnes v historii. 29. srpna 1831: Byla objevena elektromagnetická indukce. Obnoveno z: mx.tuhistory.com
- Martín, T., a Serrano, A. (nd). Magnetická indukce. Polytechnická univerzita v Madridu. Madrid, Španělsko. Obnoveno z: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagnetická indukce. Obnoveno z: euston96.com
- Wikipedia, The Encyclopedia Free (2018). Tesla (jednotka). Obnoveno z: es.wikipedia.org