Elektromagnetne indukcije je opredeljena kot indukcijo elektromotorno silo (napetost) v mediju ali v bližini telesa zaradi prisotnosti spreminjajočega magnetnega polja. Ta pojav je britanski fizik in kemik Michael Faraday odkril leta 1831 s Faradayevim zakonom o elektromagnetni indukciji.
Faraday je izvedel eksperimentalne teste s trajnim magnetom, obdanim s tuljavo žice in opazoval indukcijo napetosti na omenjeni tuljavi in kroženje osnovnega toka.
Michael Faraday
Ta zakon pravi, da je inducirana napetost v zaprti zanki glede na čas sorazmerna s hitrostjo spremembe magnetnega toka, ko gre skozi površino. Tako je zaradi vpliva različnih magnetnih polj možno inducirati prisotnost napetostne razlike (napetosti) na sosednjem telesu.
Ta inducirana napetost povzroči kroženje toka, ki ustreza inducirani napetosti in impedanci predmeta analize. Ta pojav je načelo delovanja elektroenergetskih sistemov in naprav vsakodnevne uporabe, kot so: motorji, generatorji in električni transformatorji, indukcijske peči, induktorji, baterije itd.
Formula in enote
Elektromagnetno indukcijo, ki jo je opazil Faraday, so delili s svetom znanosti s pomočjo matematičnega modeliranja, ki omogoča ponovitev te vrste pojavov in napovedovanje njihovega vedenja.
Formula
Za izračun električnih parametrov (napetost, tok), povezanih s pojavom elektromagnetne indukcije, je treba najprej določiti, kakšna je vrednost magnetne indukcije, ki je trenutno znana kot magnetno polje.
Če želite vedeti, kakšen je magnetni tok, ki poteka skozi določeno površino, je treba izračunati produkt magnetne indukcije po omenjenem območju. Torej:
Kje:
Φ: Magnetni tok
B: Magnetna indukcija
S: Površina
Faradayev zakon navaja, da se elektromotorna sila, ki jo sprožijo sosednja telesa, določi s hitrostjo spreminjanja magnetnega toka glede na čas, kot je podrobneje opisano spodaj:
Kje:
ε: Elektromotorna sila
Z zamenjavo vrednosti magnetnega toka v prejšnjem izrazu imamo naslednje:
Če integrale uporabimo na obeh straneh enačbe, da bi omejili končno pot za območje, povezano z magnetnim tokom, dobimo natančnejši približek potrebnega izračuna.
Poleg tega je na ta način omejen tudi izračun elektromotorne sile v zaprtem krogu. Tako pri uporabi integracije v obeh članih enačbe dobimo, da:
Merska enota
Magnetna indukcija se meri v mednarodnem sistemu enot (SI) v Teslasu. Ta merska enota je predstavljena s črko T in ustreza množici naslednjih osnovnih enot.
Ena tesla je enakovredna enotni magnetni indukciji, ki ustvarja magnetni tok 1 weber na površini enega kvadratnega metra.
Po Cegesimalnem sistemu enot (CGS) je merska enota za magnetno indukcijo gausi. Ekvivalentno razmerje med obema enotama je naslednje:
1 tesla = 10.000 gausov
Merilna enota magnetne indukcije je dobila ime po srbohrvaškem inženirju, fiziku in izumitelju Nikoli Tesli. Tako so jo poimenovali sredi šestdesetih let.
Kako deluje?
Imenuje se indukcija, ker med primarnim in sekundarnim elementom ni fizične povezave; posledično se vse dogaja prek posrednih in nematerialnih povezav.
Pojav elektromagnetne indukcije se pojavi glede na medsebojno vplivanje sil premice spremenljivega magnetnega polja na proste elektrone bližnjega prevodnega elementa.
V ta namen mora biti predmet ali medij, na katerem poteka indukcija, razporejen pravokotno na silo magnetnega polja. Na ta način je sila, ki deluje na proste elektrone, večja in posledično je elektromagnetna indukcija veliko močnejša.
Smer kroženja induciranega toka je podana s smerjo, ki jo podajo sile premice spremenljivega magnetnega polja.
Po drugi strani pa obstajajo tri metode, s pomočjo katerih se lahko spreminja pretok magnetnega polja, da se sproži elektromotorna sila na bližnjem telesu ali predmetu:
1- Spremenite modul magnetnega polja z nihanji intenzitete pretoka
2- Spremenite kot med magnetnim poljem in površino.
3- Spremenite velikost inherentne površine.
Potem, ko je magnetno polje spremenjeno, se v sosednjem objektu sproži elektromotorna sila, ki bo, odvisno od upora toka kroženja (impedance), povzročila induciran tok.
V tem zaporedju idej bo delež omenjenega induciranega toka večji ali manjši od primarnega toka, odvisno od fizične konfiguracije sistema.
Primeri
Načelo elektromagnetne indukcije je osnova delovanja električnih napetostnih transformatorjev.
Preoblikovalno razmerje napetostnega transformatorja (stopnja navzdol ali stopnja navzgor) je izraženo s številom navitij, ki ga ima vsako navijanje transformatorja.
Tako je lahko odvisno od števila tuljav napetost na sekundarni višji (povečevalni transformator) ali nižja (padajoči transformator), odvisno od uporabe znotraj medsebojno povezanega električnega sistema.
Na podoben način tudi turbine za pridobivanje električne energije v hidroelektrarnih delujejo zahvaljujoč elektromagnetni indukciji.
V tem primeru lopatice turbine premikajo os vrtenja, ki je nameščena med turbino in generatorjem. To posledično povzroči mobilizacijo rotorja.
Rotor je sestavljen iz vrste navitij, ki med gibanjem povzročajo spremenljivo magnetno polje.
Slednji sproži elektromotorno silo v statorju generatorja, ki je povezan s sistemom, ki omogoča, da se energija, ustvarjena med postopkom, prenaša po spletu.
Skozi dva zgoraj navedena primera je mogoče zaznati, kako je elektromagnetna indukcija del našega življenja v elementarnih aplikacijah vsakdanjega življenja.
Reference
- Elektromagnetna indukcija (sf). Obnovljeno iz: electronics-tutorials.ws
- Elektromagnetna indukcija (sf). Pridobljeno: nde-ed.org
- Danes v zgodovini. 29. avgust 1831: Odkrita je bila elektromagnetna indukcija. Pridobljeno: mx.tuhistory.com
- Martín, T. in Serrano, A. (drugi). Magnetna indukcija. Politehnična univerza v Madridu. Madrid Španija. Pridobljeno: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagnetna indukcija. Pridobljeno: euston96.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Tesla (enota). Pridobljeno: es.wikipedia.org