Практична примена Фарадејевог закона електромагнетне индукције

Реч "индукција" на руском значи процесе узбуђења, усмеравања, стварања нечега. У електротехници се овај термин користи више од два века.

Након што је прочитао публикације из 1821. које описују експерименте данског научника Ерстеда на отклону магнетне игле у близини проводника који носи електричну струју, Мајкл Фарадеј је себи поставио задатак: претворити магнетизам у електрицитет.

После 10 година истраживања, формулисао је основни закон електромагнетне индукције, објашњавајући да се електромоторна сила индукује у било којој затвореној петљи. Његова вредност је одређена брзином промене магнетног флукса који продире у разматрану петљу, али узета са знаком минус.

Пренос електромагнетних таласа на даљину

Прва претпоставка која је пала на памет научнику није била крунисана практичним успехом.

Поставио је две затворене жице једну поред друге.У близини једне сам уградио магнетну иглу као индикатор пролазне струје, а у другу жицу дао сам импулс од моћног галванског извора тог времена: волтног стуба.

Истраживач је претпоставио да би са струјним импулсом у првом колу, променљиво магнетно поље у њему индуковало струју у другој жици, која би скренула магнетну иглу. Али резултат се показао негативним - индикатор не ради. Напротив, недостајала му је осетљивост.

Мозак научника предвиђа стварање и пренос електромагнетних таласа на даљину, који се сада користе у радио-дифузији, телевизији, бежичној контроли, Ви-Фи технологијама и сличним уређајима. Био је једноставно фрустриран несавршеном елементном базом тадашњих мерних уређаја.

Производња електричне енергије

После лошег експеримента, Мајкл Фарадеј је променио услове експеримента.

За експеримент, Фарадеј је користио два намотаја затворене петље. У првом колу је напајао електричну струју из извора, а у другом је посматрао појаву ЕМФ-а. Струја која пролази кроз завоје завојнице #1 ствара магнетни флукс око завојнице, продире у калем #2 и формира електромоторну силу у њему.

Током Фарадејевог експеримента:

• укључите импулс за напајање кола са стационарним намотајима;
• када је струја примењена, увела је горњи калем у доњи калем;
• фиксни калем бр. 1 трајно и у њега уведен калем бр. 2;
• променио брзину кретања калемова у односу један на други.

У свим овим случајевима приметио је испољавање ЕМФ индукције у другом калему. А са само једносмерном струјом која пролази кроз намотај бр. 1 и стационарне намотаје, није било електромоторне силе.

Научник је утврдио да ЕМФ индукована у другом калему зависи од брзине којом се мења магнетни флукс. Пропорционалан је његовој величини.

Исти образац се у потпуности манифестује приликом проласка кроз затворену петљу линије магнетног поља сталног магнета. Под утицајем ЕМФ-а у жици се ствара електрична струја.

Магнетни флукс се у разматраном случају мења у петљи Ск коју ствара затворено коло.

Дакле, развој који је направио Фарадаи омогућио је постављање ротирајућег проводног оквира у магнетно поље.

Затим је направљен од великог броја завоја учвршћених у ротационим лежајевима.На крајевима намотаја постављени су клизни прстенови и четке које клизе по њима, а оптерећење је повезано преко стезаљки кућишта. Резултат је модеран алтернатор.

Његов једноставнији дизајн настаје када се калем фиксира на стационарно кућиште и магнетни систем почне да се ротира. У овом случају, начин генерисања струја је због електромагнетна индукција ни на који начин није нарушен.

Принцип рада електромотора

Закон електромагнетне индукције, који је пионир Мајкл Фарадеј, дозвољава различите дизајне електричних мотора. Имају сличну структуру као и генератори: покретни ротор и статор који међусобно делују због ротирајућих електромагнетних поља.

Електрична струја пролази само кроз намотај статора електромотора. Индукује магнетни флукс који утиче на магнетно поље ротора. Као резултат, настају силе које ротирају осовину мотора. Погледајте о овој теми — Принцип рада и уређај електромотора

Трансформација електричне енергије

Мајкл Фарадеј је утврдио појаву индуковане електромоторне силе и индуковане струје у оближњем калему када се промени магнетно поље у суседном калему.

Струја у оближњем калему се индукује када је склоп прекидача укључен у калему 1 и увек је присутна током рада од генератора до намотаја 3.

На овој особини заснива се рад свих савремених трансформаторских уређаја, такозвана међусобна индукција.

Да би побољшали пролаз магнетног флукса, имају изоловане намотаје постављене на заједничко језгро са минималним магнетним отпором. Израђује се од посебних врста челика и формира се слагањем танких лимова у облику пресека одређеног облика, који се називају магнетно језгро.

Трансформатори, због међусобне индукције, преносе енергију наизменичног електромагнетног поља са једног намотаја у други, па долази до промене, трансформације вредности напона на његовим улазним и излазним стезаљкама.

Однос броја завоја у намотајима одређује коефицијент трансформације, а дебљину жице, конструкцију и запремину материјала језгра — вредност пренете снаге, радну струју.

Рад индуктора

Манифестација електромагнетне индукције се примећује у калему када се промени вредност струје која тече у њему. Овај процес се назива самоиндукција.

Када је прекидач укључен на горњој шеми, индукована струја мења карактер линеарног повећања радне струје у колу, као и при гашењу.

Када се на жицу намотану у завојницу примени не константан, већ наизменични напон, тада кроз њу тече вредност струје, умањена за индуктивни отпор.Енергија самоиндукције фазно помера струју у односу на примењени напон.

Овај феномен се користи у пригушницама које су дизајниране да смање велике струје које се јављају у одређеним условима рада. Посебно се користе такви уређаји у колу за осветљење флуоресцентних сијалица.

Карактеристика дизајна магнетног кола пригушнице је изрезивање плоча, које је створено да додатно повећа магнетни отпор магнетном флуксу због формирања ваздушног јаза.

Пригушнице са подељеним и подесивим положајем магнетног кола користе се у многим радио и електричним уређајима. Често се могу наћи у конструкцији трансформатора за заваривање. Они смањују величину електричног лука који пролази кроз електроду на оптималну вредност.

Индукционе пећи

Феномен електромагнетне индукције се манифестује не само у жицама и калемовима, већ и унутар било којих масивних металних предмета. У њима индуковане струје обично се називају вртложним струјама.У току рада трансформатора и пригушница изазивају загревање магнетног кола и целе конструкције.

Да би се спречила ова појава, језгра су направљена од танких металних лимова и изолована слојем лака, који спречава пролаз индукованих струја.

У грејним конструкцијама, вртложне струје не ограничавају, већ стварају најповољније услове за њихов пролаз. Индукционе пећи се широко користе у индустријској производњи за стварање високих температура.

Електротехнички мерни уређаји

Велика класа индукционих уређаја наставља да ради у електричној енергији.Електрична бројила са ротирајућим алуминијумским диском сличним конструкцији енергетског релеја, системи пригушног бројача, раде на принципу електромагнетне индукције.

Гасни магнетни генератори

Ако се, уместо затвореног оквира, проводни гас, течност или плазма креће у пољу магнета, онда ће наелектрисања електричне енергије под дејством линија магнетног поља почети да одступају у строго одређеним правцима, формирајући електричну струју. Његово магнетно поље на постављеним контактним плочама електрода индукује електромоторну силу. Под његовим дејством се ствара електрична струја у спојеном колу на МХД генератор.

Дакле, закон електромагнетне индукције манифестује се у МХД генераторима.

Нема компликованих ротирајућих делова као што је ротор. Ово поједностављује дизајн, омогућава вам да значајно повећате температуру радног окружења и истовремено ефикасност производње електричне енергије. МХД генератори раде као резервни или извори за хитне случајеве способни да генеришу значајне токове електричне енергије у кратким временским периодима.

Дакле, закон електромагнетне индукције, који је својевремено образложио Мајкл Фарадеј, и данас је актуелан.