Elektromagnetiline induktsioon
Juhi EMF-i induktsiooni ilmumine
Kui paned magnetväli traat ja liigutage seda nii, et see liiguks ristuvalt väljajoontest, siis on traadil elektromotoorjõudSeda nimetatakse EMF-induktsiooniks.
Induktsioon-EMF tekib juhis isegi siis, kui juht ise jääb paigale ja magnetväli liigub, ületades juhi oma jõujoontega.
Kui juht, milles induktsioon-EMF indutseeritakse, on suletud mistahes välisele vooluringile, siis selle EMF-i toimel liigub vooluahelast läbi vool, nn. induktsioonivool.
Elektromagnetilise induktsiooni nähtust juhis, kui see ületab oma magnetvälja jooni, nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks.
Elektromagnetiline induktsioon on pöördprotsess, st mehaanilise energia muundamine elektrienergiaks.
Elektromagnetilise induktsiooni nähtust kasutatakse laialdaselt Elektrotehnika… Erinevate elektrimasinate seade põhineb selle kasutamisel.
EMF-i induktsiooni suurus ja suund
Mõelgem nüüd, milline on juhis indutseeritud EMF suurus ja suund.
Induktsiooni EMF-i suurus sõltub traati läbivate jõujoonte arvust ajaühikus, st traadi liikumise kiirusest väljas.
Indutseeritud EMF-i suurus on otseselt võrdeline juhi liikumiskiirusega magnetväljas.
Indutseeritud EMF-i suurus sõltub ka traadi selle osa pikkusest, mida väljajooned läbivad. Mida suurem on juhi osa, mida väljajooned läbivad, seda suurem on indutseeritud emf juhis. Lõpuks, mida tugevam on magnetväli, st mida suurem on selle induktsioon, seda suurem on EMF seda välja läbivas juhis.
Seega on juhis magnetväljas liikumisel tekkiva induktsiooni EMF väärtus otseselt võrdeline magnetvälja induktsiooni, juhi pikkuse ja liikumise kiirusega.
Seda sõltuvust väljendatakse valemiga E = Blv,
kus E on induktsioon-EMF; B — magnetinduktsioon; I on traadi pikkus; v on traadi kiirus.
Tuleb kindlalt meeles pidada, et magnetväljas liikuvas juhis tekib induktsiooni EMF ainult siis, kui seda juhti läbivad välja magnetvälja jõujooned. Kui juht liigub mööda väljajooni, see tähendab, et ta ei ristu, vaid näib libisevat mööda neid, siis selles EMF-i ei indutseerita. Seetõttu kehtib ülaltoodud valem ainult siis, kui traat liigub magnetvälja joontega risti.
Indutseeritud emfi suund (nagu ka voolutugevus juhtmes) sõltub sellest, millises suunas juhe liigub. Indutseeritud EMF-i suuna määramiseks on olemas parema käe reegel.
Kui hoiate parema käe peopesast nii, et magnetvälja jooned sellesse siseneksid ja painutatud pöial näitaks juhi liikumissuunda, siis välja sirutatud neli sõrme näitaksid indutseeritud EMF-i toimesuunda ja suunda. voolust juhis.
Parema käe reegel
EMF-i induktsioon mähises
Oleme juba öelnud, et juhtmes induktsiooni EMF-i tekitamiseks on vaja viia kas traat ise või magnetväli magnetvälja. Mõlemal juhul tuleb traat ületada välja magnetvälja jõujoontega, vastasel juhul ei indutseerita emf-i. Indutseeritud emf ja seega ka indutseeritud vool võib esineda mitte ainult sirges juhtmes, vaid ka mähisesse keeratud juhtmes.
Sisse kolides rullid püsimagneti puhul indutseeritakse selles EMF tänu sellele, et magneti magnetvoog läbib pooli pöördeid ehk samamoodi nagu sirge juhtme liigutamisel magnetväljas.
Kui magnet langetatakse aeglaselt mähisesse, on selles tekkiv EMF nii väike, et seadme nõel ei pruugi isegi kõrvale kalduda. Kui vastupidi, magnet kiiresti mähisesse sisestatakse, on noole läbipaine suur. See tähendab, et indutseeritud EMF-i suurus ja vastavalt ka voolu tugevus mähises sõltub magneti kiirusest, st sellest, kui kiiresti välja jõujooned mähise pöördeid ületavad. Kui nüüd vaheldumisi sisestada mähisesse algul tugev magnet ja seejärel nõrk magnet sama kiirusega, siis märkad, et tugeva magnetiga kaldub seadme nõel suurema nurga all kõrvale.See tähendab, et indutseeritud EMF-i suurus ja vastavalt voolu tugevus mähises sõltub magneti magnetvoo suurusest.
Lõpuks, kui sama magnet sisestatakse sama kiirusega, esmalt suure pöörete arvuga mähisesse ja seejärel palju väiksema arvuga, siis esimesel juhul kaldub seadme nõel suurema nurga võrra kui teine. See tähendab, et indutseeritud EMF-i suurus ja vastavalt voolu tugevus mähises sõltub selle pöörete arvust. Samad tulemused võib saada ka siis, kui püsimagneti asemel kasutatakse elektromagneti.
EMF-i induktsiooni suund mähises sõltub magneti liikumissuunast. Kuidas määrata induktsiooni EMF-i suunda, ütleb E. H. Lenzi kehtestatud seadus.
Lenzi elektromagnetilise induktsiooni seadus
Mähise sees oleva magnetvoo mis tahes muutusega kaasneb selles induktsiooni EMF-i ilmumine ja mida kiiremini muutub mähisesse tungiv magnetvoog, seda suurem on selles EMF.
Kui mähis, milles induktsioon-EMF luuakse, on suletud välisele vooluringile, siis läbib selle pöördeid induktsioonvool, mis tekitab juhtme ümber magnetvälja, mille tõttu mähis muutub solenoidiks. Selgub, et muutuv väline magnetväli indutseerib mähises indutseeritud voolu, mis omakorda loob mähise ümber oma magnetvälja – vooluvälja.
Seda nähtust uurides kehtestas E. H. Lenz seaduse, mis määrab mähises induktsioonivoolu suuna ja vastavalt ka induktsiooni EMF-i suuna.Selles magnetvoo muutumisel mähises tekkiv induktsiooni emf tekitab mähises voolu sellises suunas, et selle vooluga tekitatav pooli magnetvoog takistab välise magnetvoo muutumist.
Lenzi seadus kehtib kõigil juhtmetes voolu induktsiooni juhtudel, sõltumata juhtmete kujust ja sellest, kuidas välise magnetvälja muutus saavutatakse.
Kui püsimagnet liigub galvanomeetri klemmidega ühendatud traadimähise suhtes või kui mähis liigub magneti suhtes, tekib indutseeritud vool.
Induktsioonivoolud massiivsetes juhtides
Muutuv magnetvoog on võimeline indutseerima EMF-i mitte ainult mähise keerdudes, vaid ka massiivsetes metalljuhtides. Tungides läbi massiivse juhi paksuse, indutseerib magnetvoog selles EMF-i, mis tekitab induktsioonvoolu. Need nn pöörisvoolud levivad üle tahke traadi ja on selles lühises.
Trafode südamikud, erinevate elektrimasinate ja seadmete magnetsüdamikud on ainult need massiivsed juhtmed, mis neis tekkivate induktsioonivoolude toimel kuumenevad.See nähtus on ebasoovitav, mistõttu induktsioonivoolude suuruse vähendamiseks on osad elektrimasinad ja trafo südamik ei ole massiivsed, vaid koosnevad õhukestest lehtedest, mis on üksteisest isoleeritud paberi või isoleeriva lakikihiga. Seetõttu on pöörisvoolude levimise tee piki juhi massi blokeeritud.
Kuid mõnikord kasutatakse praktikas kasulike vooludena ka pöörisvoolu. Nende voolude kasutamine põhineb näiteks tööl induktsioonkütte ahjud, elektriarvestid ja elektriliste mõõteriistade liikuvate osade nn magnetsiibrid.