Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasının pratik bir uygulaması
Rusça'da "indüksiyon" kelimesi, bir şeyin uyarılması, yönlendirilmesi, yaratılması süreçleri anlamına gelir. Elektrik mühendisliğinde bu terim iki yüzyıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır.
Danimarkalı bilim adamı Oersted'in elektrik akımı taşıyan bir iletkenin yanındaki manyetik bir iğnenin sapmaları üzerine yaptığı deneyleri anlatan 1821 yayınlarını okuduktan sonra, Michael Faraday kendine bir görev belirledi: manyetizmayı elektriğe dönüştürmek.
10 yıllık araştırmadan sonra, herhangi bir kapalı döngüde bir elektromotor kuvvetinin indüklendiğini açıklayarak elektromanyetik indüksiyonun temel yasasını formüle etti. Değeri, dikkate alınan döngüye giren manyetik akının değişim hızı ile belirlenir, ancak eksi işareti ile alınır.
Elektromanyetik dalgaların uzaktan iletimi
Bilim adamının aklına gelen ilk tahmin, pratik başarı ile taçlandırılmadı.
İki kapalı kabloyu yan yana yerleştirdi.Birinin yanına, geçen akımın bir göstergesi olarak manyetik bir iğne yerleştirdim ve diğer tele o zamanın güçlü bir galvanik kaynağından bir dürtü verdim: bir volt kutbu.
Araştırmacı, birinci devredeki bir akım darbesiyle, içindeki değişen manyetik alanın, ikinci telde manyetik iğneyi saptıracak bir akımı indükleyeceğini varsaydı. Ancak sonuç olumsuz çıktı - gösterge çalışmıyor. Aksine, duyarlılıktan yoksundu.
Bilim adamının beyni, artık radyo yayıncılığı, televizyon, kablosuz kontrol, Wi-Fi teknolojileri ve benzeri cihazlarda kullanılan elektromanyetik dalgaların oluşturulmasını ve uzaktan iletilmesini öngörmektedir. O zamanın ölçüm cihazlarının kusurlu eleman tabanı onu hayal kırıklığına uğratmıştı.
Elektrik üretimi
Kötü bir deneyden sonra Michael Faraday, deneyin koşullarını değiştirdi.
Faraday, deney için iki kapalı döngü bobin kullandı. İlk devrede bir kaynaktan elektrik akımı besledi ve ikinci devrede bir EMF'nin görünümünü gözlemledi. 1 numaralı bobinin dönüşlerinden geçen akım, bobin çevresinde bir manyetik akı oluşturur, 2 numaralı bobine nüfuz eder ve içinde bir elektromotor kuvveti oluşturur.
Faraday'ın deneyi sırasında:
- sabit bobinlerle devreye voltaj sağlamak için bir darbe açın;
- akım uygulandığında, üst bobini alt bobine soktu;
- 1 numaralı bobini kalıcı olarak sabitledi ve 2 numaralı bobini içine yerleştirdi;
- bobinlerin birbirine göre hareket hızını değiştirdi.
Tüm bu durumlarda, ikinci bobinde EMF indüksiyonunun tezahürünü gözlemledi. Ve sadece 1 numaralı sargıdan ve sabit bobinlerden geçen doğru akım ile elektromotor kuvveti yoktu.
Bilim adamı, ikinci bobinde indüklenen EMF'nin manyetik akının değişme hızına bağlı olduğunu belirledi. Boyu ile orantılıdır.
Aynı model, kapalı bir döngüden geçerken tamamen kendini gösterir. Kalıcı bir mıknatısın manyetik alan çizgileri. EMF'nin etkisi altında telde bir elektrik akımı üretilir.
İncelenen durumdaki manyetik akı, kapalı bir devre tarafından oluşturulan Sk döngüsünde değişir.
Böylece Faraday'ın yarattığı gelişme, dönen bir iletken çerçevenin manyetik alana yerleştirilmesini mümkün kıldı.
Daha sonra döner yataklara sabitlenmiş çok sayıda dönüşten yapılmıştır, bobinin uçlarına kayma halkaları ve üzerlerinde kayan fırçalar takılmış ve mahfaza terminallerinden bir yük bağlanmıştır. Sonuç, modern bir alternatördür.
Bobin sabit bir yuvaya sabitlendiğinde ve manyetik sistem dönmeye başladığında daha basit tasarımı oluşturulur. Bu durumda, akım üretme yöntemi nedeniyle elektromanyetik indüksiyon hiçbir şekilde ihlal edilmemiştir.
Elektrik motorlarının çalışma prensibi
Michael Faraday'ın öncülüğünü yaptığı elektromanyetik indüksiyon yasası, çeşitli elektrik motoru tasarımlarına izin verir. Jeneratörlere benzer bir yapıya sahiptirler: dönen elektromanyetik alanlar nedeniyle birbirleriyle etkileşime giren hareketli bir rotor ve stator.
Elektrik akımı sadece elektrik motorunun stator sargısından geçer. Rotorun manyetik alanını etkileyen bir manyetik akı oluşturur. Sonuç olarak, motor milini döndüren kuvvetler ortaya çıkar. Bu konuya bakın — Elektrik motorunun çalışma prensibi ve cihazı
elektrik dönüşümü
Michael Faraday, komşu bobindeki manyetik alan değiştiğinde, yakındaki bir bobinde indüklenen bir elektromotor kuvvetin ve indüklenen akımın görünümünü belirledi.
Yakındaki bobindeki akım, bobin 1'deki anahtar devresi açıldığında indüklenir ve jeneratörün çalışması sırasında her zaman bobin 3'te bulunur.
Tüm modern trafo cihazlarının çalışması, karşılıklı indüksiyon adı verilen bu özelliğe dayanmaktadır.
Transformatörler, karşılıklı indüksiyon nedeniyle, alternatif bir elektromanyetik alanın enerjisini bir bobinden diğerine aktarır, böylece giriş ve çıkış terminallerinde bir değişiklik, voltaj değerinde bir dönüşüm meydana gelir.
Sargılardaki dönüş sayısının oranı, dönüşüm katsayısını ve telin kalınlığını, çekirdek malzemenin yapısını ve hacmini - iletilen gücün değerini, çalışma akımını belirler.
İndüktörlerin çalışması
Elektromanyetik indüksiyonun tezahürü, içinde akan akımın değeri değiştiğinde bobinde gözlenir. Bu sürece kendi kendine indüksiyon denir.
Yukarıdaki şemada anahtar açıldığında, indüklenen akım, kapatma sırasında olduğu gibi devrede çalışma akımındaki doğrusal artışın karakterini değiştirir.
Bobinde sarılan tele sabit değil, alternatif bir voltaj uygulandığında, endüktif direnç tarafından azaltılan akımın değeri içinden akar.Kendinden endüksiyon enerjisi, akımı uygulanan gerilime göre faz kaydırır.
Bu fenomen, belirli çalışma koşullarında meydana gelen büyük akımları azaltmak için tasarlanmış bobinlerde kullanılır. Özellikle, bu tür cihazlar kullanılır. floresan lambaları aydınlatma devresinde.
Jiklenin manyetik devresinin tasarımının özelliği, bir hava boşluğu oluşması nedeniyle manyetik akıya karşı manyetik direnci daha da artırmak için oluşturulan plakaların kesilmesidir.
Bölmeli ve manyetik devre konumu ayarlanabilir bobinler birçok radyo ve elektrikli cihazda kullanılmaktadır. Çoğu zaman kaynak transformatörlerinin yapımında bulunabilirler. Elektrottan geçen elektrik arkının büyüklüğünü optimum değere düşürürler.
indüksiyon fırınları
Elektromanyetik indüksiyon fenomeni, yalnızca tellerde ve bobinlerde değil, aynı zamanda herhangi bir büyük metal nesnenin içinde de kendini gösterir. İçlerinde indüklenen akımlara genellikle girdap akımları denir.Transformatörlerin ve bobinlerin çalışması sırasında manyetik devrenin ve tüm yapının ısınmasına neden olurlar.
Bu fenomeni önlemek için, çekirdekler ince metal levhalardan yapılır ve indüklenen akımların geçişini önleyen bir vernik tabakası ile yalıtılır.
Isıtma yapılarında girdap akımları sınırlamaz, geçişleri için en uygun koşulları yaratır. indüksiyon fırınları endüstriyel üretimde yüksek sıcaklıklar oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Elektroteknik ölçüm cihazları
Büyük bir indüksiyon cihazı sınıfı elektrikte çalışmaya devam ediyor.Bir güç rölesinin yapısına benzer dönen bir alüminyum diske sahip elektrik sayaçları, sönümleme kadranı sistemleri, elektromanyetik indüksiyon prensibi ile çalışır.
Gaz manyetik jeneratörler
Kapalı bir çerçeve yerine, bir mıknatıs alanında iletken bir gaz, sıvı veya plazma hareket ederse, manyetik alan çizgilerinin etkisi altındaki elektrik yükleri, bir elektrik akımı oluşturarak kesin olarak tanımlanmış yönlerde sapmaya başlayacaktır. Monte edilmiş elektrot temas plakaları üzerindeki manyetik alanı, bir elektromotor kuvveti indükler. Etkisi altında, MHD jeneratörüne bağlı devrede bir elektrik akımı üretilir.
Böylece, elektromanyetik indüksiyon yasası MHD jeneratörlerinde kendini gösterir.
Rotor gibi karmaşık dönen parçalar yoktur. Bu, tasarımı basitleştirir, çalışma ortamının sıcaklığını ve aynı zamanda elektrik üretiminin verimliliğini önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır. MHD jeneratörleri, kısa süreler için önemli miktarda elektrik akışı üretebilen yedek veya acil durum kaynakları olarak çalışır.
Bu nedenle, bir zamanlar Michael Faraday tarafından kanıtlanan elektromanyetik indüksiyon yasası bugün geçerli olmaya devam ediyor.