En el material, entenderemos el concepto de inducción de EMF en situaciones de su ocurrencia. También consideramos la inductancia como un parámetro clave para la ocurrencia de un flujo magnético cuando aparece un campo eléctrico en un conductor.
La inducción electromagnética es la generación de corriente eléctrica por campos magnéticos que cambian con el tiempo. Gracias a los descubrimientos de Faraday y Lenz, los patrones se formularon en leyes, lo que introdujo la simetría en la comprensión de los flujos electromagnéticos. La teoría de Maxwell reunió conocimientos sobre la corriente eléctrica y los flujos magnéticos. Gracias al descubrimiento de Hertz, la humanidad aprendió sobre las telecomunicaciones.
Contenido
flujo magnético
Aparece un campo electromagnético alrededor de un conductor con una corriente eléctrica, sin embargo, en paralelo, también ocurre el fenómeno opuesto: la inducción electromagnética.Considere el flujo magnético como un ejemplo: si un marco conductor se coloca en un campo eléctrico con inducción y se mueve de arriba hacia abajo a lo largo de las líneas del campo magnético o hacia la derecha o la izquierda perpendiculares a ellas, entonces el flujo magnético que atraviesa el marco será constante.
Cuando el marco gira alrededor de su eje, luego de un tiempo, el flujo magnético cambiará en cierta cantidad. Como resultado, aparece un EMF de inducción en el marco y aparece una corriente eléctrica, que se llama inducción.
inducción CEM
Examinemos en detalle cuál es el concepto de EMF de inducción. Cuando un conductor se coloca en un campo magnético y se mueve con la intersección de las líneas de campo, aparece una fuerza electromotriz en el conductor llamada FEM de inducción. También ocurre si el conductor permanece estacionario y el campo magnético se mueve y se cruza con las líneas de fuerza del conductor.
Cuando el conductor, donde ocurre la fem, se cierra al circuito externo, debido a la presencia de esta fem, una corriente de inducción comienza a fluir a través del circuito. La inducción electromagnética involucra el fenómeno de la inducción EMF en un conductor en el momento en que es atravesado por líneas de campo magnético.
La inducción electromagnética es el proceso inverso de transformar la energía mecánica en corriente eléctrica. Este concepto y sus leyes son muy utilizados en ingeniería eléctrica, la mayoría de las máquinas eléctricas se basan en este fenómeno.
Leyes de Faraday y Lenz
Las leyes de Faraday y Lenz reflejan los patrones de ocurrencia de la inducción electromagnética.
Faraday descubrió que los efectos magnéticos aparecen como resultado de cambios en el flujo magnético a lo largo del tiempo.En el momento de cruzar el conductor con una corriente magnética alterna, surge en él una fuerza electromotriz, lo que da lugar a la aparición de una corriente eléctrica. Tanto un imán permanente como un electroimán pueden generar corriente.
El científico determinó que la intensidad de la corriente aumenta con un cambio rápido en el número de líneas de fuerza que cruzan el circuito. Es decir, la FEM de la inducción electromagnética es directamente proporcional a la velocidad del flujo magnético.
De acuerdo con la ley de Faraday, las fórmulas de FEM de inducción se definen de la siguiente manera:
E \u003d - dF / dt.
El signo menos indica la relación entre la polaridad de la EMF inducida, la dirección del flujo y la velocidad cambiante.
Según la ley de Lenz, es posible caracterizar la fuerza electromotriz en función de su dirección. Cualquier cambio en el flujo magnético en la bobina conduce a la aparición de un EMF de inducción, y con un cambio rápido, se observa un EMF creciente.
Si la bobina, donde hay un EMF de inducción, tiene un cortocircuito con un circuito externo, entonces fluye una corriente de inducción a través de ella, como resultado de lo cual aparece un campo magnético alrededor del conductor y la bobina adquiere las propiedades de un solenoide. . Como resultado, se forma un campo magnético alrededor de la bobina.
E.Kh. Lenz estableció un patrón según el cual se determina la dirección de la corriente de inducción en la bobina y la FEM de inducción. La ley establece que la FEM de inducción en la bobina, cuando cambia el flujo magnético, forma una corriente direccional en la bobina, en la que el flujo magnético dado de la bobina permite evitar cambios en el flujo magnético extraño.
La ley de Lenz se aplica a todas las situaciones de inducción de corriente eléctrica en conductores, independientemente de su configuración y el método de cambio del campo magnético externo.
El movimiento de un alambre en un campo magnético.
El valor de la FEM inducida se determina en función de la longitud del conductor atravesado por las líneas de fuerza del campo. Con un mayor número de líneas de campo, aumenta el valor de la fem inducida. Con un aumento en el campo magnético y la inducción, se produce un mayor valor de EMF en el conductor. Así, el valor de la FEM de inducción en un conductor que se mueve en un campo magnético depende directamente de la inducción del campo magnético, la longitud del conductor y la velocidad de su movimiento.
Esta dependencia se refleja en la fórmula E = Blv, donde E es la fem de inducción; B es el valor de la inducción magnética; I es la longitud del conductor; v es la velocidad de su movimiento.
Tenga en cuenta que en un conductor que se mueve en un campo magnético, la FEM de inducción aparece solo cuando cruza las líneas del campo magnético. Si el conductor se mueve a lo largo de las líneas de fuerza, entonces no se induce FEM. Por esta razón, la fórmula se aplica solo en los casos en que el movimiento del conductor se dirige perpendicularmente a las líneas de fuerza.
La dirección de la EMF inducida y la corriente eléctrica en el conductor está determinada por la dirección de movimiento del propio conductor. Para identificar la dirección, se ha desarrollado la regla de la mano derecha. Si sostiene la palma de su mano derecha para que las líneas de campo entren en su dirección, y el pulgar indica la dirección del movimiento del conductor, los cuatro dedos restantes indican la dirección de la fem inducida y la dirección de la corriente eléctrica. en el conductor.
Bobina giratoria
El funcionamiento del generador de corriente eléctrica se basa en la rotación de la bobina en un flujo magnético, donde se da un cierto número de vueltas. EMF se induce en un circuito eléctrico siempre cuando lo cruza un flujo magnético, según la fórmula de flujo magnético Ф \u003d B x S x cos α (inducción magnética multiplicada por el área de superficie a través de la cual pasa el flujo magnético, y el coseno del ángulo formado por el vector director y las rectas del plano perpendicular).
De acuerdo con la fórmula, F se ve afectada por cambios en las situaciones:
- cuando cambia el flujo magnético, cambia el vector de dirección;
- el área encerrada en el contorno cambia;
- cambios de ángulo.
Está permitido inducir EMF con un imán estacionario o una corriente constante, pero simplemente cuando la bobina gira alrededor de su eje dentro del campo magnético. En este caso, el flujo magnético cambia a medida que cambia el ángulo. La bobina en el proceso de rotación cruza las líneas de fuerza del flujo magnético, como resultado, aparece un EMF. Con rotación uniforme, ocurre un cambio periódico en el flujo magnético. Además, el número de líneas de campo que cruzan cada segundo se vuelve igual a los valores a intervalos regulares.
En la práctica, en los generadores de corriente alterna, la bobina permanece estacionaria y el electroimán gira a su alrededor.
Autoinducción EMF
Cuando una corriente eléctrica alterna pasa a través de la bobina, se genera un campo magnético alterno, que se caracteriza por un flujo magnético cambiante que induce una FEM. Este fenómeno se denomina autoinducción.
Debido al hecho de que el flujo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica, la fórmula EMF de autoinducción se ve así:
Ф = L x I, donde L es la inductancia, que se mide en H.Su valor está determinado por el número de vueltas por unidad de longitud y el valor de su sección transversal.
inducción mutua
Cuando dos bobinas se ubican una al lado de la otra, observan la FEM de inducción mutua, que está determinada por la configuración de los dos circuitos y su orientación mutua. Al aumentar la separación de los circuitos, el valor de la inductancia mutua disminuye, ya que hay una disminución en el flujo magnético total de las dos bobinas.
Consideremos en detalle el proceso de aparición de la inducción mutua. Hay dos bobinas, la corriente I1 fluye a través del cable de una con N1 vueltas, lo que crea un flujo magnético y pasa por la segunda bobina con N2 número de vueltas.
El valor de la inductancia mutua de la segunda bobina en relación con la primera:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Valor del flujo magnético:
F21 = (M21/N2) x I1.
La fem inducida se calcula mediante la fórmula:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
En la primera bobina, el valor de la fem inducida:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Es importante señalar que la fuerza electromotriz provocada por la inducción mutua en una de las bobinas es en todo caso directamente proporcional al cambio de corriente eléctrica en la otra bobina.
Entonces la inductancia mutua se considera igual a:
M12 = M21 = M.
En consecuencia, E1 = - M x dI2/dt y E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), donde K es el coeficiente de acoplamiento entre los dos valores de inductancia.
La inductancia mutua se usa ampliamente en transformadores, que permiten cambiar el valor de una corriente eléctrica alterna. El dispositivo es un par de bobinas que están enrolladas en un núcleo común. La corriente en la primera bobina forma un flujo magnético cambiante en el circuito magnético y una corriente en la segunda bobina.Con menos vueltas en la primera bobina que en la segunda, el voltaje aumenta y, en consecuencia, con un mayor número de vueltas en el primer devanado, el voltaje disminuye.
Además de generar y transformar energía eléctrica, el fenómeno de la inducción magnética se aprovecha en otros dispositivos. Por ejemplo, en trenes de levitación magnética que se mueven sin contacto directo con la corriente en los rieles, pero un par de centímetros más altos debido a la repulsión electromagnética.
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