יישום מעשי של חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי

המילה "אינדוקציה" ברוסית פירושה תהליכי עירור, כיוון, יצירה של משהו. בהנדסת חשמל, מונח זה נמצא בשימוש במשך יותר ממאתיים שנה.

לאחר שקרא את הפרסומים משנת 1821 המתארים את הניסויים של המדען הדני אורסטד על הסטות של מחט מגנטית ליד מוליך הנושא זרם חשמלי, מייקל פאראדיי הציב לעצמו את המשימה: המרת מגנטיות לחשמל.

לאחר 10 שנים של מחקר, הוא ניסח את החוק הבסיסי של אינדוקציה אלקטרומגנטית, והסביר שכוח אלקטרו-מוטיבי מושרה בכל לולאה סגורה. ערכו נקבע על פי קצב השינוי של השטף המגנטי החודר ללולאה הנחשבת, אך נלקח עם סימן מינוס.

שידור גלים אלקטרומגנטיים ממרחק

הניחוש הראשון שעלה במוחו של המדען לא הוכתר בהצלחה מעשית.

הוא הניח שני חוטים סגורים זה לצד זה.ליד אחד התקנתי מחט מגנטית כאינדיקטור לזרם העובר, ובחוט השני נתתי דחף ממקור גלווני חזק של אז: קוטב וולט.

החוקר שיער שעם דופק זרם במעגל הראשון, השדה המגנטי המשתנה בו יגרום לזרם בחוט השני, שיסיט את המחט המגנטית. אבל התוצאה התבררה שלילית - המחוון לא עובד. במקום זאת, הוא חסר רגישות.

מוחו של המדען צופה יצירה ושידור של גלים אלקטרומגנטיים מרחוק, המשמשים כיום בשידורי רדיו, טלוויזיה, בקרה אלחוטית, טכנולוגיות Wi-Fi והתקנים דומים. הוא פשוט היה מתוסכל מבסיס היסודות הלא מושלם של מכשירי המדידה של אותה תקופה.

ייצור חשמל

לאחר ניסוי גרוע, מייקל פאראדיי שינה את תנאי הניסוי.

לצורך הניסוי, פאראדיי השתמש בשני סלילים בלולאה סגורה. במעגל הראשון הוא הזין זרם חשמלי ממקור, ובשני הוא צפה בהופעת EMF. הזרם העובר דרך הסיבובים של סליל מס' 1 יוצר שטף מגנטי סביב הסליל, חודר לסליל מס' 2 ויוצר בו כוח אלקטרו-מוטורי.

במהלך הניסוי של פאראדיי:

• הפעל דופק כדי לספק מתח למעגל עם סלילים נייחים;
• כאשר הזרם הופעל, הוא הכניס את הסליל העליון לסליל התחתון;
• סליל מס' 1 קבוע והכניס לתוכו סליל מס' 2;
• שינה את מהירות התנועה של הסלילים זה ביחס לזה.

בכל המקרים הללו הוא הבחין בביטוי של השראת EMF בסליל השני. וכאשר רק זרם ישר עובר דרך פיתול מס' 1 וסלילים נייחים, לא היה כוח אלקטרו-מוטיבי.

המדען קבע שה-EMF המושרה בסליל השני תלוי בקצב שבו משתנה השטף המגנטי. הוא פרופורציונלי לגודלו.

אותו דפוס מתבטא במלואו כאשר עוברים לולאה סגורה קווי שדה מגנטי של מגנט קבוע. בהשפעת EMF נוצר זרם חשמלי בחוט.

השטף המגנטי במקרה הנחשב משתנה בלולאה Sk שנוצרה על ידי מעגל סגור.

לפיכך, הפיתוח שיצר פאראדיי אפשר להציב מסגרת מוליכה מסתובבת בשדה מגנטי.

לאחר מכן הוא היה עשוי ממספר רב של סיבובים קבועים במיסבים סיבוביים.בקצות הסליל הותקנו טבעות החלקה ומברשות המחליקות עליהם, וחובר עומס דרך מסופי הדיור. התוצאה היא אלטרנטור מודרני.

העיצוב הפשוט יותר שלו נוצר כאשר הסליל מקובע על בית נייח והמערכת המגנטית מתחילה להסתובב. במקרה זה, השיטה של ​​יצירת זרמים נובעת השראות אלקטרומגנטית לא הופר בשום צורה.

עקרון הפעולה של מנועים חשמליים

חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, שמייקל פאראדיי היה חלוץ בו, מאפשר מגוון עיצובים של מנועים חשמליים. יש להם מבנה דומה לגנראטורים: רוטור וסטטור נעים המתקשרים זה עם זה עקב שדות אלקטרומגנטיים מסתובבים.

זרם חשמלי עובר רק דרך פיתול הסטטור של המנוע החשמלי. זה משרה שטף מגנטי המשפיע על השדה המגנטי של הרוטור. כתוצאה מכך נוצרים כוחות המסובבים את ציר המנוע. ראה בנושא זה - עקרון הפעולה והמכשיר של המנוע החשמלי

טרנספורמציה בחשמל

מייקל פאראדיי קבע את הופעתו של כוח אלקטרו-מוטיבי מושרה וזרם מושרה בסליל סמוך כאשר השדה המגנטי בסליל השכן השתנה.

הזרם בסליל הסמוך מושרה כאשר מעגל המתג מופעל בסליל 1 והוא קיים תמיד במהלך פעולת הגנרטור לסליל 3.

הפעולה של כל מכשירי השנאים המודרניים מבוססת על תכונה זו, מה שנקרא אינדוקציה הדדית.

כדי לשפר את מעבר השטף המגנטי, יש להם פיתולים מבודדים הממוקמים על ליבה משותפת עם התנגדות מגנטית מינימלית. הוא עשוי מסוגים מיוחדים של פלדה ונוצר על ידי ערימת יריעות דקות בצורה של קטעים בעלי צורה מסוימת, הנקראים ליבה מגנטית.

רובוטריקים, עקב אינדוקציה הדדית, מעבירים את האנרגיה של שדה אלקטרומגנטי מתחלף מסליל אחד לאחר, ולכן מתרחש שינוי, טרנספורמציה של ערך המתח במסופי הקלט והיציאה שלו.

היחס בין מספר הסיבובים בפיתולים קובע את מקדם הטרנספורמציה, ואת עובי החוט, את המבנה והנפח של חומר הליבה - ערך הכוח המועבר, זרם ההפעלה.

הפעלת משרנים

הביטוי של אינדוקציה אלקטרומגנטית נצפה בסליל כאשר ערך הזרם הזורם בו משתנה. תהליך זה נקרא אינדוקציה עצמית.

כאשר המתג מופעל בתרשים לעיל, הזרם המושרה משנה את אופי העלייה הליניארית בזרם ההפעלה במעגל, כמו גם במהלך הכיבוי.

כאשר לא קבוע, אלא מתח חילופין מופעל על החוט הנפוץ בסליל, אז ערך הזרם, מופחת על ידי ההתנגדות האינדוקטיבית, זורם דרכו.אנרגיית אינדוקציה עצמית מסיטה את הזרם ביחס למתח המופעל.

תופעה זו משמשת במשנקים שנועדו להפחית את הזרמים הגדולים המתרחשים בתנאי הפעלה מסוימים. בפרט, מכשירים כאלה משמשים במעגל להדלקת מנורות פלורסנט.

המאפיין של עיצוב המעגל המגנטי של המשנק הוא חיתוך הלוחות, אשר נוצר כדי להגביר עוד יותר את ההתנגדות המגנטית לשטף המגנטי עקב היווצרות פער אוויר.

משנקים עם מיקום מעגל מגנטי מפוצל ומתכוונן משמשים במכשירי רדיו וחשמל רבים. לעתים קרובות הם יכולים להימצא בבניית שנאי ריתוך. הם מפחיתים את גודל הקשת החשמלית המועברת דרך האלקטרודה לערך האופטימלי.

תנורי אינדוקציה

התופעה של אינדוקציה אלקטרומגנטית מתבטאת לא רק בחוטים ובסלילים, אלא גם בתוך כל חפצי מתכת מסיביים. הזרמים המושרים בהם נקראים בדרך כלל זרמי מערבולת, במהלך פעולתם של שנאים ומשנקים הם גורמים לחימום המעגל המגנטי והמבנה כולו.

כדי למנוע תופעה זו, הליבות עשויות מיריעות מתכת דקות ומבודדות בשכבת לכה, המונעת מעבר של זרמים מושרים.

במבני חימום, זרמי מערבולת אינם מגבילים, אלא יוצרים את התנאים הנוחים ביותר למעברם. תנורי אינדוקציה נמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי ליצירת טמפרטורות גבוהות.

מכשירי מדידה אלקטרוטכניים

סוג גדול של מכשירי אינדוקציה ממשיך לפעול בחשמל.מונים חשמליים עם דיסק אלומיניום מסתובב בדומה לבניית ממסר מתח, מערכות שיכוך חוגה, עובדים על עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית.

גנרטורים מגנטיים לגז

אם במקום מסגרת סגורה, גז מוליך, נוזל או פלזמה נע בשדה של מגנט, אז מטענים של חשמל תחת פעולת קווי שדה מגנטי יתחילו לסטות בכיוונים מוגדרים בהחלט ויוצרים זרם חשמלי. השדה המגנטי שלו על לוחות מגע האלקטרודות המותקנות גורם לכוח אלקטרו-מוטיבי. תחת פעולתו, נוצר זרם חשמלי במעגל המחובר לגנרטור MHD.

לפיכך, חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית מתבטא במחוללי MHD.

אין חלקים מסתובבים מסובכים כמו הרוטור. זה מפשט את העיצוב, מאפשר לך להגדיל משמעותית את הטמפרטורה של סביבת העבודה ובמקביל את יעילות ייצור החשמל. גנרטורים MHD פועלים כמקורות גיבוי או חירום המסוגלים לייצר זרימות משמעותיות של חשמל לפרקי זמן קצרים.

לפיכך, חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, שנוסך בעבר על ידי מייקל פאראדיי, ממשיך להיות רלוונטי גם היום.