השראות אלקטרומגנטית
ההופעה באינדוקציה של EMF של המוליך
אם תשים שדה מגנטי חוט ולהזיז אותו כך שיחצה את קווי השדה תוך כדי תנועה, אז יהיה לחוט כוח חשמלינקרא EMF אינדוקציה.
תתרחש אינדוקציה EMF במוליך גם אם המוליך עצמו יישאר נייח והשדה המגנטי ינוע, יחצה את המוליך בקווי הכוח שלו.
אם המוליך שבו מושרה EMF האינדוקציה נסגר לכל מעגל חיצוני, אז תחת פעולת EMF זה יזרום זרם דרך המעגל, מה שנקרא זרם אינדוקציה.
תופעת השראת EMF במוליך כשהוא חוצה את קווי השדה המגנטי שלו נקראת אינדוקציה אלקטרומגנטית.
אינדוקציה אלקטרומגנטית היא תהליך הפוך, כלומר, הפיכת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית.
התופעה של אינדוקציה אלקטרומגנטית נמצאת בשימוש נרחב ב הנדסת חשמל... המכשיר של מכונות חשמליות שונות מבוסס על השימוש בו.
הגודל והכיוון של השראת EMF
הבה נבחן כעת מה יהיו הגודל והכיוון של EMF המושרה במוליך.
גודל ה-EMF האינדוקציה תלוי במספר קווי הכוח החוצים את החוט ליחידת זמן, כלומר במהירות התנועה של החוט בשטח.
גודל ה-EMF המושרה עומד ביחס ישר למהירות התנועה של המוליך בשדה מגנטי.
גודל ה-EMF המושרה תלוי גם באורך החלק הזה של החוט שחוצה על ידי קווי השדה. ככל שהחלק של המוליך שחוצה על ידי קווי השדה גדול יותר, כך גדל ה-emf המושרה במוליך. לבסוף, ככל שהשדה המגנטי חזק יותר, כלומר ככל שהאינדוקציה שלו גדולה יותר, כך ה-EMF גדול יותר במוליך שחוצה שדה זה.
לפיכך, ערך EMF של אינדוקציה המתרחשת במוליך כאשר הוא נע בשדה מגנטי עומד ביחס ישר להשראת השדה המגנטי, אורך המוליך ומהירות תנועתו.
תלות זו באה לידי ביטוי בנוסחה E = Blv,
כאשר E הוא האינדוקציה EMF; B - אינדוקציה מגנטית; I הוא אורך החוט; v היא מהירות החוט.
יש לזכור היטב כי במוליך הנע בשדה מגנטי, EMF של אינדוקציה מתרחש רק אם מוליך זה נחצה על ידי קווי השדה המגנטי של השדה. אם המוליך נע לאורך קווי השדה, כלומר אינו חוצה, אלא נראה שהוא מחליק לאורכם, אזי לא נגרמת בו EMF. לכן, הנוסחה לעיל תקפה רק כאשר החוט נע בניצב לקווי השדה המגנטי.
כיוון ה-emf המושרה (כמו גם הזרם בחוט) תלוי בכיוון שאליו נע החוט. יש כלל יד ימין לקביעת כיוון ה-EMF המושרה.
אם תחזיק את כף יד ימין כך שקווי השדה המגנטי ייכנסו אליה, והאגודל הכפוף יצביע על כיוון התנועה של המוליך, אזי ארבע האצבעות המורחבות יציינו את כיוון הפעולה של EMF המושרה ואת הכיוון של הזרם במוליך.
שלטון יד ימין
אינדוקציית EMF בסליל
כבר אמרנו שכדי ליצור EMF של אינדוקציה בחוט, יש צורך להעביר או את החוט עצמו או את השדה המגנטי לשדה מגנטי. בשני המקרים, יש לחצות את החוט בקווי השדה המגנטי של השדה, אחרת לא יושרה emf. ה-emf המושרה, ומכאן הזרם המושרה, יכולים להתרחש לא רק בחוט ישר, אלא גם בחוט מעוות לסליל.
כשעוברים פנימה סלילים של מגנט קבוע, מושרה בו EMF בשל העובדה שהשטף המגנטי של המגנט חוצה את סיבובי הסליל, כלומר, באותו אופן כמו בהנעת חוט ישר בשדה של מגנט.
אם המגנט יורדים לאט לתוך הסליל, אזי ה-EMF המתעורר בו יהיה כל כך קטן עד שהמחט של המכשיר עשויה אפילו לא לסטות. אם, להיפך, המגנט מוכנס במהירות לתוך הסליל, הסטייה של החץ תהיה גדולה. משמעות הדבר היא שגודל ה-EMF המושרה, ובהתאם, חוזק הזרם בסליל תלוי במהירות המגנט, כלומר באיזו מהירות חוצים קווי השדה של השדה את סיבובי הסליל. אם כעת, לסירוגין, תחילה מכניסים לסליל מגנט חזק ולאחר מכן מגנט חלש באותה מהירות, אז תשימו לב שבעזרת מגנט חזק המחט של המכשיר תסטה בזווית גדולה יותר.המשמעות היא שגודל ה-EMF המושרה ובהתאם לכך עוצמת הזרם בסליל תלויה בגודל השטף המגנטי של המגנט.
לבסוף, אם אותו מגנט מוכנס באותה מהירות, תחילה לתוך סליל עם מספר גדול של סיבובים, ולאחר מכן עם מספר קטן בהרבה, אז במקרה הראשון המחט של המכשיר תסטה בזווית גדולה יותר מאשר ב השני. משמעות הדבר היא שגודל ה-EMF המושרה, ובהתאם, חוזק הזרם בסליל תלוי במספר הסיבובים שלו. ניתן לקבל את אותן תוצאות אם משתמשים באלקטרומגנט במקום במגנט קבוע.
כיוון ההשראה של EMF בסליל תלוי בכיוון התנועה של המגנט. כיצד לקבוע את הכיוון של EMF של אינדוקציה, אומר החוק שנקבע על ידי E. H. Lenz.
חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של לנץ
כל שינוי בשטף המגנטי בתוך הסליל מלווה בהופעת EMF של אינדוקציה בו, וככל שהשינוי של השטף המגנטי החודר לסליל מהיר יותר, כך ה-EMF בו גדול יותר.
אם הסליל שבו נוצר ה-EMF האינדוקציה סגור למעגל חיצוני, אז זרם אינדוקציה זורם בסיבוביו, ויוצר שדה מגנטי סביב החוט, שבגללו הופך הסליל לסולנואיד. מסתבר שהשדה המגנטי החיצוני המשתנה גורם לזרם המושרה בסליל, שבתורו יוצר שדה מגנטי משלו סביב הסליל - שדה הזרם.
עיון בתופעה זו, E.H. Lenz קבע חוק הקובע את כיוון זרם האינדוקציה בסליל ובהתאם לכך את כיוון EMF האינדוקציה.ה-emf של אינדוקציה המתרחש בסליל כאשר השטף המגנטי משתנה בו יוצר זרם בסליל בכיוון כזה שהשטף המגנטי של הסליל שנוצר על ידי זרם זה מונע מהשטף המגנטי החיצוני להשתנות.
חוק לנץ תקף לכל המקרים של השראת זרם בחוטים, ללא קשר לצורת החוטים ואיך מושג השינוי בשדה המגנטי החיצוני.
כאשר המגנט הקבוע זז ביחס לסליל החוט המחובר לטרמינלים של הגלוונומטר, או כאשר הסליל זז ביחס למגנט, נוצר זרם מושרה.
זרמי אינדוקציה במוליכים מסיביים
השטף המגנטי המשתנה מסוגל לעורר EMF לא רק בסיבובי הסליל, אלא גם במוליכי מתכת מסיביים. חודר לעובי של מוליך מסיבי, השטף המגנטי משרה בו EMF, אשר יוצר זרמי אינדוקציה. אלה מה שנקרא זרמי מערבולת פרוסים על חוט מוצק ומקוצרים בו.
הליבות של שנאים, הליבות המגנטיות של מכונות ומכשירים חשמליים שונים הם רק אותם חוטים מסיביים אשר מחוממים ע"י זרמי האינדוקציה הנוצרים בהם. תופעה זו אינה רצויה, לכן, על מנת להפחית את גודל זרמי האינדוקציה, החלקים של מכונות חשמליות וליבה של השנאי אינן מסיביות, אלא מורכבות מיריעות דקות המבודדות זו מזו בנייר או בשכבת לכה מבודדת. לכן, נתיב ההתפשטות של זרמי מערבולת לאורך מסת המוליך חסום.
אבל לפעמים בפועל זרמי מערבולת משמשים גם כזרמים שימושיים. השימוש בזרמים אלו מבוסס למשל על העבודה תנורים לחימום אינדוקציה, מדי חשמל ומה שנקרא בולמים מגנטיים של חלקים נעים של מכשירי מדידה חשמליים.