Elektromagnetická indukcia

Vzhľad pri indukcii EMF vodiča

Ak položíte magnetické pole drôt a presuňte ho tak, aby pri pohybe pretínal siločiary, potom bude mať drôt elektromotorická silaNazýva sa indukcia EMF.

Indukčné EMF sa vyskytne vo vodiči, aj keď samotný vodič zostane nehybný a magnetické pole sa bude pohybovať a pretínať vodič so svojimi siločiarami.

Ak je vodič, v ktorom je indukovaná indukcia EMF, uzavretý na akýkoľvek vonkajší obvod, potom pod pôsobením tohto EMF bude obvodom pretekať prúd, tzv. indukčný prúd.

Fenomén indukcie EMF vo vodiči, keď pretína svoje magnetické siločiary, sa nazýva elektromagnetická indukcia.

Elektromagnetická indukcia je opačný proces, teda premena mechanickej energie na elektrickú energiu.

Fenomén elektromagnetickej indukcie je široko používaný v elektrotechnika… Zariadenie rôznych elektrických strojov je založené na ich použití.

Veľkosť a smer indukcie EMF

Uvažujme teraz, aká bude veľkosť a smer EMF indukovaného vo vodiči.

Veľkosť indukčného EMF závisí od počtu siločiar prechádzajúcich drôtom za jednotku času, t.j. od rýchlosti pohybu drôtu v poli.

Veľkosť indukovaného EMF je priamo úmerná rýchlosti pohybu vodiča v magnetickom poli.

Veľkosť indukovaného EMF závisí aj od dĺžky tej časti drôtu, ktorú siločiary pretínajú. Čím väčšia časť vodiča prechádza siločiarami, tým väčšie je indukované emf vo vodiči. Nakoniec, čím silnejšie je magnetické pole, to znamená, čím väčšia je jeho indukcia, tým väčšia je EMF vo vodiči, ktorý prechádza týmto poľom.

Hodnota EMF indukcie vyskytujúcej sa vo vodiči, keď sa pohybuje v magnetickom poli, je teda priamo úmerná indukcii magnetického poľa, dĺžke vodiča a rýchlosti jeho pohybu.

Táto závislosť je vyjadrená vzorcom E = Blv,

kde E je indukčné EMF; B - magnetická indukcia; I je dĺžka drôtu; v je rýchlosť drôtu.

Musí sa pevne pamätať na to, že vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli dochádza k EMF indukcie iba vtedy, ak tento vodič pretínajú magnetické siločiary poľa. Ak sa vodič pohybuje pozdĺž siločiar, to znamená, že sa nekríži, ale zdá sa, že kĺže pozdĺž nich, potom sa v ňom neindukuje žiadne EMF. Preto vyššie uvedený vzorec platí iba vtedy, keď sa drôt pohybuje kolmo na siločiary magnetického poľa.

Smer indukovaného emf (rovnako ako prúd v drôte) závisí od smeru, v ktorom sa drôt pohybuje. Na určenie smeru indukovaného EMF existuje pravidlo pravej ruky.

Ak držíte dlaň pravej ruky tak, aby do nej vstupovali siločiary magnetického poľa a ohnutý palec by naznačoval smer pohybu vodiča, potom vytiahnuté štyri prsty naznačujú smer pôsobenia indukovaného EMF a smer prúdu vo vodiči.

Pravidlo pravej ruky

EMF indukcia v cievke

Už sme povedali, že na vytvorenie EMF indukcie v drôte je potrebné presunúť buď samotný drôt alebo magnetické pole do magnetického poľa. V oboch prípadoch musí byť drôt prekrížený magnetickými siločiarami poľa, inak sa neindukuje žiadne emf. Indukované emf, a teda aj indukovaný prúd, sa môže vyskytnúť nielen v priamom drôte, ale aj v drôte stočenom do cievky.

Pri pohybe vo vnútri cievky permanentného magnetu sa v ňom indukuje EMF v dôsledku skutočnosti, že magnetický tok magnetu prechádza závitmi cievky, to znamená rovnakým spôsobom ako pri pohybe rovného drôtu v poli magnetu.

Ak sa magnet pomaly spúšťa do cievky, potom EMF vznikajúce v ňom bude také malé, že sa ihla zariadenia nemusí ani odchýliť. Ak sa naopak magnet rýchlo zasunie do cievky, vychýlenie šípky bude veľké. To znamená, že veľkosť indukovaného EMF a teda aj sila prúdu v cievke závisí od rýchlosti magnetu, teda od toho, ako rýchlo siločiary poľa pretínajú závity cievky. Ak sa teraz striedavo najprv do cievky vloží silný magnet a potom slabý magnet rovnakou rýchlosťou, potom si všimnete, že so silným magnetom sa ihla zariadenia vychýli pod väčším uhlom.To znamená, že veľkosť indukovaného EMF a teda aj sila prúdu v cievke závisí od veľkosti magnetického toku magnetu.

Nakoniec, ak sa ten istý magnet zavedie rovnakou rýchlosťou, najprv do cievky s veľkým počtom závitov a potom s oveľa menším počtom, potom sa v prvom prípade ihla zariadenia odchýli o väčší uhol ako v druhy. To znamená, že veľkosť indukovaného EMF a teda aj sila prúdu v cievke závisí od počtu jej závitov. Rovnaké výsledky možno dosiahnuť, ak sa namiesto permanentného magnetu použije elektromagnet.

Smer indukcie EMF v cievke závisí od smeru pohybu magnetu. Ako určiť smer EMF indukcie, hovorí zákon stanovený E. H. Lenzom.

Lenzov zákon elektromagnetickej indukcie

Akákoľvek zmena magnetického toku vo vnútri cievky je sprevádzaná objavením sa indukcie EMF v nej a čím rýchlejšia je zmena magnetického toku prenikajúceho do cievky, tým väčšia je EMF v nej.

Ak je cievka, v ktorej je vytvorený indukčný EMF, uzavretá do vonkajšieho obvodu, potom jej závitmi preteká indukčný prúd, ktorý vytvára magnetické pole okolo drôtu, vďaka čomu sa cievka zmení na solenoid. Ukazuje sa, že meniace sa vonkajšie magnetické pole indukuje indukovaný prúd v cievke, ktorý následne vytvára svoje vlastné magnetické pole okolo cievky – prúdové pole.

Pri štúdiu tohto javu E. H. Lenz stanovil zákon, ktorý určuje smer indukčného prúdu v cievke a podľa toho aj smer indukčného EMF.Emf indukcie vyskytujúce sa v cievke, keď sa v nej mení magnetický tok, vytvára v cievke prúd v takom smere, že magnetický tok cievky vytvorený týmto prúdom zabraňuje zmene vonkajšieho magnetického toku.

Lenzov zákon platí pre všetky prípady indukcie prúdu vo vodičoch, bez ohľadu na tvar vodičov a spôsob dosiahnutia zmeny vonkajšieho magnetického poľa.

Keď sa permanentný magnet pohybuje vzhľadom na drôtovú cievku pripojenú na svorky galvanometra, alebo keď sa cievka pohybuje vzhľadom na magnet, generuje sa indukovaný prúd.

Indukčné prúdy v masívnych vodičoch

Meniaci sa magnetický tok je schopný vyvolať EMF nielen v závitoch cievky, ale aj v masívnych kovových vodičoch. Prenikajúc do hrúbky masívneho vodiča, magnetický tok v ňom indukuje EMF, ktorý vytvára indukčné prúdy. Tieto tzv vírivé prúdy rozprestreté po pevnom drôte a sú v ňom skratované.

Jadrá transformátorov, magnetické jadrá rôznych elektrických strojov a zariadení sú len tie masívne drôty, ktoré sa zahrievajú v nich vznikajúcimi indukčnými prúdmi.Tento jav je preto nežiaduci, aby sa zmenšila veľkosť indukčných prúdov, časti tzv. elektrické stroje a jadro transformátora nie sú masívne, ale pozostávajú z tenkých plechov izolovaných od seba papierom alebo vrstvou izolačného laku. Preto je cesta šírenia vírivých prúdov pozdĺž hmoty vodiča zablokovaná.

Niekedy sa však v praxi ako užitočné prúdy používajú aj vírivé prúdy. Využitie týchto prúdov vychádza napríklad z prac indukčné vykurovacie pece, elektromery a takzvané magnetické tlmiče pohyblivých častí elektrických meracích prístrojov.

Pozri tiež: Fenomén elektromagnetickej indukcie v maľbách