电磁感应

通常,通过具有均匀速度的电荷的运动产生静磁场,而静电场由固定电荷产生。另一方面,电磁场是时变电流产生的时变场。

这些字段导致基于电磁感应原理产生EMF。1831年,英国物理学家迈克尔法拉第和美国科学家约瑟夫亨利同时独立地发现,线圈的磁场中的任何变化都会导致诱导该线圈中的EMF或电压。

从磁场产生EMF的这种现象称为电磁感应。这一原理的两个熟悉的应用是发电机或交流发电机,该发电机是电力和变压器的源,其增加或减少交流电路的EMF。

电磁诱导原理

什么是电磁诱导?

通过导体通过切割磁通线在导体中获得诱导的EMF的现象或方法称为电磁感应。电动势,EMF是不是力,因为名称说,但它是由力完成的每单位充电的工作。

它具有每次充电的能量的尺寸。该EMF可以以从法拉第的实验中获得的两种方式产生,即固定线圈,移动磁铁和固定磁铁,移动线圈。让我们简要了解这两个人。

固定线圈和移动磁铁

在该方法中,N的线圈保持恒定,并且产生磁线的永磁体相对于线圈移动。考虑下面的图,其中具有n匝的线圈连接到电流计,该电流计能够指示电路中的电流。

永磁体移动,使得通过线圈通过线圈的磁力线变化。因此,每当有永磁体的运动时,电流计统计差异偏转。当永磁体移动更快时,更多将是电流计偏转。

该电流流动的原因是通过辐射静止线圈的磁通线的移动产生EMF。该EMF驱动电流流过电路。

固定线圈和移动磁铁

固定磁铁和移动线圈

这是通过在固定磁体产生的磁场中移动线圈来获得EMF的另一种形式。下图示出了由某些外部装置移动的线圈AB的布置,并且它连接到流动仪以指示电流。

当AB导体向上或向下移动时,就会有该导体对通量线的切割。因此导体中感应到电动势,电流开始流过电路,因此检流计开始偏转。

电流的方向是由导体在磁场中的运动决定的。如果导体移动得快,电流就会增加。

固定磁铁和移动线圈

从以上两种方法可以看出,要产生感应电动势,磁通量线必须相对于导体有变化。产生这种感应电动势的必要元件是导体或线圈、磁场(电磁铁或永磁体)和磁通量与导体之间的相对运动。

法拉第的电磁诱导定律

如上所述,两位科学家发现了电磁感应,即迈克尔·法拉第和约瑟夫·亨利。由于迈克尔·法拉第首次发表了他的发现,并对电磁感应进行了更详细的研究,描述电磁感应的定律就以他的名字命名。亚博彩票下载他阐述了电磁感应的两个定律。

法拉第定律

它指出,每当与闭回路连接的力(磁通量)的磁线(磁通量)而变化或者每当导体切割或被磁通量切割时,在电路中诱导EMF,这导致诱导电流的流动电路。只要磁通量变化或相对运动在导体和磁通量之间持续存在,诱导该EMF。

法拉德的第二律法

它指出在电路或线圈中诱导的EMF的大小与磁通键的变化率成正比。

考虑具有n的线圈和连接为φ1的初始通量。因此,与线圈相关联的初始磁通连杆是nφ1。在时间t期间,将与线圈连接的磁通量从φ1变为φ2。然后线圈的最终磁通连杆是nφ2。

因此,磁通量的变化率=(nφ2 - nφ1)/ t

根据法拉第的法律,由于助焊剂联系的变化,在线圈中产生了一个EMF,并且根据第二法,该EMF与通量联系的变化率成正比。IE。,

e α (N Φ2 - N Φ1) /t

E =(nφ2 - nφ1)/ t

e = ndφ/ dt

这里dΦ /dt是通量的变化率

n是线圈的匝数

这种诱导的EMF在这种方向上产生了当前的电流,即它根据伦敦法的法律反对其生产它的原因。这种反对派由数学上的负面标志表示

e = - ndφ/ dt ..................(1)

诱导的EMF是以伏特测量的标量数。它可以用电场的形式编写

e =∮Ē.(dL̄).............(2)

关于闭合路径的上述等式电压,使得如果路径的任何部分改变亚博彩票下载,则会改变EMF。

通过磁场通过指定区域的总磁通量为

φ=∮SB̄。(DS)̄

在哪里B是磁通密度

然后,等式2变为(假设n = 1即,单键线圈)

e = - d / dt(∮sb̄。(ds)̄)...............(3)

∮E̅(DL)̅= - 。。d / dt(下。∮sB̄(DS)̄)............(4)

这被称为Lenz律法的组成形式。

通过考虑方程4并应用Stroke定理,我们得到

(DS)̄)= - D / DT(∮SB̄)

如果电路是静止的,则时间衍生物可以在积分内移动,然后它成为部分导数为

(DS)̄)= - ∮(s)(∂/∂t(bm。(ds)m)))

然后使积分相等

∇×em =∂/∂tbm

这被称为法拉第法律的差异形式。

楞次定律

本法以德国物理学家Heinrich Lenz命名,他派生了它。该法律规定了电磁诱导产生的诱导型电极的方向始终使其倾向于建立反对负责生产其的原因的电流。

这里的原因是产生电动势的通量的变化。所以感应电动势总是与产生它的原因相反,它在电动势的数学表达式中用一个负号表示。

E = - ndφ/ dt

考虑下面的图,其中线圈连接到电流计。让条形磁铁朝向线圈移动。磁体的这种运动在线圈中引起EMF,从而产生电流。根据Lenz的定律,诱导电流的方向是这样的方式,使其与磁铁的运动相反,如图所示。

Lenzs Law.

由于EMF引起的电流产生了其自身的磁场,其与导致产生EMF的主领域相反。因此,Lenz的状态是围绕闭环感应的状态是由其产生的磁场试图抵消导致产生EMF的磁通量的变化。

在下图中,由于感应电动势,闭环电流沿顺时针方向流动。根据楞次定律,如果磁场B增大,那么循环电流会产生一个磁场B ',这个磁场B '与通过线圈的磁通量B的增大相反。

磁通B通过环

然后在闭环上感应的EMF变为

∮C EM.(dl)M) = - d /dt(∮sBM.(ds)M)

负号表示楞次定律

电感

当线圈内部磁场随时间变化时,线圈内的磁感应效应用电感l表示。线圈内产生电动势的原因是流过线圈的电流。因此,线圈中电流的任何变化都受到感应电动势的反对,这符合楞次定律。

反对当前变化的这种属性被称为电感。在线圈内的这种通量的变化不仅由于线圈中的电流的变化而发生,而且还发生了附近线圈的电流的变化。因此,电感可以是自感或相互电感。

自感

假设给定电路是单环线圈,然后电流的任何变化会改变与电流相关联的磁通量。给定的线圈本身拦截磁通量并导致通量的变化会导致诱导线圈本身中的EMF。该EMF称为自诱导的EMF,其驱动与电流变化相反的感应电流。

这意味着当电流增加时,诱导的EMF减少了电流并试图保持其原始值。类似地,如果电流降低,则诱导的EMF增加电流并试图保持原始值。

因此,通过线圈的电流的任何改变由线圈相对,并且该属性被称为线圈的自电感。由于诱导的EMF反对其生产的原因,此EMF也称为反EMF或计数器EMF。

自感

如果电路具有n个相同的转弯,则磁通连杆等于Nφ。而且如果由电路包围的介质是线性的,则磁通连杆与电流直接成比例。IE。,

总通量连杆,λ=nφ和

λαNΦ

λαi

λ=我

其中l是称为电感的常数

l =λ/ i

L = nΦ / I

或者

E = - ndφ/ dt

磁通量可以表示为

φ=(φ/ i)×i

只要介质是线性的(渗透率是恒定的),通量与电流的比率是恒定的。

磁通=(φ/ i)×电流变化率的速率

dφ/ dt =(φ/ i)×di / dt

代入电动势方程,得到

e = - n(φ/ i)×di / dt

e = (nΦ / I) × dI/ dt

其中(nφ/ i)是自感,并且表示为L.它被定义为每个安培电流的磁通连接,并在亨利(h)中测量。然后

e = - L dI/ dt

此外,这种自感系数表示为

L = nΦ / I

但φ= MMF /毫无稳定

= ni / s

然后l =(n / i)×(ni / s)

l =(n2 / s)

还有reluceane s = l /μa

其中L是磁通路径的长度,A是磁路通过的磁路横截面的面积。

则L = (N2 / (L / a))

L =(N2μA/ L)

L =(N2μOμRa)/ l铰链

互感

通过改变其他相邻电路中的电流在电路中产生诱导的EMF的现象称为互感。考虑到彼此相邻放置的两个线圈,如图所示。通过线圈A的电流产生通量φ1,并且该磁通的部分与线圈B连接。

这被称为相互助焊剂φ2。如果通过线圈A的电流改变,则磁通Φ1也发生变化。由于该通量与线圈B相关联,因此相互通量φ2的变化在线圈B中诱导EMF。该EMF称为相互诱导的EMF。

这个电动势进一步驱动通过线圈b的电流,因此互感是由于在另一个线圈中电流的变化而在线圈中产生电动势的特性。

互感

在线圈B中感应的EMF是

E2 = - N2Dφ2/ DT

负符号表示诱导的EMF根据Lenz的法律设定了反对与线圈连接的通量变化的电流。

我们可以表达φ2=(φ2/ i1)×i1

如果介质的渗透率是恒定的,则φ2与I1成比例,因此该比率(φ2/ i1)是恒定的。
φ2=(φ2/ i1)×电流I1的变化率

dφ2/ dt =(φ2/ i1)×di1 / dt

因此诱导的EMF是

E2 = - N2(φ2/ I1)×DI1 / DT

e2 = - (N2 Φ2/ I1) × dI1/ dt

在上面的等式(N2φ2/ I1)中是互感,并表示为M.它被定义为其他线圈的每个安培电流变化的线圈中的总通量连接。它是在亨利斯(h)中测量的。然后EMF诱导是

E2 = - M×DI1 / DT

此外,这种互感表示为

m =(n2φ2/ i1)

其中φ2是由于I1而产生的磁通Φ1的一部分。考虑K1是与线圈B连接的φ1的分数,即,即

φ2=k1φ1

然后m =(n2k1φ1/ i1)

磁通量φ1表示为

φ1= MMF /毫无稳定性

=(n1 i1)/ s)

因此,M = (N2 K1 / I1) × (N1 I1) / S

m =(k1 n1 n2)/ s

如果线圈产生的总通量是线圈B的链接,则K1 = 1

m =(n1 n2)/ s

但s = s = l /μa

然后m =(n1 n2)/(l /μa)

m =(n1n2μoμra)/ l铰链

这是线圈B相对于线圈A的相互电感。由于线圈A由于线圈B而导致的线圈B和线圈A的相互电感相同的数学互感。

螺线管的电感

考虑具有n匝数的螺线管,如图所示。并考虑流过电磁阀的电流是我是横截面区域,并且L是螺线管的长度。

螺线管的电感

给出了螺线管的场强度

H = NI/ l安培每米

总磁通连杆=nφ

= n b a

= nμHa

=μnha

把H代入上式

总通量连杆=μn(ni / l)a

=(μn2 i a)/ l

因此,给出了螺线管的电感

L =总磁链/总电流

L = (N2 I A) / L) / I

l =μn2a)/ l铰链

环面电感

考虑半径R的环形环,下图显示在图中。让电流通过戒指是我的。

环面电感

给出了环形环内的磁通密度

b =(μni)/(2πr)

具有n转弯的环形环中的总磁通连杆

总磁通连杆=nφ

= n b a(由于φ= b a)

= n((μni)/(2πr))a

=(μn2ia)/(2πr)

因此环形的电感是

L =总磁链/总电流

=(μn2ia)/(2πr)(i)

L =(μn2a)/(2πr)

式中A为环面横截面积,为πr2米

对于内半径为r1,外半径为r1,高度为h,匝数为N的环形线圈,其电感为

l =((μn2h)/(2π))ln(r2 / r1)

电磁诱导应用的实例

发电机

发电机从机械功中产生电能(与将机械能转换为电能的电动机的功能相反)。

发电机的轴被一些机械手段旋转,如涡轮机或发动机,因此电动势在线圈绕组中感应根据法拉第电磁感应定律。

发电机

发电机的原理操作由由均匀磁场旋转的线圈解释,如上面的图所示。但在实际发生器中,电线通常缠绕在铁芯上。

每个线形成为线圈,并且线圈的端部通过与线圈旋转的滑环连接到外部电路。

外部电路连接到固定刷子,当每个环载玻片时,将与滑环接触。在发电机中,磁通量可以是移动或静止取决于固定或移动导体。

在上图中,固定磁通由永磁体产生,导体或线圈相对于固定通量移动。由于导体和磁通之间的相对运动,将在线圈或导体中感应EMF。

这个电动势驱动电流到外部负载电路。当导体的运动平面与通量平面平行时,感应电动势为零,当它垂直时,感应电动势将是最大的。这个电动势也称为动态感应电动势。

变压器

变压器基本上由封闭的铁芯上的两个或更多个绕组组成。通过使用变压器,可以通过电压和电流水平的所需变化从一个交流电路转换电力。变压器基于两个线圈之间的互感原理工作。

当电压加到初级绕组上时,电流通过它并在铁芯中形成磁通。这个磁通在初级线圈中感应到一个电动势,这个电动势必须与施加的电压完全相等且相反。同样的磁通也与铁芯另一端的二次绕组相连。

因此,通过电磁感应原理在次级绕组中诱导EMF。与各自绕组相关联的EMF取决于每个绕组中的匝数。因此,在电路之间没有电耦合,变压器从一个电路传送电力。

通过适当地选择来自次级到初级的匝数比来获得初级至次级的所需电压比。

单相特遣部队

除了这些主要的例子,还有许多应用使用电磁感应原理的功能,如电力传输,电磁炉,工业炉,医疗设备,电磁流量传感器,乐器(如电子小提琴和电吉他)等。

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