القای الکترومغناطیسی در تکنولوژی مدرن

پدیده القای الکترومغناطیسی در درجه اول برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می شود. برای این منظور از آنها استفاده می شود دینام ها(ژنراتورهای القایی).

ساده ترین مولد جریان متناوب یک قاب سیمی است که به طور یکنواخت با سرعت زاویه ای می چرخد w=constدر یک میدان مغناطیسی یکنواخت با القاء که در(شکل 4.5). شار القایی مغناطیسی که در یک قاب با یک مساحت نفوذ می کند اس، برابر است

هنگامی که قاب به طور یکنواخت می چرخد، زاویه چرخش ، فرکانس چرخش کجاست. سپس

طبق قانون القای الکترومغناطیسی، EMF القا شده در چارچوب چرخش آن است.

اگر یک بار (مصرف کننده برق) را با استفاده از دستگاه تماس برس به گیره های قاب وصل کنید، جریان متناوب از آن عبور می کند.
برای تولید صنعتیبرق در نیروگاه ها استفاده می شود ژنراتورهای سنکرون(توربوژنراتورها اگر ایستگاه حرارتی یا هسته ای باشد و هیدروژنراتورها اگر ایستگاه هیدرولیک باشد). قسمت ثابت یک ژنراتور سنکرون نامیده می شود استاتورو چرخشی – روتور(شکل 4.6). روتور ژنراتور دارای سیم پیچی جریان مستقیم (سیم پیچی تحریک) است و یک آهنربای الکتریکی قدرتمند است. جریان مستقیمی که از طریق یک دستگاه تماس برس به سیم پیچ تحریک وارد می شود، روتور را مغناطیسی می کند و یک آهنربای الکتریکی با شمال و قطب های جنوب.
بر روی استاتور ژنراتور سه سیم پیچ جریان متناوب وجود دارد که نسبت به یکدیگر 120 0 جابجا شده و طبق مدار اتصال خاصی به یکدیگر متصل می شوند.
هنگامی که روتور برانگیخته با کمک یک توربین بخار یا هیدرولیک می چرخد، قطب های آن از زیر سیم پیچ های استاتور عبور می کند و یک نیروی الکتروموتور متغیر بر اساس یک قانون هارمونیک در آنها القا می شود. سپس ژنراتور طبق یک نمودار شبکه الکتریکی خاص به گره های مصرف برق متصل می شود.
اگر برق را از ژنراتورهای ایستگاه به طور مستقیم از طریق خطوط برق به مصرف کنندگان منتقل کنید (در ولتاژ ژنراتور که نسبتاً پایین است)، تلفات زیادی در انرژی و ولتاژ در شبکه رخ می دهد (به نسبت ها توجه کنید، ). بنابراین برای حمل و نقل اقتصادی الکتریسیته باید قدرت جریان را کاهش داد. اما از آنجایی که توان ارسالی بدون تغییر باقی می ماند، ولتاژ باید به همان میزان با کاهش جریان افزایش یابد.
مصرف کننده برق نیز به نوبه خود باید ولتاژ را تا حد مورد نیاز کاهش دهد. دستگاه های الکتریکی که در آنها ولتاژ به تعداد معینی افزایش یا کاهش می یابد نامیده می شوند مبدل ها. عملکرد ترانسفورماتور نیز بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است.

بیایید اصل عملکرد یک ترانسفورماتور دو سیم پیچ را در نظر بگیریم (شکل 4.7). هنگامی که جریان متناوب از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی متناوب با القایی در اطراف آن ظاهر می شود که در، که جریان آن نیز متغیر است . هسته ترانسفورماتور برای هدایت شار مغناطیسی عمل می کند (مقاومت مغناطیسی هوا زیاد است). یک شار مغناطیسی متناوب که از طریق هسته بسته می شود، یک EMF متناوب را در هر یک از سیم پیچ ها ایجاد می کند:

سپس در ترانسفورماتورهای قدرتمند، مقاومت سیم پیچ بسیار کوچک است، بنابراین ولتاژ در پایانه های سیم پیچ اولیه و ثانویه تقریباً برابر با EMF است:

جایی که k –نسبت تبدیل در k1 () ترانسفورماتور است رو به پایین.
هنگامی که به سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور بار متصل می شود، جریان در آن جریان می یابد. با افزایش مصرف برق، طبق قانون پایستگی انرژی، انرژی تامین شده توسط ژنراتورهای ایستگاه باید افزایش یابد، یعنی.

جایی که

این بدان معناست که با افزایش ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتور کبارها می توان قدرت جریان در مدار را به همان تعداد بار کاهش داد (در همان زمان تلفات ژول کاهش می یابد k 2یک بار).

نتیجه گیری مختصر

پدیده وقوع EMF در یک مدار رسانای بسته واقع در یک میدان مغناطیسی متناوب را القای الکترومغناطیسی می نامند.

2. بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی، emf القایی در یک مدار رسانای بسته از نظر عددی برابر و مخالف نرخ تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این مدار است:

علامت منفی قانون لنز را منعکس می کند: با هر تغییری در شار مغناطیسی از طریق یک حلقه رسانای بسته، یک جریان القایی در دومی در جهتی ایجاد می شود که میدان مغناطیسی آن با تغییر در شار مغناطیسی خارجی مقابله می کند.

ماهیت پدیده القای الکترومغناطیسی نه چندان در ظاهر یک جریان القایی، بلکه در ظاهر یک میدان الکتریکی گردابی نهفته است. گرداب میدان الکتریکیتولید شده توسط یک میدان مغناطیسی متناوب. برخلاف میدان الکترواستاتیک، میدان الکتریکی گرداب پتانسیل نیست، خطوط میدان آن مانند خطوط میدان همیشه بسته هستند. میدان مغناطیسی.

انشا

در رشته "فیزیک"

موضوع: "کشف پدیده القای الکترومغناطیسی"

تکمیل شد:

دانش آموز گروه 13103/1

سن پترزبورگ

2. آزمایشات فارادی. 3

3. استفاده عملیپدیده های القای الکترومغناطیسی 9

4. فهرست ادبیات استفاده شده ... 12

القای الکترومغناطیسی- پدیده وقوع جریان الکتریکی در مدار بسته هنگام تغییر شار مغناطیسی عبوری از آن. القای الکترومغناطیسی توسط مایکل فارادی در 29 اوت 1831 کشف شد. او کشف کرد که نیروی الکتروموتور ایجاد شده در یک مدار رسانای بسته متناسب با سرعت تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این مدار است. مقدار نیروی الکتروموتور (EMF) به چیزی که باعث تغییر شار می شود - تغییر در خود میدان مغناطیسی یا حرکت مدار (یا بخشی از آن) در میدان مغناطیسی بستگی ندارد. جریان الکتریکی ناشی از این emf را جریان القایی می گویند.

در سال 1820، هانس کریستین اورستد این جریان را از طریق یک مدار نشان داد برقباعث انحراف سوزن مغناطیسی می شود. اگر جریان الکتریکی مغناطیس ایجاد کند، ظاهر جریان الکتریکی باید با مغناطیس همراه باشد. این فکر دانشمند انگلیسی M. Faraday را به دام انداخت. او در سال 1822 در دفتر خاطرات خود نوشت: "مغناطیس را به الکتریسیته تبدیل کنید."

مایکل فارادی

مایکل فارادی (1791-1867) در لندن، در یکی از فقیرترین مناطق آن به دنیا آمد. پدرش آهنگر و مادرش دختر یک کشاورز مستاجر بود. وقتی فارادی رسید سن مدرسه، به دبستان فرستاده شد. دوره ای که فارادی در اینجا طی کرد بسیار محدود بود و فقط به یادگیری خواندن، نوشتن و شروع به شمارش محدود می شد.

چند قدمی خانه‌ای که خانواده فارادی در آن زندگی می‌کردند، یک کتاب‌فروشی وجود داشت که محل صحافی نیز بود. این جایی بود که فارادی پس از اتمام دوره خود به پایان رسید دبستان، زمانی که این سوال در مورد انتخاب حرفه برای او مطرح شد. مایکل در این زمان تنها 13 سال داشت. از قبل در جوانی، زمانی که فارادی تازه آموزش خود را آغاز می کرد، سعی می کرد منحصراً بر واقعیت ها تکیه کند و پیام های دیگران را با تجربیات خود تأیید کند.

این آرزوها در تمام زندگی به عنوان ویژگی های اصلی فعالیت علمی اش بر او غالب بود.فارادی در دوران کودکی در اولین آشنایی با فیزیک و شیمی شروع به انجام آزمایش های فیزیکی و شیمیایی کرد. روزی مایکل در یکی از سخنرانی های همفری دیوی، فیزیکدان بزرگ انگلیسی شرکت کرد. فارادی یادداشت مفصلی از سخنرانی کرد، آن را بست و برای دیوی فرستاد. او چنان تحت تأثیر قرار گرفت که از فارادی دعوت کرد تا به عنوان منشی با او همکاری کند. به زودی دیوی به سفری به اروپا رفت و فارادی را با خود برد. در طول دو سال، آنها از بزرگترین دانشگاه های اروپایی بازدید کردند.

با بازگشت به لندن در سال 1815، فارادی به عنوان دستیار در یکی از آزمایشگاه های موسسه سلطنتی در لندن شروع به کار کرد. در آن زمان یکی از بهترین ها بود آزمایشگاه های فیزیکیصلح از سال 1816 تا 1818 فارادی تعدادی یادداشت کوچک و خاطرات کوتاه در مورد شیمی منتشر کرد. اولین کار فارادی در زمینه فیزیک به سال 1818 برمی گردد.

مایکل بر اساس تجربیات پیشینیان خود و ترکیب چندین تجربه خود، در سپتامبر 1821 "تاریخچه پیشرفت های الکترومغناطیس" را منتشر کرد. قبلاً در این زمان ، او مفهوم کاملاً صحیحی از ماهیت پدیده انحراف یک سوزن مغناطیسی تحت تأثیر جریان ایجاد کرد.

فارادی پس از کسب این موفقیت، تحصیلات خود را در رشته برق به مدت ده سال رها کرد و خود را وقف مطالعه تعدادی از موضوعات مختلف کرد. در سال 1823، فارادی یکی از مهمترین اکتشافات در زمینه فیزیک را انجام داد - او اولین کسی بود که گاز را مایع کرد و در همان زمان روشی ساده اما مؤثر برای تبدیل گازها به مایع ایجاد کرد. در سال 1824، فارادی چندین اکتشاف در زمینه فیزیک انجام داد. از جمله، او این واقعیت را ثابت کرد که نور بر رنگ شیشه تأثیر می گذارد و آن را تغییر می دهد. که در سال آیندهفارادی دوباره از فیزیک به شیمی روی آورد و نتیجه کار او در این زمینه کشف بنزین و اسید سولفور نفتالین بود.

در سال 1831، فارادی رساله ای به نام «درباره نوع خاصی از خطای دید"، که به عنوان پایه ای برای یک پرتابه نوری زیبا و کنجکاو به نام "کروموتروپ" عمل کرد. در همان سال رساله دیگری از این دانشمند به نام «درباره صفحات ارتعاشی» منتشر شد. بسیاری از این آثار به خودی خود می توانند نام نویسنده خود را جاودانه کنند. اما مهمترین آنها آثار علمیتحقیقات فارادی در زمینه های الکترومغناطیس و القای الکتریکی است.

آزمایشات فارادی

وسواس فکری در مورد اتصال ناگسستنیو فارادی تلاش کرد تا ثابت کند همانطور که آمپر می تواند به کمک الکتریسیته آهنربا ایجاد کند، ایجاد الکتریسیته نیز با کمک آهنربا امکان پذیر است.

منطق او ساده بود: کار مکانیکی به راحتی به گرما تبدیل می شود. برعکس، گرما را می توان به تبدیل کرد کارهای مکانیکی(مثلاً در موتور بخار). به طور کلی، در بین نیروهای طبیعت، رابطه زیر بیشتر اتفاق می افتد: اگر A B را به دنیا آورد، B A را به دنیا می آورد.

اگر آمپر آهن ربا را با کمک الکتریسیته بدست آورد، ظاهراً می توان "الکتریسیته را از مغناطیس معمولی بدست آورد". آراگو و آمپر همان وظیفه را در پاریس و کولادون در ژنو برای خود تعیین کردند.

به بیان دقیق، شاخه مهمی از فیزیک که پدیده های الکترومغناطیس و الکتریسیته القایی را مورد بررسی قرار می دهد و در حال حاضر از اهمیت فوق العاده ای برای فناوری برخوردار است، توسط فارادی از هیچ ایجاد شد. زمانی که فارادی سرانجام خود را وقف تحقیق در زمینه برق کرد، مشخص شد که چه زمانی تحت شرایط عادیوجود یک جسم برق دار برای تأثیر آن برای تحریک الکتریسیته در هر جسم دیگری کافی است. در همان زمان، مشخص شد که سیمی که جریان از آن عبور می کند و همچنین نشان دهنده یک جسم برق دار است، هیچ تاثیری بر سیم های دیگر قرار داده شده در نزدیکی ندارد.

چه چیزی باعث این استثنا شد؟ این سوالی است که فارادی را مورد توجه قرار داد و حل آن او را به مهم ترین اکتشافات در زمینه الکتریسیته القایی سوق داد. فارادی آزمایش‌های زیادی انجام داد و یادداشت‌های ساده‌ای را حفظ کرد. او یک پاراگراف را به هر مطالعه کوچک اختصاص می دهد. سوابق آزمایشگاهی(به طور کامل در سال 1931 در لندن با عنوان خاطرات فارادی منتشر شد). توانایی فارادی در کار با این واقعیت نشان می دهد که آخرین پاراگراف "دفترچه خاطرات" با شماره 16041 مشخص شده است. مهارت درخشان فارادی به عنوان یک آزمایشگر، وسواس و موقعیت فلسفی واضح قابل پاداش نیست، اما یازده سال طولانی طول کشید. منتظر نتیجه باشید

به غیر از اعتقاد شهودی او به ارتباط جهانی پدیده ها، هیچ چیز در جستجوی "الکتریسیته از مغناطیس" او را در واقع حمایت نکرد. علاوه بر این، او مانند معلمش دیوی، بیشتر بر تجربیات خود متکی بود تا سازه های ذهنی. دیوی به او آموخت:

- یک آزمایش خوب از ژرفای نابغه ای مانند نیوتن ارزشمندتر است.

و با این حال، این فارادی بود که برای اکتشافات بزرگ مقدر بود. او که یک واقع‌گرا بود، به‌طور خودجوش قیدهای تجربه‌گرایانه‌ای را که دیوی زمانی بر او تحمیل کرده بود، شکست، و در آن لحظات بینش بزرگی در او پدیدار شد - او توانایی انجام عمیق‌ترین تعمیم‌ها را به دست آورد.

اولین بارقه شانس تنها در 29 اوت 1831 ظاهر شد. در این روز، فارادی یک دستگاه ساده را در آزمایشگاه آزمایش می کرد: یک حلقه آهنی به قطر حدود شش اینچ، که در دو تکه سیم عایق پیچیده شده بود. هنگامی که فارادی یک باتری را به پایانه های یک سیم پیچ وصل کرد، دستیار او، گروهبان توپخانه آندرسن، سوزن گالوانومتر را دید که به پیچ سیم پیچ دیگر متصل است.

منقبض شد و آرام شد، اگرچه جریان مستقیم از سیم پیچ اول به جریان افتاد. فارادی تمام جزئیات این نصب ساده را به دقت بررسی کرد - همه چیز مرتب بود.

اما سوزن گالوانومتر سرسختانه روی صفر ایستاد. از سر ناامیدی، فارادی تصمیم گرفت جریان را خاموش کند و سپس معجزه ای رخ داد - در حین باز کردن مدار، سوزن گالوانومتر دوباره چرخید و دوباره روی صفر یخ زد!

گالوانومتر که در تمام مدت عبور جریان کاملاً آرام باقی می ماند، با بسته شدن مدار و باز شدن آن شروع به نوسان می کند. معلوم شد که در لحظه ای که جریانی به سیم اول وارد می شود و همچنین هنگامی که این انتقال متوقف می شود، جریانی در سیم دوم نیز برانگیخته می شود که در حالت اول خلاف جهت جریان اول و یکسان است. با آن در مورد دوم و تنها یک لحظه طول می کشد.

در اینجا بود که ایده های عالی آمپر - ارتباط بین جریان الکتریکی و مغناطیس - با وضوح تمام برای فارادی آشکار شد. از این گذشته ، اولین سیم پیچی که او به آن جریان داد بلافاصله به آهنربا تبدیل شد. اگر آن را مانند آهنربا در نظر بگیریم، آزمایش در 29 آگوست نشان داد که به نظر می رسد مغناطیس باعث تولد الکتریسیته می شود. فقط دو چیز در این مورد عجیب باقی مانده است: چرا موج الکتریسیته زمانی که آهنربای الکتریکی روشن شد به سرعت محو شد؟ و علاوه بر این، چرا وقتی آهنربا خاموش است، پاشش ظاهر می شود؟

روز بعد، 30 آگوست، یک سری آزمایشات جدید. اثر به وضوح بیان شده است، اما با این وجود کاملاً غیرقابل درک است.

فارادی احساس می کند که یک کشف در جایی نزدیک است.

اکنون من دوباره در حال مطالعه الکترومغناطیس هستم و فکر می کنم که به یک چیز موفقیت آمیز برخورد کرده ام، اما هنوز نمی توانم این را تأیید کنم. ممکن است بعد از تمام زحماتم به جای ماهی از جلبک دریایی استفاده کنم.»

تا صبح روز بعد، 24 سپتامبر، فارادی دستگاه های مختلفی را آماده کرده بود که در آن عناصر اصلی دیگر سیم پیچی با جریان الکتریکی نبودند، بلکه آهنرباهای دائمی بودند. و اثر نیز وجود داشت! پیکان منحرف شد و بلافاصله به محل شتافت. این حرکت خفیف در طول غیرمنتظره‌ترین دستکاری‌ها با آهنربا اتفاق می‌افتد، گاهی اوقات به ظاهر تصادفی.

آزمایش بعدی اول اکتبر است. فارادی تصمیم می گیرد به همان ابتدا بازگردد - به دو سیم پیچ: یکی با جریان، دیگری متصل به گالوانومتر. تفاوت با آزمایش اول عدم وجود حلقه - هسته فولادی است. پاشش تقریبا غیر قابل توجه است. نتیجه پیش پا افتاده است. واضح است که آهنربای بدون هسته بسیار ضعیفتر از آهنربا با هسته است. بنابراین، اثر کمتر مشخص است.

فارادی ناامید است. دو هفته است که نزدیک دستگاه ها نمی رود و به دلایل شکست فکر می کند.

من یک میله مغناطیسی استوانه ای (قطر 3/4 اینچ و طول 8 1/4 اینچ) برداشتم و یک سر آن را در سیم پیچی از سیم مسی (طول 220 فوت) متصل به یک گالوانومتر قرار دادم. سپس به سرعت آهنربای داخل مارپیچ را به تمام طولش فشار دادم و سوزن گالوانومتر فشاری را تجربه کرد. سپس به همان سرعت آهنربا را از مارپیچ بیرون کشیدم و پیکان دوباره چرخید، اما در جهت مخالف. این نوسانات سوزن هر بار که آهنربا را فشار می دادند یا بیرون می دادند، تکرار می شد.

راز در حرکت آهنربا است! تکانه الکتریسیته نه با موقعیت آهنربا، بلکه با حرکت تعیین می شود!

این بدان معنی است که "موج الکتریکی تنها زمانی ایجاد می شود که آهنربا حرکت می کند و نه به دلیل ویژگی های ذاتی آن در حالت استراحت."

برنج. 2. آزمایش فارادی با یک سیم پیچ

این ایده فوق العاده مثمر ثمر است. اگر حرکت یک آهنربا نسبت به یک هادی باعث ایجاد الکتریسیته شود، ظاهراً حرکت یک هادی نسبت به آهنربا باید الکتریسیته تولید کند! علاوه بر این، تا زمانی که حرکت متقابل هادی و آهنربا ادامه داشته باشد، این "موج الکتریکی" ناپدید نخواهد شد. این بدان معنی است که می توان یک مولد جریان الکتریکی ایجاد کرد که تا زمانی که حرکت متقابل سیم و آهنربا ادامه دارد، بتواند تا زمانی که مورد نظر است کار کند!

در 28 اکتبر، فارادی یک دیسک مسی دوار را بین قطب‌های یک آهنربای نعل اسبی نصب کرد که می‌توان ولتاژ الکتریکی را با استفاده از کنتاکت‌های کشویی (یکی در محور، دیگری در حاشیه دیسک) از آن حذف کرد. این اولین ژنراتور الکتریکی بود که توسط دست انسان ساخته شد. بنابراین منبع جدیدی پیدا شد انرژی الکتریکی، علاوه بر شناخته شده قبلی (اصطکاک و فرآیندهای شیمیایی)، - القاء، و نوع جدیداین انرژی الکتریسیته القایی است.

همانطور که قبلاً ذکر شد آزمایش هایی مشابه آزمایشات فارادی در فرانسه و سوئیس انجام شد. پروفسور کولادون از آکادمی ژنو یک آزمایشگر پیچیده بود (برای مثال او اندازه گیری های دقیقی از سرعت صوت در آب در دریاچه ژنو انجام داد). شاید از ترس تکان دادن سازها، در صورت امکان، مانند فارادی، گالوانومتر را از بقیه قسمت های نصب خارج کرد. بسیاری استدلال می کردند که کولادون همان حرکات زودگذر سوزن را مانند فارادی مشاهده کرده است، اما با انتظار یک اثر پایدارتر و طولانی مدت، اهمیت لازم را به این انفجارهای "تصادفی" قائل نشد...

در واقع، نظر اکثر دانشمندان آن زمان این بود که اثر معکوس "ایجاد الکتریسیته از مغناطیس" ظاهراً باید همان ویژگی ثابت را داشته باشد که اثر "مستقیم" - "تشکیل مغناطیس" در اثر جریان الکتریکی. «گذرا بودن» غیرمنتظره این اثر، بسیاری از جمله کولادون را گیج کرد و این افراد تاوان تعصب خود را پرداختند.

در ادامه آزمایشات خود، فارادی همچنین کشف کرد که صرفاً نزدیک کردن یک سیم پیچ خورده در یک منحنی بسته به منحنی دیگری که از طریق آن جریان گالوانیکی می گذرد، برای تحریک یک جریان القایی در سیم خنثی در جهت مخالف جریان گالوانیکی کافی است و حذف سیم خنثی مجدداً جریان القایی را در آن برانگیخته می‌کند، جریان از قبل در همان جهت جریان گالوانیکی است که در امتداد یک سیم ثابت می‌گذرد و در نهایت، این جریان‌های القایی فقط در حین نزدیک شدن و برداشتن سیم به هادی برانگیخته می‌شوند. جریان گالوانیکی، و بدون این حرکت، جریان ها برانگیخته نمی شوند، هر چقدر هم که سیم ها به یکدیگر نزدیک باشند.

بنابراین، یک پدیده جدید کشف شد، شبیه به پدیده القایی که در بالا توضیح داده شد، زمانی که جریان گالوانیکی بسته می شود و متوقف می شود. این اکتشافات به نوبه خود باعث کشفیات جدید شد. اگر امکان ایجاد جریان القایی با اتصال کوتاه و قطع جریان گالوانیکی وجود داشته باشد، آیا همان نتیجه با مغناطیس کردن و مغناطیسی زدایی آهن حاصل نمی شود؟

کار ارستد و آمپر قبلاً رابطه بین مغناطیس و الکتریسیته را مشخص کرده بود. مشخص بود که آهن با پیچاندن سیم عایق دور آن و عبور جریان گالوانیکی از آن به آهنربا تبدیل می شود و به محض قطع جریان، خواص مغناطیسی این آهن از بین می رود.

بر این اساس، فارادی چنین آزمایشی را ارائه کرد: دو سیم عایق دور یک حلقه آهنی پیچیدند. با یک سیم به دور نیمی از حلقه و سیم دیگر دور دیگر حلقه. جریان یک باتری گالوانیکی از یک سیم عبور می کرد و انتهای سیم دیگر به یک گالوانومتر متصل می شد. و بنابراین، هنگامی که جریان بسته یا متوقف شد و در نتیجه، حلقه آهن مغناطیسی یا مغناطیسی شد، سوزن گالوانومتر به سرعت نوسان کرد و سپس به سرعت متوقف شد، یعنی همان جریان های القایی آنی در سیم خنثی برانگیخته شد - این بار: در حال حاضر تحت تأثیر مغناطیس است.

برنج. 3. آزمایش فارادی با یک حلقه آهنی

بنابراین، در اینجا برای اولین بار مغناطیس به الکتریسیته تبدیل شد. با دریافت این نتایج، فارادی تصمیم گرفت آزمایش های خود را متنوع کند. به جای انگشتر آهنی شروع به استفاده از نوار آهنی کرد. او به جای تحریک مغناطیس آهن توسط جریان گالوانیکی، آهن را با لمس آهنربای فولادی دائمی مغناطیسی کرد. نتیجه یکسان بود: در سیمی که دور آهن می پیچید، در لحظه مغناطیس شدن و مغناطیس زدایی آهن، یک جریان همیشه برانگیخته می شد. سپس فارادی یک آهنربا فولادی را به مارپیچ سیم وارد کرد - نزدیک شدن و حذف دومی باعث ایجاد جریان القایی در سیم شد. در یک کلام، مغناطیس به معنای جریان های القایی هیجان انگیز، دقیقاً مانند جریان گالوانیکی عمل می کرد.

در آن زمان، فیزیکدانان به شدت به یک چیز علاقه داشتند پدیده مرموز، در سال 1824 توسط آراگو کشف شد و هیچ توضیحی نیافت، علیرغم این واقعیت که دانشمندان برجسته آن زمان مانند خود آراگو، آمپر، پواسون، باباج و هرشل به شدت در جستجوی این توضیح بودند. نکته از این قرار بود. یک سوزن مغناطیسی که آزادانه آویزان است، اگر دایره ای از فلز غیر مغناطیسی زیر آن قرار گیرد، به سرعت استراحت می کند. اگر دایره در چرخش قرار گیرد، سوزن مغناطیسی شروع به حرکت در پشت آن می کند.

که در حالت آرامکشف کوچکترین جاذبه یا دافعه ای بین دایره و فلش غیرممکن بود، در حالی که همان دایره در حال حرکت، نه تنها یک تیر سبک، بلکه یک آهنربای سنگین را نیز پشت سر خود می کشید. درست است پدیده معجزه آسابه نظر دانشمندان آن زمان یک راز اسرارآمیز بود، چیزی فراتر از محدودیت های طبیعی. فارادی، بر اساس داده‌های فوق، این فرض را مطرح کرد که یک دایره از فلز غیر مغناطیسی، تحت تأثیر یک آهنربا، در حین چرخش توسط جریان‌های القایی به اطراف می‌چرخد، که بر سوزن مغناطیسی تأثیر می‌گذارد و آن را در امتداد آهنربا می‌کشد. و در واقع، با وارد کردن لبه یک دایره بین قطب های یک آهنربای نعل اسبی بزرگ و اتصال مرکز و لبه دایره با یک گالوانومتر با سیم، فارادی یک جریان الکتریکی ثابت در هنگام چرخش دایره به دست آورد.

به دنبال آن، فارادی روی پدیده دیگری تمرکز کرد که در آن زمان کنجکاوی عمومی را برانگیخت. همانطور که می دانید، اگر براده های آهن را روی آهنربا بپاشید، آنها در امتداد خطوط خاصی به نام منحنی های مغناطیسی گروه می شوند. فارادی، با جلب توجه به این پدیده، در سال 1831 اساس منحنی های مغناطیسی را به نام "خطوط نیروی مغناطیسی" داد که سپس مورد استفاده عمومی قرار گرفت. مطالعه این "خطوط" فارادی را به کشف جدیدی سوق داد؛ مشخص شد که برای تحریک جریان های القایی، نزدیک شدن منبع و فاصله آن از قطب مغناطیسی ضروری نیست. برای برانگیختن جریان ها، کافی است خطوط نیروی مغناطیسی را به روشی شناخته شده عبور دهیم.

برنج. 4. "خطوط نیروی مغناطیسی"

کار بعدی فارادی در جهت ذکر شده، از دیدگاه معاصر، شخصیت چیزی کاملاً معجزه آسا را به دست آورد. در آغاز سال 1832، او دستگاهی را نشان داد که در آن جریان های القایی بدون کمک آهنربا یا جریان گالوانیکی برانگیخته می شدند. این دستگاه شامل یک نوار آهنی بود که در یک سیم پیچ قرار می گرفت. این دستگاه در شرایط معمولی کوچکترین نشانه ای از ظهور جریان در آن نمی داد. اما به محض اینکه جهتی مطابق با جهت سوزن مغناطیسی به آن داده شد، جریانی در سیم برانگیخته شد.

سپس فارادی موقعیت سوزن مغناطیسی را به یک سیم پیچ داد و سپس یک نوار آهنی به آن وارد کرد: جریان دوباره برانگیخته شد. دلیل ایجاد جریان در این موارد مغناطیس زمینی بود که باعث ایجاد جریان های القایی مانند یک آهنربای معمولی یا جریان گالوانیکی می شد. برای نشان دادن و اثبات واضح تر این موضوع، فارادی آزمایش دیگری را انجام داد که ملاحظات او را کاملاً تأیید کرد.

او استدلال کرد که اگر یک دایره از فلز غیر مغناطیسی، مانند مس، که در موقعیتی بچرخد که در آن خطوط نیروی مغناطیسی یک آهنربای مجاور را قطع کند، یک جریان القایی تولید می کند، آنگاه همان دایره در غیاب یک می چرخد. آهنربا، اما در موقعیتی که دایره از خطوط مغناطیس زمینی عبور کند، باید جریان القایی نیز بدهد. و در واقع، یک دایره مسی که در یک صفحه افقی می چرخد، یک جریان القایی ایجاد می کند که انحراف قابل توجهی در سوزن گالوانومتر ایجاد می کند. فارادی با کشف "تأثیر القایی جریان بر خود" در سال 1835 به مجموعه مطالعات خود در زمینه القای الکتریکی پایان داد.

او متوجه شد که وقتی یک جریان گالوانیکی بسته یا باز می شود، جریان های القایی آنی در خود سیم تحریک می شوند که به عنوان رسانایی برای این جریان عمل می کند.

فیزیکدان روسی امیل کریستوفورویچ لنز (1804-1861) قاعده ای برای تعیین جهت جریان القایی ارائه کرد. A.A خاطرنشان می کند: "جریان القایی همیشه به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده باعث پیچیده یا مهار حرکت ایجاد القاء شود." Korobko-Stefanov در مقاله خود در مورد القای الکترومغناطیسی. - مثلاً وقتی سیم پیچی به آهنربا نزدیک می شود، جریان القایی حاصل چنان جهتی دارد که میدان مغناطیسی ایجاد شده در مقابل میدان مغناطیسی آهنربا خواهد بود. در نتیجه نیروهای دافعه بین سیم پیچ و آهنربا ایجاد می شود. قانون لنز از قانون بقا و تبدیل انرژی ناشی می شود. اگر جریان‌های القایی حرکتی را که باعث آن‌ها می‌شود تسریع کنند، آن‌وقت کار از هیچ ایجاد می‌شود. خود سیم پیچ پس از یک فشار جزئی به سمت آهنربا هجوم می آورد و در عین حال جریان القایی گرما را در آن آزاد می کند. در واقع، جریان القایی به دلیل کار نزدیک کردن آهنربا و سیم پیچ به هم ایجاد می شود.

برنج. 5. قانون لنز

چرا جریان القایی ایجاد می شود؟ توضیح عمیقی درباره پدیده القای الکترومغناطیسی توسط فیزیکدان انگلیسی جیمز کلرک ماکسول، خالق کامل این پدیده ارائه شده است. نظریه ریاضی میدان الکترومغناطیسی. برای درک بهتر اصل موضوع، یک آزمایش بسیار ساده را در نظر بگیرید. بگذارید سیم پیچ از یک دور سیم تشکیل شده باشد و میدان مغناطیسی متناوب عمود بر صفحه پیچ در آن نفوذ کند. یک جریان القایی به طور طبیعی در سیم پیچ ایجاد می شود. ماکسول این آزمایش را استثنایی جسورانه و غیرمنتظره تفسیر کرد.

به گفته ماکسول، وقتی میدان مغناطیسی در فضا تغییر می‌کند، فرآیندی به وجود می‌آید که وجود سیم‌پیچ برای آن اهمیتی ندارد. نکته اصلی در اینجا ظهور خطوط میدان الکتریکی حلقوی بسته است که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر را پوشش می دهد. تحت تأثیر میدان الکتریکی حاصل، الکترون ها شروع به حرکت می کنند و جریان الکتریکی در سیم پیچ ایجاد می شود. سیم پیچ به سادگی وسیله ای است که میدان الکتریکی را تشخیص می دهد. ماهیت پدیده القای الکترومغناطیسی این است که یک میدان مغناطیسی متناوب همیشه یک میدان الکتریکی با مدارهای بسته در فضای اطراف ایجاد می کند. خطوط برق. به چنین میدانی میدان گردابی می گویند.

تحقیقات در زمینه القای تولید شده توسط مغناطیس زمینی به فارادی این فرصت را داد تا در سال 1832 ایده تلگراف را بیان کند که سپس اساس این اختراع را تشکیل داد. به طور کلی، کشف القای الکترومغناطیسی بی دلیل نیست که یکی از برجسته ترین اکتشافات قرن 19 محسوب می شود - کار میلیون ها موتور الکتریکی و مولد جریان الکتریکی در سراسر جهان بر اساس این پدیده است.

کاربرد عملی پدیده القای الکترومغناطیسی

1. پخش رادیویی

یک میدان مغناطیسی متناوب که توسط یک جریان متغیر برانگیخته می شود، یک میدان الکتریکی در فضای اطراف ایجاد می کند که به نوبه خود یک میدان مغناطیسی و غیره را تحریک می کند. این میدان ها با تولید متقابل یکدیگر، یک میدان الکترومغناطیسی متناوب را تشکیل می دهند - یک موج الکترومغناطیسی. میدان الکترومغناطیسی پس از ظهور در مکانی که سیم حامل جریان وجود دارد، با سرعت نور -300000 کیلومتر در ثانیه در فضا منتشر می شود.

برنج. 6. رادیو

2. مغناطیس درمانی

در طیف فرکانس جاهای مختلفامواج رادیویی، نور، اشعه ایکس و غیره را اشغال کند تابش الکترومغناطیسی. آنها معمولاً با میدان های الکتریکی و مغناطیسی پیوسته همراه شده مشخص می شوند.

3. سینکروفازوترون ها

در حال حاضر میدان مغناطیسی به عنوان شکل خاصی از ماده متشکل از ذرات باردار شناخته می شود. در فیزیک مدرن، از پرتوهای ذرات باردار برای نفوذ به اعماق اتم ها به منظور مطالعه آنها استفاده می شود. نیرویی که میدان مغناطیسی بر ذره باردار متحرک وارد می کند، نیروی لورنتس نامیده می شود.

4. دبی سنج

این روش مبتنی بر استفاده از قانون فارادی برای یک رسانا در میدان مغناطیسی است: در یک جریان مایع رسانای الکتریکی که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، یک EMF القا می شود، متناسب با سرعت جریان، که توسط قسمت الکترونیکی به یک الکتریکی تبدیل می شود. سیگنال آنالوگ / دیجیتال

5. ژنراتور DC

در حالت ژنراتور، آرمیچر ماشین تحت تاثیر یک گشتاور خارجی می چرخد. بین قطب های استاتور یک شار مغناطیسی ثابت وجود دارد که به آرمیچر نفوذ می کند. هادی های سیم پیچ آرمیچر در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند و بنابراین یک EMF در آنها القا می شود که جهت آن را می توان با قانون تعیین کرد " دست راست"در این مورد، یک پتانسیل مثبت در یک برس نسبت به دومی ایجاد می‌شود. اگر باری به پایانه‌های ژنراتور متصل شود، جریان از آن عبور می‌کند.

6. ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورها به طور گسترده ای در انتقال انرژی الکتریکی در فواصل طولانی، توزیع آن بین گیرنده ها و همچنین در دستگاه های مختلف تصحیح، تقویت، سیگنال دهی و سایر دستگاه ها استفاده می شود.

تبدیل انرژی در ترانسفورماتور توسط یک میدان مغناطیسی متناوب انجام می شود. ترانسفورماتور هسته ای از صفحات فولادی نازک عایق شده از یکدیگر است که روی آن دو و گاهی اوقات بیشتر سیم پیچ (کویل) سیم عایق قرار می گیرد. سیم پیچی که منبع انرژی الکتریکی جریان متناوب به آن متصل است سیم پیچ اولیه و سیم پیچ های باقی مانده ثانویه نامیده می شود.

اگر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور سه برابر بیشتر از سیم پیچ اولیه پیچ خورده باشد، میدان مغناطیسی ایجاد شده در هسته توسط سیم پیچ اولیه، با عبور از پیچ های سیم پیچ ثانویه، سه برابر ولتاژ در آن ایجاد می کند.

با استفاده از ترانسفورماتور با نسبت چرخش معکوس، می توانید به همین راحتی ولتاژ کاهش یافته را بدست آورید.

فهرست ادبیات استفاده شده

1. [منبع الکترونیکی]. القای الکترومغناطیسی

< https://ru.wikipedia.org/>

2. [منبع الکترونیکی].فارادی. کشف القای الکترومغناطیسی

< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >

3. [منبع الکترونیکی]. کشف القای الکترومغناطیسی

4. [منبع الکترونیکی]. کاربرد عملی پدیده القای الکترومغناطیسی.

ما قبلاً می دانیم که جریان الکتریکی که از یک هادی عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. بر اساس این پدیده، بشر طیف گسترده ای از آهنرباهای الکتریکی را اختراع و به طور گسترده ای استفاده می کند. اما این سوال پیش می‌آید: اگر بارهای الکتریکی هنگام حرکت، باعث پیدایش میدان مغناطیسی شوند، آیا این نیز برعکس عمل نمی‌کند؟

یعنی میدان مغناطیسی می تواند باعث ایجاد جریان الکتریکی در هادی شود؟ در سال 1831، مایکل فارادی آن را در یک مدار رسانای بسته تاسیس کرد مدار الکتریکیهنگامی که میدان مغناطیسی تغییر می کند، جریان الکتریکی رخ می دهد. چنین جریانی را جریان القایی می گویند و به پدیده وقوع جریان در مدار رسانای بسته در هنگام تغییر میدان مغناطیسی نفوذ کننده در این مدار، القای الکترومغناطیسی می گویند.

پدیده القای الکترومغناطیسی

نام "الکترومغناطیس" خود از دو بخش تشکیل شده است: "الکترو" و "مغناطیسی". برقی و پدیده های مغناطیسیبا یکدیگر پیوند ناگسستنی دارند. و اگر بارهای الکتریکی، در حال حرکت، میدان مغناطیسی اطراف خود را تغییر دهند، میدان مغناطیسی با تغییر، ناگزیر بارهای الکتریکی را مجبور به حرکت می کند و جریان الکتریکی را تشکیل می دهد.

در این حالت تغییر میدان مغناطیسی است که باعث تولید جریان الکتریکی می شود. یک میدان مغناطیسی ثابت باعث حرکت نخواهد شد بارهای الکتریکی، و بر این اساس، هیچ جریان القایی تولید نمی شود. بررسی دقیق تر پدیده القای الکترومغناطیسی، استخراج فرمول ها و قانون القای الکترومغناطیسی به درس پایه نهم اشاره دارد.

کاربرد القای الکترومغناطیسی

در این مقاله در مورد استفاده از القای الکترومغناطیسی صحبت خواهیم کرد. عملکرد بسیاری از موتورها و ژنراتورهای جریان بر اساس استفاده از قوانین القای الکترومغناطیسی است. درک اصل عملکرد آنها بسیار ساده است.

تغییر در میدان مغناطیسی می تواند به عنوان مثال با حرکت آهنربا ایجاد شود. بنابراین، اگر یک آهنربا را در داخل یک مدار بسته با هر تأثیر خارجی حرکت دهید، جریانی در این مدار ایجاد می شود. به این ترتیب می توانید یک مولد جریان ایجاد کنید.

اگر برعکس، جریانی را از یک منبع شخص ثالث از مدار عبور دهید، آهنربای واقع در داخل مدار تحت تأثیر میدان مغناطیسی تشکیل شده توسط جریان الکتریکی شروع به حرکت می کند. به این ترتیب می توانید یک موتور الکتریکی را مونتاژ کنید.

ژنراتورهای جریان که در بالا توضیح داده شد، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی در نیروگاه ها تبدیل می کنند. انرژی مکانیکی انرژی زغال سنگ، سوخت دیزل، باد، آب و غیره است. الکتریسیته از طریق سیم ها به مصرف کنندگان می رسد و دوباره به انرژی مکانیکی در موتورهای الکتریکی تبدیل می شود.

موتورهای برقی جاروبرقی، سشوار، میکسر، کولر، چرخ گوشت برقی و سایر دستگاه های متعددی که ما هر روز از آنها استفاده می کنیم، بر اساس استفاده از القای الکترومغناطیسی و نیروهای مغناطیسی هستند. نیازی به صحبت در مورد استفاده از همین پدیده ها در صنعت نیست؛ واضح است که همه جا هست.

صدا و سیما

مغناطیس درمانی

امواج رادیویی، نور، اشعه ایکس و سایر تشعشعات الکترومغناطیسی مکان های متفاوتی را در طیف فرکانس اشغال می کنند. آنها معمولاً با میدان های الکتریکی و مغناطیسی پیوسته همراه شده مشخص می شوند.

سینکروفازوترون ها

دبی متر - شمارنده

ژنراتور DC

در حالت ژنراتور، آرمیچر ماشین تحت تاثیر یک گشتاور خارجی می چرخد. بین قطب های استاتور یک شار مغناطیسی ثابت وجود دارد که به آرمیچر نفوذ می کند. هادی های سیم پیچ آرمیچر در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند و بنابراین یک EMF در آنها القا می شود که جهت آن را می توان با قانون "دست راست" تعیین کرد. در این مورد، یک پتانسیل مثبت در یک قلم مو نسبت به دوم ایجاد می شود. اگر باری را به پایانه های ژنراتور وصل کنید، جریان از آن عبور می کند.

مبدل ها

با استفاده از ترانسفورماتور با نسبت چرخش معکوس، می توانید به همین راحتی ولتاژ کاهش یافته را بدست آورید.

پدیده القای الکترومغناطیسی پدیده ای است که شامل وقوع یک نیروی حرکتی یا ولتاژ در جسمی واقع در میدان مغناطیسی است که دائماً در حال تغییر است. اگر جسمی در میدان مغناطیسی ایستا و ناهمگن حرکت کند یا در میدان مغناطیسی بچرخد، نیروی الکترومحرکه در نتیجه القای الکترومغناطیسی نیز اتفاق می‌افتد.

جریان الکتریکی القایی

مفهوم «استقرا» به معنای ظهور یک فرآیند در نتیجه تأثیر فرآیند دیگری است. به عنوان مثال، یک جریان الکتریکی می تواند القا شود، یعنی می تواند در نتیجه یک میدان مغناطیسی که بر هادی به روش خاصی تأثیر می گذارد ظاهر شود. این جریان الکتریکی القایی نامیده می شود. شرایط تشکیل جریان الکتریکی در نتیجه پدیده القای الکترومغناطیسی در ادامه مقاله مورد بحث قرار می گیرد.

مفهوم میدان مغناطیسی

قبل از شروع مطالعه پدیده القای الکترومغناطیسی، باید بدانید میدان مغناطیسی چیست. صحبت كردن به زبان سادهمیدان مغناطیسی به ناحیه ای از فضا اطلاق می شود که در آن ماده مغناطیسی اثرات و خواص مغناطیسی خود را نشان می دهد. این منطقه از فضا را می توان با استفاده از خطوطی به نام خطوط میدان مغناطیسی ترسیم کرد. تعداد این خطوط نشان دهنده کمیت فیزیکی، که نامیده می شود شار مغناطیسی. خطوط میدان مغناطیسی بسته هستند، آنها از قطب شمال آهنربا شروع می شوند و به قطب جنوب ختم می شوند.

یک میدان مغناطیسی این توانایی را دارد که بر هر ماده ای که دارای خواص مغناطیسی است تأثیر بگذارد، به عنوان مثال، هادی های آهنی جریان الکتریکی. این میدان با القای مغناطیسی مشخص می شود که B مشخص می شود و با تسلا (T) اندازه گیری می شود. القای مغناطیسی 1 T یک میدان مغناطیسی بسیار قوی است که با نیروی 1 نیوتن بر روی بار نقطه ای 1 کولن عمل می کند که عمود بر خطوط میدان مغناطیسی با سرعت 1 متر بر ثانیه پرواز می کند، یعنی 1 T = 1 N*s/(m*Cl).

چه کسی پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد؟

القای الکترومغناطیسی، که بسیاری از دستگاه های مدرن بر اساس آن مبتنی هستند، در اوایل دهه 30 قرن نوزدهم کشف شد. کشف استقرا معمولاً به مایکل فارادی نسبت داده می شود (تاریخ کشف: 29 اوت 1831). این دانشمند بر اساس نتایج آزمایشات هانس ارستد فیزیکدان و شیمیدان دانمارکی بود که کشف کرد رسانایی که جریان الکتریکی از طریق آن جریان دارد، میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند، یعنی شروع به نشان دادن خواص مغناطیسی می کند.

فارادی نیز به نوبه خود پدیده ای متضاد با پدیده کشف شده توسط اورستد را کشف کرد. او متوجه شد که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر، که می تواند با تغییر پارامترهای جریان الکتریکی در یک هادی ایجاد شود، منجر به ظاهر شدن اختلاف پتانسیل در انتهای هر رسانای جریان می شود. اگر این سرها مثلاً از طریق یک لامپ الکتریکی وصل شوند، جریان الکتریکی از طریق چنین مداری عبور می کند.

در نتیجه، فارادی کشف کرد فرآیند فیزیکی، در نتیجه یک جریان الکتریکی در هادی به دلیل تغییر میدان مغناطیسی که پدیده القای الکترومغناطیسی است ظاهر می شود. در این مورد، برای تشکیل یک جریان القایی، مهم نیست که چه چیزی در حال حرکت است: میدان مغناطیسی یا خود را می توان به راحتی نشان داد اگر آزمایش مناسبی بر روی پدیده القای الکترومغناطیسی انجام شود. بنابراین، با قرار دادن آهنربا در داخل مارپیچ فلزی، شروع به حرکت آن می کنیم. اگر انتهای مارپیچ را از طریق هر نشانگر جریان الکتریکی به یک مدار متصل کنید، می توانید ظاهر جریان را ببینید. حالا باید آهنربا را به حال خود رها کنید و مارپیچ را نسبت به آهنربا بالا و پایین کنید. نشانگر همچنین وجود جریان در مدار را نشان خواهد داد.

آزمایش فارادی

آزمایشات فارادی شامل کار با هادی و آهنربای دائمی. مایکل فارادی برای اولین بار کشف کرد که وقتی هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، اختلاف پتانسیل در انتهای آن ایجاد می شود. یک هادی متحرک شروع به عبور از خطوط میدان مغناطیسی می کند که اثر تغییر در این میدان را شبیه سازی می کند.

دانشمند کشف کرد که مثبت و علائم منفیاختلاف پتانسیل حاصل بستگی به جهتی دارد که هادی در آن حرکت می کند. به عنوان مثال، اگر هادی در یک میدان مغناطیسی بلند شود، اختلاف پتانسیل حاصل از آن قطبیت +- خواهد داشت، اما اگر این هادی پایین بیاید، ما قبلاً قطبیت -+ خواهیم داشت. این تغییرات در علامت پتانسیل ها که اختلاف آن ها نیروی الکتروموتور (EMF) نامیده می شود، منجر به ظهور جریان متناوب در یک حلقه بسته می شود، یعنی جریانی که دائماً جهت خود را به سمت مخالف تغییر می دهد.

ویژگی های القای الکترومغناطیسی کشف شده توسط فارادی

با دانستن اینکه چه کسانی پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کردند و چرا جریان القایی ایجاد می شود، برخی از ویژگی های این پدیده را توضیح خواهیم داد. بنابراین، هر چه سریعتر هادی را در یک میدان مغناطیسی حرکت دهید، مقدار جریان القایی در مدار بیشتر می شود. یکی دیگر از ویژگی های این پدیده موارد زیر است: هرچه القای مغناطیسی میدان بیشتر باشد، یعنی هر چه میدان قوی تر باشد، اختلاف پتانسیل بیشتری می تواند هنگام حرکت یک هادی در میدان ایجاد کند. اگر هادی در یک میدان مغناطیسی در حال استراحت باشد، هیچ EMF در آن ایجاد نمی شود، زیرا هیچ تغییری در خطوط القای مغناطیسی عبوری از هادی وجود ندارد.

جهت جریان الکتریکی و قانون دست چپ

برای تعیین جهت جریان الکتریکی در هادی ایجاد شده در نتیجه پدیده القای الکترومغناطیسی، می توانید از قانون به اصطلاح چپ استفاده کنید. می توان آن را به صورت زیر فرموله کرد: اگر دست چپآن را طوری قرار دهید که خطوط القای مغناطیسی که از قطب شمال آهنربا شروع می شوند، وارد کف دست و بیرون زده شوند. شستدر جهت حرکت هادی در میدان آهنربا قرار بگیرید، سپس چهار انگشت باقی مانده از دست چپ، جهت حرکت جریان القایی در هادی را نشان می دهد.

نسخه دیگری از این قانون وجود دارد که به شرح زیر است: اگر انگشت اشارهدست چپ را در امتداد خطوط القای مغناطیسی قرار دهید و انگشت شست بیرون زده را در جهت حرکت هادی قرار دهید، سپس انگشت وسط 90 درجه به سمت کف دست چرخیده است، جهت جریان ظاهر شده در هادی را نشان می دهد.

پدیده خود القایی

هانس کریستین اورستد وجود میدان مغناطیسی را در اطراف رسانا یا سیم پیچ حامل جریان کشف کرد. این دانشمند همچنین دریافت که ویژگی های این میدان ارتباط مستقیمی با قدرت جریان و جهت آن دارد. اگر جریان در یک سیم پیچ یا هادی متغیر باشد، میدان مغناطیسی ایجاد می کند که ساکن نخواهد بود، یعنی تغییر می کند. این میدان متناوب به نوبه خود منجر به ظهور یک جریان القایی (پدیده القای الکترومغناطیسی) خواهد شد. حرکت جریان القایی همیشه بر خلاف جریان متناوب در گردش در هادی خواهد بود، یعنی هر زمان که جهت جریان در هادی یا سیم پیچ تغییر کند، مقاومت ایجاد می کند. به این فرآیند خود القایی می گویند. اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در این حالت emf خود القایی نامیده می شود.

توجه داشته باشید که پدیده خود القایی نه تنها زمانی رخ می دهد که جهت جریان تغییر کند، بلکه زمانی که در هر زمانی تغییر می کند، مثلاً زمانی که به دلیل کاهش مقاومت در مدار افزایش می یابد، نیز رخ می دهد.

برای توصیف فیزیکی مقاومت ارائه شده در برابر هرگونه تغییر در جریان در مدار به دلیل خودالقایی، مفهوم اندوکتانس معرفی شد که در هنریس (به افتخار فیزیکدان آمریکایی جوزف هنری) اندازه گیری می شود. یک هنری یک اندوکتانسی است که برای آن، وقتی جریان 1 آمپر در 1 ثانیه تغییر می کند، در فرآیند خود القایی، EMF برابر با 1 ولت رخ می دهد.

جریان متناوب

هنگامی که یک سلف شروع به چرخش در یک میدان مغناطیسی می کند، در نتیجه پدیده القای الکترومغناطیسی جریان القایی ایجاد می کند. این جریان الکتریکی متناوب است، یعنی به طور سیستماتیک جهت خود را تغییر می دهد.

جریان متناوب رایج تر از جریان مستقیم است. بنابراین، بسیاری از دستگاه هایی که از شبکه الکتریکی مرکزی کار می کنند از این نوع جریان استفاده می کنند. القا و انتقال جریان متناوب نسبت به جریان مستقیم آسان تر است. به عنوان یک قاعده، فرکانس جریان متناوب خانگی 50-60 هرتز است، یعنی در 1 ثانیه جهت آن 50-60 بار تغییر می کند.

نمایش هندسی جریان متناوب یک منحنی سینوسی است که وابستگی ولتاژ به زمان را توصیف می کند. دوره کامل یک موج سینوسی برای جریان خانگی تقریباً 20 میلی ثانیه است. از نظر اثر حرارتی، جریان متناوب مشابه جریان مستقیم است که ولتاژ آن U max /√2 است که U max حداکثر ولتاژ روی منحنی جریان متناوب سینوسی است.

استفاده از القای الکترومغناطیسی در تکنولوژی

کشف پدیده القای الکترومغناطیسی یک رونق واقعی در توسعه فناوری ایجاد کرد. قبل از این کشف، مردم قادر به تولید برق در مقادیر محدودفقط با استفاده از باتری های برقی

در حال حاضر هست پدیده فیزیکیاستفاده شده در ترانسفورماتورهای الکتریکی، در بخاری هایی که جریان القایی را به گرما تبدیل می کنند و همچنین در موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای خودرو.