Trong tài liệu, chúng ta sẽ hiểu khái niệm cảm ứng EMF trong các tình huống xảy ra. Chúng ta cũng coi độ tự cảm là một tham số chính để xuất hiện từ thông khi điện trường xuất hiện trong vật dẫn.
Cảm ứng điện từ là sự sinh ra dòng điện bởi từ trường biến thiên theo thời gian. Nhờ khám phá của Faraday và Lenz, các mẫu đã được xây dựng thành các định luật, đưa tính đối xứng vào sự hiểu biết của các dòng điện từ. Lý thuyết của Maxwell tập hợp kiến thức về dòng điện và từ thông. Nhờ khám phá ra Hertz, nhân loại đã biết đến viễn thông.
Nội dung
từ thông
Trường điện từ xuất hiện xung quanh vật dẫn có dòng điện, tuy nhiên, song song đó, hiện tượng ngược lại cũng xảy ra - hiện tượng cảm ứng điện từ.Coi từ thông là một ví dụ: nếu đặt một khung dây dẫn trong điện trường đều có cảm ứng và chuyển động từ trên xuống dưới dọc theo các đường sức từ hoặc sang phải hoặc sang trái vuông góc với chúng thì từ thông truyền qua khung sẽ là không thay đổi.
Khi khung quay quanh trục của nó thì sau một thời gian từ thông sẽ thay đổi một lượng nhất định. Kết quả là, một EMF của cảm ứng xuất hiện trong khung và một dòng điện xuất hiện, được gọi là cảm ứng.
Cảm ứng EMF
Chúng ta hãy xem xét chi tiết khái niệm EMF của cảm ứng là gì. Khi đặt một vật dẫn trong từ trường và chuyển động với giao điểm của các đường sức thì trong vật dẫn xuất hiện một suất điện động gọi là cảm ứng EMF. Nó cũng xảy ra nếu vật dẫn đứng yên, và từ trường chuyển động và cắt với đường sức của vật dẫn.
Khi dây dẫn, nơi emf xuất hiện, đóng với mạch ngoài, do sự hiện diện của emf này, một dòng điện cảm ứng bắt đầu chạy qua mạch. Cảm ứng điện từ liên quan đến hiện tượng cảm ứng EMF trong một vật dẫn tại thời điểm nó bị cắt ngang bởi các đường sức từ.
Cảm ứng điện từ là quá trình ngược lại biến đổi cơ năng thành dòng điện. Khái niệm này và các định luật của nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, hầu hết các máy điện đều dựa trên hiện tượng này.
Định luật Faraday và Lenz
Định luật Faraday và Lenz phản ánh các dạng xuất hiện của cảm ứng điện từ.
Faraday phát hiện ra rằng hiệu ứng từ tính xuất hiện do sự thay đổi của từ thông theo thời gian.Tại thời điểm chạy qua dây dẫn có dòng điện từ xoay chiều thì xuất hiện suất điện động trong nó làm xuất hiện dòng điện. Cả nam châm vĩnh cửu và nam châm điện đều có thể tạo ra dòng điện.
Nhà khoa học xác định rằng cường độ dòng điện tăng lên cùng với sự thay đổi nhanh chóng của số đường sức chạy qua mạch. Tức là EMF của cảm ứng điện từ tỷ lệ thuận với tốc độ của từ thông.
Theo định luật Faraday, các công thức EMF quy nạp được xác định như sau:
E \ u003d - dF / dt.
Dấu trừ cho biết mối quan hệ giữa cực của EMF cảm ứng, hướng của dòng chảy và tốc độ thay đổi.
Theo định luật Lenz, có thể đặc trưng cho suất điện động phụ thuộc vào phương của nó. Bất kỳ sự thay đổi nào trong từ thông trong cuộn dây đều dẫn đến sự xuất hiện của cảm ứng EMF và với sự thay đổi nhanh chóng, EMF ngày càng tăng được quan sát thấy.
Nếu cuộn dây, nơi có EMF cảm ứng, bị ngắn mạch ra mạch ngoài, thì dòng điện cảm ứng chạy qua nó, do đó từ trường xuất hiện xung quanh dây dẫn và cuộn dây có được các đặc tính của điện từ. . Kết quả là, một từ trường được hình thành xung quanh cuộn dây.
E.Kh. Lenz đã thiết lập một dạng theo đó xác định hướng của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây và EMF cảm ứng. Định luật phát biểu rằng EMF cảm ứng trong cuộn dây, khi từ thông thay đổi sẽ tạo thành dòng điện có hướng trong cuộn dây, trong đó từ thông cho trước của cuộn dây làm cho nó có thể tránh được sự thay đổi của từ thông bên ngoài.
Định luật Lenz áp dụng cho mọi trường hợp xuất hiện cảm ứng dòng điện trong vật dẫn, bất kể cấu hình của chúng và phương pháp thay đổi từ trường ngoài.
Chuyển động của một sợi dây trong từ trường
Giá trị của EMF cảm ứng được xác định tùy thuộc vào chiều dài của dây dẫn bị cắt ngang bởi các đường sức. Với số lượng đường trường lớn hơn, giá trị của emf cảm ứng tăng lên. Với sự gia tăng từ trường và cảm ứng, giá trị EMF lớn hơn xuất hiện trong dây dẫn. Do đó, giá trị EMF của cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc trực tiếp vào cảm ứng của từ trường, chiều dài của dây dẫn và tốc độ chuyển động của nó.
Sự phụ thuộc này được phản ánh trong công thức E = Blv, trong đó E là emf cảm ứng; B là giá trị của cảm ứng từ; I là chiều dài của dây dẫn; v là tốc độ chuyển động của nó.
Lưu ý rằng trong một vật dẫn chuyển động trong từ trường, cảm ứng EMF chỉ xuất hiện khi nó vượt qua các đường sức từ. Nếu vật dẫn chuyển động dọc theo các đường sức thì không có EMF nào được cảm ứng. Vì lý do này, công thức chỉ áp dụng trong trường hợp chuyển động của dây dẫn vuông góc với các đường sức.
Hướng của EMF cảm ứng và dòng điện trong vật dẫn được xác định bởi hướng chuyển động của chính vật dẫn đó. Để xác định hướng, quy tắc bàn tay phải đã được phát triển. Nếu bạn giữ lòng bàn tay phải để đường sức đi theo hướng của nó và ngón tay cái chỉ hướng chuyển động của vật dẫn, thì bốn ngón tay còn lại chỉ chiều của cảm ứng cảm ứng và chiều của dòng điện. trong vật dẫn.
Cuộn dây quay
Hoạt động của máy tạo dòng điện dựa trên sự quay của cuộn dây trong một từ thông, ở đó có một số vòng nhất định. EMF được cảm ứng trong một mạch điện luôn luôn khi nó bị từ thông cắt ngang, dựa trên công thức từ thông Ф \ u003d B x S x cos α (cảm ứng từ nhân với diện tích bề mặt mà từ thông đi qua và côsin của góc tạo bởi vectơ chỉ phương và các đường vuông góc của mặt phẳng).
Theo công thức, F bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong các tình huống:
- khi từ thông thay đổi, vectơ hướng thay đổi;
- khu vực được bao bọc trong đường viền thay đổi;
- thay đổi góc.
Nó được phép tạo ra EMF bằng nam châm đứng yên hoặc dòng điện không đổi, nhưng chỉ đơn giản là khi cuộn dây quay quanh trục của nó trong từ trường. Trong trường hợp này, từ thông thay đổi khi góc thay đổi. Cuộn dây trong quá trình quay vượt qua các đường sức của từ thông, kết quả là một EMF xuất hiện. Với chuyển động quay đều, sự thay đổi tuần hoàn trong từ thông xảy ra. Ngoài ra, số lượng đường trường đi qua mỗi giây sẽ bằng với các giá trị trong khoảng thời gian đều đặn.
Trong thực tế, trong máy phát điện xoay chiều, cuộn dây đứng yên và nam châm điện quay xung quanh nó.
EMF tự cảm ứng
Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra từ trường xoay chiều, từ trường này có từ thông thay đổi gây ra cảm ứng EMF. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tự cảm ứng.
Do từ thông tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện nên công thức EMF tự cảm có dạng như sau:
Ф = L x I, trong đó L là độ tự cảm, được đo bằng H.Giá trị của nó được xác định bởi số vòng trên một đơn vị chiều dài và giá trị của tiết diện của chúng.
Sự khởi đầu lẫn nhau
Khi đặt hai cuộn dây cạnh nhau, chúng quan sát cảm ứng lẫn nhau EMF, cảm ứng này được xác định bởi cấu hình của hai mạch và hướng lẫn nhau của chúng. Khi sự phân tách của mạch tăng lên, giá trị của cảm kháng lẫn nhau giảm, vì có sự giảm tổng từ thông cho hai cuộn dây.
Chúng ta hãy xem xét chi tiết quá trình xuất hiện của cảm ứng lẫn nhau. Có hai cuộn dây, dòng điện I1 chạy qua dây một có N1 vòng dây tạo ra từ thông và đi qua cuộn thứ hai có số vòng là N2.
Giá trị của độ tự cảm lẫn nhau của cuộn thứ hai so với cuộn thứ nhất:
M21 = (N2 x F21) / I1.
Giá trị từ thông:
F21 = (M21 / N2) x I1.
Emf cảm ứng được tính theo công thức:
E2 = - N2 x dФ21 / dt = - M21x dI1 / dt.
Ở cuộn thứ nhất, giá trị của emf cảm ứng:
E1 = - M12 x dI2 / dt.
Điều quan trọng cần lưu ý là sức điện động gây ra bởi cảm ứng lẫn nhau ở một trong các cuộn dây trong mọi trường hợp tỷ lệ thuận với sự thay đổi dòng điện trong cuộn dây kia.
Khi đó độ tự cảm lẫn nhau được coi là bằng:
M12 = M21 = M.
Theo hệ quả, E1 = - M x dI2 / dt và E2 = M x dI1 / dt. M = K √ (L1 x L2), trong đó K là hệ số ghép giữa hai giá trị độ tự cảm.
Cảm kháng lẫn nhau được sử dụng rộng rãi trong máy biến áp, có tác dụng thay đổi giá trị của dòng điện xoay chiều. Thiết bị là một cặp cuộn dây được quấn trên một lõi chung. Dòng điện trong cuộn thứ nhất tạo thành từ thông thay đổi trong mạch từ và dòng điện trong cuộn thứ hai.Khi cuộn dây thứ nhất ít vòng hơn so với cuộn thứ hai, hiệu điện thế tăng, và theo đó, với số vòng dây lớn hơn ở cuộn thứ nhất thì hiệu điện thế giảm.
Ngoài tác dụng tạo ra và biến đổi năng lượng điện, hiện tượng cảm ứng từ còn được dùng trong các thiết bị khác. Ví dụ, trong các đoàn tàu bay bằng từ trường chuyển động không tiếp xúc trực tiếp với dòng điện trong đường ray, nhưng cao hơn vài cm do lực đẩy điện từ.
Các bài tương tự:
