Elektromagnetska indukcija

Pojava u indukciji EMF vodiča

Ako stavite magnetsko polje žice i pomaknite je tako da prelazi linije polja dok se kreće, tada će žica imati elektromotorna silaZove se EMF indukcija.

U vodiču će se pojaviti EMF indukcije čak i ako sam vodič ostane nepomičan, a magnetsko polje će se kretati, križajući vodič svojim linijama sile.

Ako je vodič u kojem se inducira EMF indukcije zatvoren na bilo koji vanjski strujni krug, tada će pod djelovanjem tog EMF kroz krug teći struja, tzv. indukcijska struja.

Pojava indukcije EMF-a u vodiču kada on presijeca silnice magnetskog polja naziva se elektromagnetska indukcija.

Elektromagnetska indukcija je obrnuti proces, odnosno pretvaranje mehaničke energije u električnu.

Fenomen elektromagnetske indukcije naširoko se koristi u Elektrotehnika… Na njegovoj uporabi temelji se uređaj raznih električnih strojeva.

Veličina i smjer indukcije EMF

Razmotrimo sada koja će biti veličina i smjer EMF-a induciranog u vodiču.

Veličina EMF indukcije ovisi o broju linija sila koje prolaze kroz žicu u jedinici vremena, odnosno o brzini gibanja žice u polju.

Veličina induciranog EMF-a izravno je proporcionalna brzini kretanja vodiča u magnetskom polju.

Veličina induciranog EMF-a također ovisi o duljini onog dijela žice koji presijecaju linije polja. Što je veći dio vodiča presječen linijama polja, to je veća inducirana EMF u vodiču. Konačno, što je jače magnetsko polje, odnosno što je veća njegova indukcija, to je veća EMF u vodiču koji siječe ovo polje.

Dakle, vrijednost EMF indukcije koja se javlja u vodiču kada se kreće u magnetskom polju izravno je proporcionalna indukciji magnetskog polja, duljini vodiča i brzini njegovog kretanja.

Ova se ovisnost izražava formulom E = Blv,

gdje je E indukcijski EMF; B — magnetska indukcija; I je duljina žice; v je brzina žice.

Mora se čvrsto upamtiti da se u vodiču koji se kreće u magnetskom polju, EMF indukcije javlja samo ako ovaj vodič presijecaju linije magnetskog polja polja. Ako se vodič kreće duž linija polja, to jest, ne križa se, već izgleda kao da klizi duž njih, tada se u njemu ne inducira EMF. Stoga gornja formula vrijedi samo kada se žica kreće okomito na silnice magnetskog polja.

Smjer inducirane emf (kao i struje u žici) ovisi o smjeru u kojem se giba žica. Postoji pravilo desne ruke za određivanje smjera induciranog EMF-a.

Držite li dlan desne ruke tako da u njega ulaze silnice magnetskog polja, a savijeni palac bi označavao smjer kretanja vodiča, tada bi ispružena četiri prsta pokazivala smjer djelovanja inducirane EMF i smjer struje u vodiču.

Pravilo desne ruke

EMF indukcija u zavojnici

Već smo rekli da je za stvaranje EMF indukcije u žici potrebno premjestiti ili samu žicu ili magnetsko polje u magnetsko polje. U oba slučaja, preko žice moraju prolaziti linije magnetskog polja, inače se neće inducirati emf. Inducirana emf, a time i inducirana struja, može se pojaviti ne samo u ravnoj žici, već iu žici uvijenoj u zavojnicu.

Prilikom kretanja unutra zavojnice trajnog magneta, u njemu se inducira EMF zbog činjenice da magnetski tok magneta prelazi zavoje zavojnice, odnosno na isti način kao kod kretanja ravne žice u polju magneta.

Ako se magnet polako spušta u zavojnicu, tada će EMF koji nastaje u njemu biti toliko mali da igla uređaja možda neće ni odstupiti. Ako se, naprotiv, magnet brzo umetne u zavojnicu, otklon strelice bit će velik. To znači da veličina induciranog EMF-a i, prema tome, jakost struje u zavojnici ovisi o brzini magneta, odnosno o tome koliko brzo silnice polja prelaze zavoje zavojnice. Ako se sada, naizmjence, u zavojnicu istom brzinom umetne prvo jak, a zatim slab magnet, primijetit ćete da će kod jakog magneta igla uređaja odstupiti pod većim kutom.To znači da veličina induciranog EMF-a i, prema tome, jakost struje u zavojnici ovisi o veličini magnetskog toka magneta.

Konačno, ako se isti magnet uvede istom brzinom, prvo u zavojnicu s velikim brojem zavoja, a zatim s mnogo manjim brojem, tada će u prvom slučaju igla uređaja odstupiti za veći kut nego u drugi. To znači da veličina induciranog EMF-a i, prema tome, jakost struje u svitku ovisi o broju njegovih zavoja. Isti se rezultati mogu dobiti ako se umjesto trajnog magneta koristi elektromagnet.

Smjer indukcije EMF u zavojnici ovisi o smjeru gibanja magneta. Kako odrediti smjer EMF indukcije, govori zakon koji je uspostavio E. H. Lenz.

Lenzov zakon elektromagnetske indukcije

Svaka promjena magnetskog toka unutar zavojnice popraćena je pojavom EMF indukcije u njemu, a što je brža promjena magnetskog toka koji prodire u zavojnicu, to je veći EMF u njemu.

Ako je zavojnica u kojoj se stvara indukcijski EMF zatvorena na vanjski krug, tada kroz njezine zavoje teče indukcijska struja, stvarajući magnetsko polje oko žice, zbog čega se zavojnica pretvara u solenoid. Ispostavilo se da promjenjivo vanjsko magnetsko polje inducira induciranu struju u zavojnici, koja zauzvrat stvara vlastito magnetsko polje oko zavojnice - strujno polje.

Proučavajući ovaj fenomen, E. H. Lenz je uspostavio zakon koji određuje smjer indukcijske struje u zavojnici i, sukladno tome, smjer indukcijske EMF.EMF indukcije koja se javlja u zavojnici kada se u njoj mijenja magnetski tok stvara struju u zavojnici u takvom smjeru da magnetski tok zavojnice stvoren ovom strujom sprječava promjenu vanjskog magnetskog toka.

Lenzov zakon vrijedi za sve slučajeve indukcije struje u žicama, bez obzira na oblik žice i način na koji se postiže promjena vanjskog magnetskog polja.

Kada se permanentni magnet pomiče u odnosu na žičanu zavojnicu spojenu na stezaljke galvanometra, ili kada se zavojnica pomiče u odnosu na magnet, stvara se inducirana struja.

Indukcijske struje u masivnim vodičima

Promjenjivi magnetski tok sposoban je inducirati EMF ne samo u zavojima zavojnice, već iu masivnim metalnim vodičima. Prodirući u debljinu masivnog vodiča, magnetski tok u njemu inducira EMF, što stvara indukcijske struje. Ove tzv vrtložne struje prostiru preko pune žice i u njoj su kratko spojeni.

Jezgre transformatora, magnetske jezgre raznih električnih strojeva i uređaja samo su one masivne žice koje se zagrijavaju indukcijskim strujama koje nastaju u njima. Ova pojava je nepoželjna, stoga, kako bi se smanjila veličina indukcijskih struja, dijelovi električni strojevi i jezgra transformatora nisu masivni, već se sastoje od tankih ploča međusobno izoliranih papirom ili slojem izolacijskog laka. Zbog toga je blokiran put širenja vrtložnih struja duž mase vodiča.

Ali ponekad se u praksi kao korisne struje koriste i vrtložne struje. Korištenje ovih struja temelji se na npr. radu indukcijske peći za grijanje, brojila električne energije te takozvani magnetski prigušivači pokretnih dijelova električnih mjernih instrumenata.

Vidi također: Fenomen elektromagnetske indukcije u slikama