Электромагнитная индукция: двигатель современной электроэнергетики

Историческое открытие Майкла Фарадея электромагнитной индукции раскрыло практическую генерацию электроэнергии. Он показал, что напряжение возникает на проводнике, когда он испытывает изменяющийся магнитный поток, перпендикулярный его длине.

Один интуитивный способ создать переменное магнитное поле — двигать постоянный магнит возле провода или катушки. Ключевое правило: магнитное поле должно нарастать или спадать в интенсивности перпендикулярно проводнику; иначе напряжение не будет индуцировано.

Иллюстрация:

Фарадей выразил соотношение математически, используя символ мгновенного напряжения «e» для отличия от постоянного постоянного напряжения:

Дифференциальная нотация «d» указывает на скорость изменения магнитного потока во времени. Буква «N» считает витки провода в катушке, усиливая индуцированное напряжение, когда провод намотан в петлю.

Этот принцип лежит в основе всех электрических генераторов: механическое движение водит магнитное поле мимо катушек для создания пригодного напряжения. Это также фундамент трансформаторов, катушек индуктивности и многих других электрических устройств.

Когда ток в проводнике меняется, его самогенерируемое магнитное поле меняется соответственно. Поскольку это поле перпендикулярно проводнику, оно может индуцировать напряжение вдоль того же проводника — явление, известное как самоиндукция. Намотка провода в катушку или окружание его высокопроницаемым ядром усиливают этот эффект. Устройства, использующие самоиндукцию, называются индуктивностями, и они будут исследованы в следующей главе.

Ключевые выводы

• Перпендикулярное, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует напряжение вдоль проводника; величина зависит от скорости изменения потока и числа витков катушки.
• Закон Фарадея: e = N(dΦ/dt).
• Изменяющийся ток в проводнике индуцирует напряжение вдоль его длины из-за самоиндукции, принцип, лежащий в основе индуктивностей.

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист: Продвинутый электромагнетизм и электромагнитная индукция
• Рабочий лист: Промежуточный электромагнетизм и электромагнитная индукция
• Рабочий лист: Базовый электромагнетизм и электромагнитная индукция