Sebuah aplikasi praktis dari hukum induksi elektromagnetik Faraday
Kata "induksi" dalam bahasa Rusia berarti proses eksitasi, arah, penciptaan sesuatu. Dalam teknik kelistrikan, istilah ini telah digunakan selama lebih dari dua abad.
Setelah membaca publikasi tahun 1821 yang menjelaskan eksperimen ilmuwan Denmark Oersted pada defleksi jarum magnet di dekat konduktor yang membawa arus listrik, Michael Faraday menetapkan tugas untuk dirinya sendiri: mengubah magnet menjadi listrik.
Setelah 10 tahun penelitian, dia merumuskan hukum dasar induksi elektromagnetik, menjelaskan bahwa gaya gerak listrik diinduksi dalam loop tertutup apa pun. Nilainya ditentukan oleh laju perubahan fluks magnet yang menembus loop yang dimaksud, tetapi diambil dengan tanda minus.
Transmisi gelombang elektromagnetik pada jarak jauh
Tebakan pertama yang muncul di benak ilmuwan tidak dimahkotai dengan kesuksesan praktis.
Dia menempatkan dua kabel tertutup berdampingan.Di dekat satu saya memasang jarum magnet sebagai indikator arus yang lewat, dan di kabel lain saya memberikan impuls dari sumber galvanik yang kuat saat itu: tiang volt.
Peneliti berhipotesis bahwa dengan pulsa arus di sirkuit pertama, medan magnet yang berubah di dalamnya akan menginduksi arus di kabel kedua, yang akan membelokkan jarum magnet. Tetapi hasilnya ternyata negatif - indikatornya tidak berfungsi. Sebaliknya, dia kurang peka.
Otak ilmuwan meramalkan penciptaan dan transmisi gelombang elektromagnetik dari kejauhan, yang sekarang digunakan dalam penyiaran radio, televisi, kontrol nirkabel, teknologi Wi-Fi, dan perangkat serupa. Dia hanya dibuat frustrasi oleh dasar elemen yang tidak sempurna dari alat pengukur pada waktu itu.
Produksi listrik
Setelah percobaan yang buruk, Michael Faraday mengubah kondisi percobaan.
Untuk eksperimennya, Faraday menggunakan dua kumparan loop tertutup. Di sirkuit pertama dia memberi makan arus listrik dari sumber, dan di sirkuit kedua dia mengamati munculnya EMF. Arus yang melewati lilitan kumparan #1 menciptakan fluks magnet di sekitar kumparan, menembus kumparan #2 dan membentuk gaya gerak listrik di dalamnya.
Selama eksperimen Faraday:
- nyalakan pulsa untuk memasok tegangan ke sirkuit dengan gulungan stasioner;
- ketika arus diterapkan, itu memasukkan koil atas ke koil bawah;
- memperbaiki koil No.1 secara permanen dan memasukkan koil No.2 ke dalamnya;
- mengubah kecepatan gerakan kumparan relatif satu sama lain.
Dalam semua kasus ini dia mengamati manifestasi induksi EMF di kumparan kedua. Dan dengan hanya arus searah yang melewati belitan No. 1 dan kumparan stasioner, tidak ada gaya gerak listrik.
Ilmuwan menentukan bahwa EMF yang diinduksi dalam kumparan kedua bergantung pada laju perubahan fluks magnet. Ini sebanding dengan ukurannya.
Pola yang sama terwujud sepenuhnya saat melewati loop tertutup garis medan magnet magnet permanen. Di bawah pengaruh EMF, arus listrik dihasilkan di kabel.
Fluks magnet dalam kasus yang dipertimbangkan berubah dalam loop Sk yang dibuat oleh sirkuit tertutup.
Dengan demikian, perkembangan yang diciptakan oleh Faraday memungkinkan untuk menempatkan kerangka konduktif yang berputar dalam medan magnet.
Kemudian dibuat sejumlah besar belokan yang dipasang bantalan putar... Di ujung koil, cincin selip dan sikat geser dipasang di atasnya, dan beban dihubungkan melalui terminal rumahan. Hasilnya adalah alternator modern.
Desainnya yang lebih sederhana dibuat ketika koil dipasang pada rumah stasioner dan sistem magnet mulai berputar. Dalam hal ini, metode menghasilkan arus adalah karena induksi elektromagnetik tidak dilanggar dengan cara apapun.
Prinsip pengoperasian motor listrik
Hukum induksi elektromagnetik, yang dipelopori Michael Faraday, memungkinkan berbagai desain motor listrik. Mereka memiliki struktur yang mirip dengan generator: rotor dan stator yang dapat digerakkan yang berinteraksi satu sama lain karena medan elektromagnetik yang berputar.
Arus listrik hanya melewati belitan stator motor listrik. Ini menginduksi fluks magnet yang mempengaruhi medan magnet rotor. Akibatnya timbul gaya yang memutar poros motor. Lihat di topik ini — Prinsip operasi dan perangkat motor listrik
Transformasi listrik
Michael Faraday menentukan munculnya gaya gerak listrik induksi dan arus induksi pada kumparan terdekat ketika medan magnet pada kumparan tetangga berubah.
Arus di koil terdekat diinduksi ketika rangkaian sakelar dinyalakan di koil 1 dan selalu ada selama pengoperasian generator ke koil 3.
Pengoperasian semua perangkat transformator modern didasarkan pada sifat ini, yang disebut induksi timbal balik.
Transformer, karena induksi timbal balik, mentransfer energi medan elektromagnetik bolak-balik dari satu kumparan ke kumparan lainnya, sehingga terjadi perubahan, transformasi nilai tegangan pada terminal input dan outputnya.
Rasio jumlah belokan pada belitan menentukan koefisien transformasi, dan ketebalan kawat, konstruksi dan volume bahan inti - nilai daya yang ditransmisikan, arus operasi.
Pengoperasian induktor
Manifestasi induksi elektromagnetik diamati pada koil ketika nilai arus yang mengalir di dalamnya berubah. Proses ini disebut induksi diri.
Ketika sakelar dihidupkan pada diagram di atas, arus induksi mengubah karakter peningkatan linier dalam arus operasi di sirkuit, serta selama mematikan.
Ketika tidak konstan, tetapi tegangan bolak-balik diterapkan pada gulungan kawat di koil, maka nilai arus, dikurangi dengan resistansi induktif, mengalir melaluinya.Fase energi induksi sendiri-menggeser arus sehubungan dengan tegangan yang diberikan.
Fenomena ini digunakan pada choke yang dirancang untuk mengurangi arus besar yang terjadi pada kondisi pengoperasian tertentu. Secara khusus, perangkat tersebut digunakan di sirkuit untuk penerangan lampu neon.
Keunikan desain sirkuit magnetik choke adalah potongan pelat, yang dibuat untuk lebih meningkatkan resistansi magnetik terhadap fluks magnet karena pembentukan celah udara.
Tersedak dengan posisi sirkuit magnetik terpisah dan dapat disesuaikan digunakan di banyak perangkat radio dan listrik. Cukup sering mereka dapat ditemukan dalam konstruksi trafo las. Mereka mengurangi besarnya busur listrik yang melewati elektroda ke nilai optimal.
Oven induksi
Fenomena induksi elektromagnetik dimanifestasikan tidak hanya pada kabel dan gulungan, tetapi juga di dalam benda logam masif. Arus yang diinduksi di dalamnya biasanya disebut arus eddy... Selama pengoperasian transformator dan tersedak, menyebabkan pemanasan sirkuit magnetik dan seluruh struktur.
Untuk mencegah fenomena ini, inti dibuat dari lembaran logam tipis dan diisolasi dengan lapisan pernis, yang mencegah aliran arus induksi.
Dalam struktur pemanas, arus eddy tidak membatasi, tetapi menciptakan kondisi yang paling menguntungkan untuk jalurnya. Oven induksi banyak digunakan dalam produksi industri untuk menciptakan suhu tinggi.
Alat pengukur listrik
Kelas besar perangkat induksi terus beroperasi dalam listrik.Meteran listrik dengan cakram aluminium berputar mirip dengan konstruksi relai daya, sistem dial redaman, bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Generator magnet gas
Jika, alih-alih bingkai tertutup, gas konduktif, cairan, atau plasma bergerak di medan magnet, muatan listrik di bawah aksi garis medan magnet akan mulai menyimpang ke arah yang ditentukan secara ketat, membentuk arus listrik. Medan magnetnya pada pelat kontak elektroda yang terpasang menginduksi gaya gerak listrik. Di bawah aksinya, arus listrik dihasilkan di sirkuit yang terhubung ke generator MHD.
Dengan demikian, hukum induksi elektromagnetik memanifestasikan dirinya dalam generator MHD.
Tidak ada bagian berputar yang rumit seperti rotor. Ini menyederhanakan desain, memungkinkan Anda meningkatkan suhu lingkungan kerja secara signifikan dan pada saat yang sama efisiensi pembangkitan listrik. Generator MHD beroperasi sebagai cadangan atau sumber darurat yang mampu menghasilkan aliran listrik yang signifikan dalam waktu singkat.
Jadi, hukum induksi elektromagnetik, yang pernah dibuktikan oleh Michael Faraday, terus relevan hingga saat ini.