Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likuma praktisks pielietojums
Vārds "indukcija" krievu valodā nozīmē ierosināšanas, virzīšanas, kaut kā radīšanas procesus. Elektrotehnikā šis termins ir lietots vairāk nekā divus gadsimtus.
Izlasījis 1821. gada publikācijas, kurās aprakstīti dāņu zinātnieka Oersteda eksperimenti par magnētiskās adatas novirzēm pie vadītāja, kas nes elektrisko strāvu, Maikls Faradejs izvirzīja sev uzdevumu: pārveidot magnētismu elektrībā.
Pēc 10 gadu pētījumiem viņš formulēja elektromagnētiskās indukcijas pamatlikumu, paskaidrojot, ka jebkurā slēgtā kontūrā tiek inducēts elektromotora spēks. Tās vērtību nosaka magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums, kas iekļūst aplūkotajā cilpā, bet tiek ņemts ar mīnusa zīmi.
Elektromagnētisko viļņu pārraide no attāluma
Pirmais minējums, kas zinātniekam ienāca prātā, nebija vainagojies praktiskiem panākumiem.
Viņš novietoja divus slēgtus vadus blakus.Pie viena es uzstādīju magnētisko adatu kā plūstošās strāvas indikatoru, bet otrā vadā devu impulsu no tā laika spēcīga galvaniskā avota: voltu staba.
Pētnieks izvirzīja hipotēzi, ka ar strāvas impulsu pirmajā ķēdē tajā mainīgais magnētiskais lauks inducētu strāvu otrajā vadā, kas novirzītu magnētisko adatu. Bet rezultāts izrādījās negatīvs - indikators nedarbojas. Drīzāk viņam trūka jūtīguma.
Zinātnieka smadzenes paredz elektromagnētisko viļņu radīšanu un pārraidi no attāluma, ko tagad izmanto radio apraidē, televīzijā, bezvadu kontrolē, Wi-Fi tehnoloģijās un līdzīgās ierīcēs. Viņu vienkārši sarūgtināja tā laika mērierīču nepilnīgā elementu bāze.
Elektrības ražošana
Pēc slikta eksperimenta Maikls Faradejs mainīja eksperimenta nosacījumus.
Eksperimentā Faradejs izmantoja divas slēgta cikla spoles. Pirmajā ķēdē viņš baroja elektrisko strāvu no avota, bet otrajā viņš novēroja EML parādīšanos. Strāva, kas iet caur spoles #1 pagriezieniem, rada magnētisko plūsmu ap spoli, iekļūst spolē #2 un veido tajā elektromotora spēku.
Faradeja eksperimenta laikā:
- ieslēdziet impulsu, lai piegādātu spriegumu ķēdei ar stacionārām spolēm;
- kad tika pielietota strāva, tā ievadīja augšējo spoli apakšējā spolē;
- fiksēto spoli Nr.1 pastāvīgi un tajā ievadīja spoli Nr.2;
- mainīja spoļu kustības ātrumu attiecībā pret otru.
Visos šajos gadījumos viņš novēroja EML indukcijas izpausmi otrajā spolē. Un tikai ar līdzstrāvu, kas iet caur tinumu Nr.1 un stacionārām spolēm, nebija elektromotora spēka.
Zinātnieks noteica, ka otrajā spolē inducētais EML ir atkarīgs no magnētiskās plūsmas maiņas ātruma. Tas ir proporcionāls tā izmēram.
Tas pats modelis pilnībā izpaužas, izejot slēgto cilpu pastāvīgā magnēta magnētiskā lauka līnijas. EML ietekmē vadā tiek ģenerēta elektriskā strāva.
Magnētiskā plūsma aplūkotajā gadījumā mainās cilpā Sk, ko rada slēgta ķēde.
Tādējādi Faradeja radītā attīstība ļāva novietot rotējošu vadošu rāmi magnētiskajā laukā.
Pēc tam to veidoja no liela skaita pagriezienu, kas fiksēti rotējošajos gultņos.Spoles galos tika uzstādīti slīdgredzeni un uz tiem slīdošās birstes, un caur korpusa spailēm tika pieslēgta slodze. Rezultāts ir moderns ģenerators.
Tās vienkāršāks dizains tiek izveidots, kad spole ir piestiprināta pie stacionāra korpusa un magnētiskā sistēma sāk griezties. Šajā gadījumā strāvu ģenerēšanas metode ir saistīta ar elektromagnētiskā indukcija nekādā veidā nav pārkāpts.
Elektromotoru darbības princips
Elektromagnētiskās indukcijas likums, kura aizsācējs bija Maikls Faradejs, pieļauj dažādas elektromotoru konstrukcijas. Tiem ir līdzīga struktūra kā ģeneratoriem: kustīgs rotors un stators, kas mijiedarbojas viens ar otru rotējošu elektromagnētisko lauku dēļ.
Elektriskā strāva iet tikai caur elektromotora statora tinumu. Tas izraisa magnētisko plūsmu, kas ietekmē rotora magnētisko lauku. Tā rezultātā rodas spēki, kas griež motora vārpstu. Skatīt par šo tēmu — Elektromotora darbības princips un ierīce
Elektrības transformācija
Maikls Faradejs noteica inducēta elektromotora spēka un inducētās strāvas parādīšanos tuvējā spolē, kad mainījās magnētiskais lauks blakus esošajā spolē.
Strāva blakus esošajā spolē tiek inducēta, kad slēdža ķēde ir ieslēgta 1. spolē, un tā vienmēr atrodas ģeneratora darbības laikā uz spoli 3.
Visu mūsdienu transformatoru ierīču darbība balstās uz šo īpašību, tā saukto savstarpējo indukciju.
Transformatori savstarpējās indukcijas dēļ pārnes mainīga elektromagnētiskā lauka enerģiju no vienas spoles uz otru, tāpēc notiek izmaiņas, sprieguma vērtības transformācija tās ieejas un izejas spailēs.
Apgriezienu skaita attiecība tinumos nosaka transformācijas koeficientu, bet stieples biezumu, serdes materiāla uzbūvi un tilpumu - pārvadītās jaudas vērtību, darba strāvu.
Induktoru darbība
Elektromagnētiskās indukcijas izpausme tiek novērota spolē, kad mainās tajā plūstošās strāvas vērtība. Šo procesu sauc par pašindukciju.
Kad slēdzis ir ieslēgts iepriekš minētajā diagrammā, inducētā strāva maina darbības strāvas lineārā pieauguma raksturu ķēdē, kā arī izslēgšanas laikā.
Kad spolē ietītajam vadam tiek pielikts nevis konstants, bet gan maiņspriegums, tad caur to plūst strāvas vērtība, kas samazināta par induktīvo pretestību.Pašindukcijas enerģijas fāze maina strāvu attiecībā pret pielietoto spriegumu.
Šo parādību izmanto droseļos, kas ir paredzēti, lai samazinātu lielo strāvu, kas rodas noteiktos darbības apstākļos. Jo īpaši tiek izmantotas šādas ierīces luminiscences spuldžu apgaismošanas ķēdē.
Droseles magnētiskās ķēdes dizaina iezīme ir plākšņu izgriezums, kas izveidots, lai vēl vairāk palielinātu magnētisko pretestību pret magnētisko plūsmu gaisa spraugas veidošanās dēļ.
Droseles ar dalītu un regulējamu magnētiskās ķēdes pozīciju tiek izmantotas daudzās radio un elektriskās ierīcēs. Diezgan bieži tos var atrast metināšanas transformatoru konstrukcijā. Tie samazina caur elektrodu izvadītā elektriskā loka lielumu līdz optimālajai vērtībai.
Indukcijas krāsnis
Elektromagnētiskās indukcijas parādība izpaužas ne tikai vados un spoles, bet arī jebkuru masīvu metāla priekšmetu iekšpusē. Tajos inducētās strāvas parasti sauc par virpuļstrāvām.Transformatoru un droseles darbības laikā tās izraisa magnētiskās ķēdes un visas konstrukcijas uzkaršanu.
Lai novērstu šo parādību, serdeņi ir izgatavoti no plānām metāla loksnēm un izolēti ar lakas slāni, kas novērš inducēto strāvu pāreju.
Apkures konstrukcijās virpuļstrāvas neierobežo, bet rada vislabvēlīgākos apstākļus to pārejai. Indukcijas krāsnis tiek plaši izmantoti rūpnieciskajā ražošanā, lai radītu augstu temperatūru.
Elektrotehniskās mērierīces
Liela indukcijas ierīču klase turpina darboties elektrībā.Elektriskie skaitītāji ar rotējošu alumīnija disku līdzīgi jaudas releja konstrukcijai, amortizācijas skalu sistēmas, darbojas pēc elektromagnētiskās indukcijas principa.
Gāzes magnētiskie ģeneratori
Ja slēgta rāmja vietā magnēta laukā pārvietojas vadoša gāze, šķidrums vai plazma, tad elektroenerģijas lādiņi magnētiskā lauka līniju iedarbībā sāks novirzīties stingri noteiktos virzienos, veidojot elektrisko strāvu. Tā magnētiskais lauks uz uzstādītajām elektrodu kontaktplāksnēm inducē elektromotora spēku. Tās darbības laikā MHD ģeneratoram pievienotajā ķēdē tiek ģenerēta elektriskā strāva.
Tādējādi MHD ģeneratoros izpaužas elektromagnētiskās indukcijas likums.
Nav tādu sarežģītu rotējošu daļu kā rotors. Tas vienkāršo konstrukciju, ļauj ievērojami paaugstināt darba vides temperatūru un vienlaikus arī elektroenerģijas ražošanas efektivitāti. MHD ģeneratori darbojas kā rezerves vai avārijas avoti, kas īsā laika periodā spēj radīt ievērojamas elektroenerģijas plūsmas.
Tādējādi elektromagnētiskās indukcijas likums, kuru savulaik pamatoja Maikls Faradejs, joprojām ir aktuāls mūsdienās.