การประยุกต์ใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์

คำว่า "การเหนี่ยวนำ" ในภาษารัสเซียหมายถึงกระบวนการกระตุ้น ทิศทาง การสร้างบางสิ่ง ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า คำนี้ใช้มานานกว่าสองศตวรรษ

หลังจากอ่านสิ่งพิมพ์ในปี ค.ศ. 1821 ที่อธิบายการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Oersted เกี่ยวกับการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็กใกล้กับตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า ไมเคิล ฟาราเดย์ตั้งเป้าหมายว่า: เปลี่ยนสนามแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า

หลังจากการวิจัย 10 ปี เขาได้กำหนดกฎพื้นฐานของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า โดยอธิบายว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำในวงจรปิดใดๆ ค่าของมันถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทะลุผ่านลูปที่พิจารณา แต่ใช้เครื่องหมายลบ

การส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระยะไกล

การเดาแรกที่เข้ามาในใจของนักวิทยาศาสตร์นั้นไม่ประสบความสำเร็จในทางปฏิบัติ

เขาวางสายปิดสองเส้นไว้ข้างกันใกล้กับเส้นหนึ่งฉันได้ติดตั้งเข็มแม่เหล็กเป็นตัวบ่งชี้กระแสที่ผ่าน และอีกเส้นหนึ่งฉันได้ให้แรงกระตุ้นจากแหล่งกัลวานิกอันทรงพลังในเวลานั้น: ขั้วโวลต์

ผู้วิจัยตั้งสมมติฐานว่าด้วยพัลส์ปัจจุบันในวงจรแรก สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในวงจรนั้นจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในสายที่สอง ซึ่งจะทำให้เข็มแม่เหล็กหันเห แต่ผลลัพธ์กลายเป็นลบ - ตัวบ่งชี้ไม่ทำงาน แต่เขาขาดความละเอียดอ่อน

สมองของนักวิทยาศาสตร์เล็งเห็นถึงการสร้างและส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระยะไกล ซึ่งปัจจุบันใช้ในการออกอากาศทางวิทยุ โทรทัศน์ การควบคุมแบบไร้สาย เทคโนโลยี Wi-Fi และอุปกรณ์ที่คล้ายกัน เขารู้สึกผิดหวังกับองค์ประกอบพื้นฐานที่ไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์วัดในเวลานั้น

การผลิตไฟฟ้า

หลังจากการทดลองที่เลวร้าย ไมเคิล ฟาราเดย์ได้เปลี่ยนเงื่อนไขของการทดลอง

สำหรับการทดลอง ฟาราเดย์ใช้ขดลวดวงปิดสองชุด ในวงจรแรก เขาป้อนกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด และในวงจรที่สอง เขาสังเกตลักษณะของ EMF กระแสที่ไหลผ่านขดลวด #1 จะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กรอบขดลวด ทะลุผ่านขดลวด #2 และสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวด

ระหว่างการทดลองของฟาราเดย์:

• เปิดพัลส์เพื่อจ่ายแรงดันให้กับวงจรด้วยคอยล์นิ่ง
• เมื่อใช้กระแส มันจะนำขดลวดบนเข้าสู่ขดลวดล่าง
• แก้ไขคอยล์หมายเลข 1 อย่างถาวรและนำคอยล์หมายเลข 2 เข้าไป
• เปลี่ยนความเร็วในการเคลื่อนที่ของขดลวดที่สัมพันธ์กัน

ในทุกกรณีนี้ เขาสังเกตเห็นการปรากฎตัวของการเหนี่ยวนำ EMF ในขดลวดที่สอง และด้วยไฟฟ้ากระแสตรงที่ไหลผ่านขดลวดหมายเลข 1 และขดลวดที่อยู่นิ่งเท่านั้น จึงไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า

นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า EMF ที่เหนี่ยวนำในขดลวดที่สองนั้นขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก เป็นสัดส่วนกับขนาดของมัน

รูปแบบเดียวกันนี้แสดงให้เห็นอย่างสมบูรณ์เมื่อผ่านวงปิด เส้นสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร ภายใต้อิทธิพลของ EMF กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในสายไฟ

ฟลักซ์แม่เหล็กในกรณีที่พิจารณาจะเปลี่ยนในลูป Sk ที่สร้างขึ้นโดยวงจรปิด

ดังนั้นการพัฒนาที่สร้างขึ้นโดยฟาราเดย์ทำให้สามารถวางโครงนำไฟฟ้าแบบหมุนได้ในสนามแม่เหล็ก

จากนั้นจึงสร้างการหมุนจำนวนมากในตลับลูกปืนโรตารีที่ปลายขดลวดมีการติดตั้งแหวนสลิปและแปรงเลื่อนไว้และโหลดถูกเชื่อมต่อผ่านขั้วต่อตัวเรือน ผลลัพธ์ที่ได้คือไดชาร์จที่ทันสมัย

การออกแบบที่เรียบง่ายนั้นถูกสร้างขึ้นเมื่อขดลวดถูกยึดเข้ากับตัวเครื่องที่อยู่กับที่ และระบบแม่เหล็กเริ่มหมุน ในกรณีนี้เกิดจากวิธีการสร้างกระแส การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ถูกละเมิดแต่อย่างใด

หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไมเคิล ฟาราเดย์เป็นผู้บุกเบิก ช่วยให้สามารถออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้าได้หลากหลาย มีโครงสร้างคล้ายกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: โรเตอร์และสเตเตอร์เคลื่อนที่ได้ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหมุน

กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าเท่านั้น ทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งส่งผลต่อสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ เป็นผลให้เกิดแรงที่หมุนเพลามอเตอร์ ดูในหัวข้อนี้ — หลักการทำงานและอุปกรณ์ของมอเตอร์ไฟฟ้า

การแปลงไฟฟ้า

ไมเคิล ฟาราเดย์กำหนดลักษณะที่ปรากฏของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดใกล้เคียงเมื่อสนามแม่เหล็กในขดลวดข้างเคียงเปลี่ยนไป

กระแสในขดลวดใกล้เคียงจะถูกเหนี่ยวนำเมื่อเปิดวงจรสวิตช์ในขดลวด 1 และจะมีอยู่ตลอดเวลาระหว่างการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังขดลวด 3

การทำงานของอุปกรณ์หม้อแปลงสมัยใหม่ทั้งหมดขึ้นอยู่กับคุณสมบัตินี้ ซึ่งเรียกว่าการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

เพื่อปรับปรุงการผ่านของฟลักซ์แม่เหล็ก พวกเขาได้พันขดลวดฉนวนไว้บนแกนร่วมที่มีความต้านทานแม่เหล็กน้อยที่สุด ทำจากเหล็กชนิดพิเศษและขึ้นรูปโดยการซ้อนแผ่นบาง ๆ ในรูปแบบของส่วนที่มีรูปร่างบางอย่างเรียกว่าแกนแม่เหล็ก

หม้อแปลงเนื่องจากการเหนี่ยวนำร่วมกัน ถ่ายโอนพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับจากขดลวดหนึ่งไปยังอีกขดลวดหนึ่ง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงจึงเกิดขึ้น การเปลี่ยนแปลงของค่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วอินพุตและเอาต์พุต

อัตราส่วนของจำนวนรอบในขดลวดจะกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงและความหนาของเส้นลวด โครงสร้างและปริมาตรของวัสดุหลัก — ค่าของกำลังส่ง กระแสไฟฟ้าที่ใช้งาน

การทำงานของตัวเหนี่ยวนำ

การรวมตัวของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านั้นสังเกตได้ในขดลวดเมื่อค่าของกระแสที่ไหลในนั้นเปลี่ยนไป กระบวนการนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง

เมื่อเปิดสวิตช์ในแผนภาพด้านบน กระแสเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนลักษณะของการเพิ่มขึ้นของเชิงเส้นในกระแสการทำงานในวงจร ตลอดจนระหว่างการปิดเครื่อง

เมื่อไม่ใช่ค่าคงที่ แต่มีการใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับกับลวดพันในขดลวด จากนั้นค่าของกระแสที่ลดลงโดยความต้านทานอุปนัยจะไหลผ่านพลังงานเหนี่ยวนำตัวเองเปลี่ยนเฟสปัจจุบันตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

ปรากฏการณ์นี้ใช้ในโช้คที่ออกแบบมาเพื่อลดกระแสขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้อุปกรณ์ดังกล่าว ในวงจรสำหรับให้แสงสว่างหลอดฟลูออเรสเซนต์.

คุณสมบัติของการออกแบบวงจรแม่เหล็กของโช้คคือช่องตัดของแผ่นซึ่งสร้างขึ้นเพื่อเพิ่มความต้านทานแม่เหล็กต่อฟลักซ์แม่เหล็กเนื่องจากการก่อตัวของช่องว่างอากาศ

โช้กที่มีตำแหน่งวงจรแม่เหล็กแบบแยกและปรับได้ใช้ในวิทยุและอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิด บ่อยครั้งที่สามารถพบได้ในการก่อสร้างหม้อแปลงเชื่อม พวกเขาลดขนาดของอาร์คไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรดให้มีค่าที่เหมาะสมที่สุด

เตาแม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เพียงปรากฏในสายไฟและขดลวดเท่านั้น แต่ยังปรากฏในวัตถุโลหะขนาดใหญ่อีกด้วย กระแสที่เหนี่ยวนำในนั้นมักจะเรียกว่า กระแสวน. ในระหว่างการทำงานของหม้อแปลงและโช้คจะทำให้เกิดความร้อนของวงจรแม่เหล็กและโครงสร้างทั้งหมด

เพื่อป้องกันปรากฏการณ์นี้ แกนทำจากแผ่นโลหะบาง ๆ และหุ้มฉนวนด้วยชั้นเคลือบเงาซึ่งป้องกันการผ่านของกระแสเหนี่ยวนำ

ในโครงสร้างความร้อน กระแสน้ำวนไม่จำกัด แต่สร้างเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการผ่าน เตาแม่เหล็กไฟฟ้า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตทางอุตสาหกรรมเพื่อสร้างอุณหภูมิสูง

อุปกรณ์วัดทางไฟฟ้า

อุปกรณ์เหนี่ยวนำขนาดใหญ่ยังคงทำงานเป็นไฟฟ้ามิเตอร์ไฟฟ้าที่มีดิสก์อลูมิเนียมหมุนคล้ายกับการสร้างรีเลย์กำลัง, ระบบหน้าปัดลดแรงสั่นสะเทือน, ทำงานบนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดแก๊สแม่เหล็ก

หากก๊าซนำไฟฟ้า ของเหลว หรือพลาสมาเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กแทนที่จะเป็นกรอบปิด ประจุไฟฟ้าภายใต้การกระทำของเส้นสนามแม่เหล็กจะเริ่มเบี่ยงเบนไปในทิศทางที่กำหนดอย่างเคร่งครัด ก่อตัวเป็นกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กของมันบนแผ่นสัมผัสอิเล็กโทรดที่ติดตั้งจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ภายใต้การกระทำของมัน กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในวงจรที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิด MHD

ดังนั้นกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจึงปรากฏในเครื่องกำเนิด MHD

ไม่มีส่วนหมุนที่ซับซ้อนเหมือนโรเตอร์ สิ่งนี้ทำให้การออกแบบง่ายขึ้นช่วยให้คุณเพิ่มอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการทำงานได้อย่างมากและในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ทำงานเป็นแหล่งสำรองหรือแหล่งฉุกเฉินที่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญในช่วงเวลาสั้นๆ

ดังนั้น กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งพิสูจน์โดยไมเคิล ฟาราเดย์ในคราวเดียว จึงยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน