การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ลักษณะที่ปรากฏในการเหนี่ยวนำ EMF ของตัวนำ

ถ้าคุณใส่ สนามแม่เหล็ก ลวดและเลื่อนให้ข้ามเส้นสนามขณะที่มันเคลื่อนที่ลวดก็จะมี แรงเคลื่อนไฟฟ้าเรียกว่าการเหนี่ยวนำ EMF

EMF เหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในตัวนำแม้ว่าตัวนำจะยังคงอยู่กับที่และสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนผ่านตัวนำด้วยเส้นแรงของมัน

หากตัวนำที่เหนี่ยวนำ EMF เหนี่ยวนำถูกปิดไปยังวงจรภายนอกใด ๆ ภายใต้การกระทำของ EMF นี้ กระแสจะไหลผ่านวงจร ซึ่งเรียกว่า กระแสเหนี่ยวนำ

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำ EMF ในตัวนำเมื่อมันตัดผ่านเส้นสนามแม่เหล็กเรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับ กล่าวคือ การแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้กันอย่างแพร่หลายใน วิศวกรรมไฟฟ้า… อุปกรณ์ของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆขึ้นอยู่กับการใช้งาน

ขนาดและทิศทางของการเหนี่ยวนำ EMF

ให้เราพิจารณาว่าขนาดและทิศทางของ EMF ที่เกิดขึ้นในตัวนำจะเป็นอย่างไร

ขนาดของ EMF เหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับจำนวนของเส้นแรงที่ตัดผ่านเส้นลวดต่อหน่วยเวลา เช่น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของเส้นลวดในสนาม

ขนาดของ EMF ที่เหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วในการเคลื่อนที่ของตัวนำในสนามแม่เหล็ก

ขนาดของ EMF ที่เหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับความยาวของส่วนนั้นของเส้นลวดที่ถูกข้ามด้วยเส้นสนาม ยิ่งส่วนของตัวนำตัดผ่านเส้นสนามมากเท่าไร แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในที่สุด ยิ่งสนามแม่เหล็กแรงขึ้น นั่นคือ การเหนี่ยวนำยิ่งมาก EMF ในตัวนำที่ข้ามสนามนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้น ค่า EMF ของการเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำเมื่อเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำและความเร็วของการเคลื่อนที่

การพึ่งพานี้แสดงโดยสูตร E = Blv

โดยที่ E คือ EMF เหนี่ยวนำ B — การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก I คือความยาวของเส้นลวด v คือความเร็วของเส้นลวด

ต้องจำให้มั่นว่าในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก EMF ของการเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อตัวนำนี้ถูกข้ามโดยเส้นสนามแม่เหล็กของสนาม หากตัวนำเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนาม นั่นคือไม่ข้าม แต่ดูเหมือนว่าจะเลื่อนไปตามเส้นนั้น ก็จะไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้น ดังนั้น สูตรข้างต้นจะใช้ได้ก็ต่อเมื่อเส้นลวดเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับเส้นสนามแม่เหล็กเท่านั้น

ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (เช่นเดียวกับกระแสในเส้นลวด) ขึ้นอยู่กับทิศทางที่เส้นลวดเคลื่อนที่ มีกฎมือขวาสำหรับกำหนดทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำ

หากคุณจับฝ่ามือขวาของคุณเพื่อให้เส้นสนามแม่เหล็กเข้ามา และนิ้วหัวแม่มือที่งอจะระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ จากนั้นนิ้วทั้งสี่ที่ยื่นออกมาจะระบุทิศทางการกระทำของ EMF ที่เหนี่ยวนำและทิศทาง ของกระแสในตัวนำ

กฎมือขวา

การเหนี่ยวนำ EMF ในขดลวด

เราได้กล่าวไปแล้วว่าในการสร้าง EMF ของการเหนี่ยวนำในเส้นลวด จำเป็นต้องย้ายเส้นลวดเองหรือสนามแม่เหล็กเข้าไปในสนามแม่เหล็ก ในทั้งสองกรณี เส้นลวดต้องถูกข้ามโดยเส้นสนามแม่เหล็กของสนาม มิฉะนั้นจะไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เฉพาะในเส้นลวดตรงเท่านั้น แต่ยังเกิดในเส้นลวดที่บิดเป็นขดด้วย

เมื่อเข้าไปข้างใน ขดลวด ของแม่เหล็กถาวร EMF เกิดขึ้นเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กข้ามการหมุนของขดลวดนั่นคือในลักษณะเดียวกับเมื่อเคลื่อนลวดตรงในสนามแม่เหล็ก

หากแม่เหล็กถูกลดระดับลงในขดลวดอย่างช้าๆ EMF ที่เกิดขึ้นจะมีขนาดเล็กมากจนเข็มของอุปกรณ์อาจไม่เบี่ยงเบน หากแม่เหล็กถูกสอดเข้าไปในขดลวดอย่างรวดเร็ว การโก่งตัวของลูกศรจะมีขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าขนาดของ EMF เหนี่ยวนำและความแรงของกระแสในขดลวดขึ้นอยู่กับความเร็วของแม่เหล็กนั่นคือความเร็วของเส้นสนามของสนามที่ตัดผ่านขดลวด หากตอนนี้สลับกันโดยเริ่มจากแม่เหล็กแรงสูงแล้วใส่แม่เหล็กอ่อนเข้าไปในขดลวดด้วยความเร็วเท่ากัน คุณจะสังเกตได้ว่าเข็มของอุปกรณ์จะเบี่ยงเบนไปในมุมที่กว้างขึ้นด้วยแม่เหล็กแรงสูงมันหมายถึงขนาดของ EMF ที่เหนี่ยวนำและดังนั้นความแรงของกระแสในขดลวดจะขึ้นอยู่กับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็ก

ในที่สุดถ้าแม่เหล็กเดียวกันถูกนำมาใช้ที่ความเร็วเดียวกันก่อนอื่นเข้าไปในขดลวดที่มีจำนวนมากของการหมุนและจากนั้นด้วยจำนวนที่น้อยกว่ามาก ในกรณีแรกเข็มของอุปกรณ์จะเบี่ยงเบนไปในมุมที่มากกว่า ที่สอง. ซึ่งหมายความว่าขนาดของ EMF ที่เหนี่ยวนำและดังนั้นความแรงของกระแสในขดลวดจะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของมัน สามารถรับผลลัพธ์เดียวกันได้หากใช้แม่เหล็กไฟฟ้าแทนแม่เหล็กถาวร

ทิศทางการเหนี่ยวนำของ EMF ในขดลวดขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก วิธีกำหนดทิศทางของ EMF ของการเหนี่ยวนำ กฎหมายที่กำหนดโดย E. H. Lenz กล่าว

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของ Lenz

การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของฟลักซ์แม่เหล็กภายในขดลวดจะมาพร้อมกับลักษณะของ EMF ของการเหนี่ยวนำ และยิ่งการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กทะลุผ่านขดลวดได้เร็วเท่าไหร่ EMF ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

หากขดลวดที่สร้าง EMF เหนี่ยวนำถูกสร้างขึ้นถูกปิดไปยังวงจรภายนอก กระแสเหนี่ยวนำจะไหลผ่านรอบ ๆ ของมัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบ ๆ เส้นลวด ซึ่งจะทำให้ขดลวดกลายเป็นโซลินอยด์ ปรากฎว่าสนามแม่เหล็กภายนอกที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในขดลวด ซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองรอบๆ ขดลวด ซึ่งก็คือสนามกระแส

จากการศึกษาปรากฏการณ์นี้ E. H. Lenz ได้กำหนดกฎที่กำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในขดลวด และตามด้วย ทิศทางของ EMF เหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงจะสร้างกระแสในขดลวดในทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ป้องกันไม่ให้ฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกเปลี่ยนแปลง

กฎของ Lenz ใช้ได้กับทุกกรณีของการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในสายไฟ โดยไม่คำนึงถึงรูปร่างของสายไฟและการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กภายนอกเกิดขึ้นได้อย่างไร

เมื่อแม่เหล็กถาวรเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับขดลวดที่เชื่อมต่อกับขั้วของกัลวาโนมิเตอร์ หรือเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับแม่เหล็ก กระแสเหนี่ยวนำจะถูกสร้างขึ้น

กระแสเหนี่ยวนำในตัวนำขนาดใหญ่

ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถเหนี่ยวนำให้เกิด EMF ได้ ไม่เพียงแต่ในการหมุนของขดลวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวนำโลหะขนาดใหญ่ด้วย การเจาะทะลุความหนาของตัวนำขนาดใหญ่ ฟลักซ์แม่เหล็กทำให้เกิด EMF ในตัว ซึ่งสร้างกระแสเหนี่ยวนำ สิ่งเหล่านี้เรียกว่า กระแสน้ำวน กระจายไปทั่วเส้นลวดทึบและลัดวงจรในนั้น

แกนของหม้อแปลง, แกนแม่เหล็กของเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ เป็นเพียงสายไฟขนาดใหญ่ที่ได้รับความร้อนจากกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้น ดังนั้น ปรากฏการณ์นี้จึงไม่เป็นที่พึงปรารถนาเพื่อลดขนาดของกระแสเหนี่ยวนำ ส่วนต่างๆ ของ เครื่องจักรไฟฟ้าและแกนของหม้อแปลงมีขนาดไม่ใหญ่นัก แต่ประกอบด้วยแผ่นบาง ๆ หุ้มฉนวนด้วยกระดาษหรือชั้นเคลือบเงาฉนวน ดังนั้นเส้นทางการแพร่กระจายของกระแสวนตามมวลของตัวนำจึงถูกปิดกั้น

แต่ในทางปฏิบัติบางครั้ง กระแสน้ำวนยังใช้เป็นกระแสที่มีประโยชน์อีกด้วย การใช้กระแสเหล่านี้ขึ้นอยู่กับงาน เตาเผาความร้อนแบบเหนี่ยวนำ, มิเตอร์ไฟฟ้า และสิ่งที่เรียกว่าแดมเปอร์แม่เหล็กของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า

ดูสิ่งนี้ด้วย: ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในภาพวาด