Una aplicación práctica de la ley de inducción electromagnética de Faraday
La palabra "inducción" en ruso significa los procesos de excitación, dirección, creación de algo. En ingeniería eléctrica, este término se ha utilizado durante más de dos siglos.
Después de leer las publicaciones de 1821 que describen los experimentos del científico danés Oersted sobre las desviaciones de una aguja magnética cerca de un conductor que lleva una corriente eléctrica, Michael Faraday se dio a la tarea: convertir el magnetismo en electricidad.
Luego de 10 años de investigación, formuló la ley básica de la inducción electromagnética, explicando que una fuerza electromotriz es inducida en cualquier lazo cerrado. Su valor está determinado por la tasa de cambio del flujo magnético que penetra en el bucle considerado, pero se toma con un signo menos.
Transmisión de ondas electromagnéticas a distancia.
La primera conjetura que vino a la mente del científico no fue coronada con éxito práctico.
Colocó dos alambres cerrados uno al lado del otro.Cerca de uno instalé una aguja magnética como indicador del paso de corriente, y en el otro alambre di un impulso de una poderosa fuente galvánica de la época: un voltio.
El investigador planteó la hipótesis de que con un pulso de corriente en el primer circuito, el campo magnético cambiante induciría una corriente en el segundo cable, que desviaría la aguja magnética. Pero el resultado resultó ser negativo: el indicador no funciona. Más bien, le faltaba sensibilidad.
El cerebro del científico prevé la creación y transmisión de ondas electromagnéticas a distancia, que ahora se utilizan en transmisiones de radio, televisión, control inalámbrico, tecnologías Wi-Fi y dispositivos similares. Simplemente estaba frustrado por la base de elementos imperfectos de los dispositivos de medición de ese tiempo.
La producción de electricidad
Después de un mal experimento, Michael Faraday cambió las condiciones del experimento.
Para el experimento, Faraday usó dos bobinas de circuito cerrado. En el primer circuito alimentó una corriente eléctrica de una fuente, y en el segundo observó la aparición de un EMF. La corriente que pasa a través de las espiras de la bobina #1 crea un flujo magnético alrededor de la bobina, penetra en la bobina #2 y forma una fuerza electromotriz en ella.
Durante el experimento de Faraday:
- encienda un pulso para suministrar voltaje al circuito con bobinas estacionarias;
- cuando se aplicó la corriente, introdujo la bobina superior en la bobina inferior;
- fijó la bobina No. 1 permanentemente e introdujo la bobina No. 2 en ella;
- cambió la velocidad de movimiento de las bobinas entre sí.
En todos estos casos, observó la manifestación de la inducción de EMF en la segunda bobina. Y con solo corriente directa pasando a través del devanado No. 1 y las bobinas estacionarias, no había fuerza electromotriz.
El científico determinó que la EMF inducida en la segunda bobina depende de la velocidad a la que cambia el flujo magnético. Es proporcional a su tamaño.
El mismo patrón se manifiesta completamente al pasar por un circuito cerrado líneas de campo magnético de un imán permanente. Bajo la influencia de EMF, se genera una corriente eléctrica en el cable.
El flujo magnético en el caso considerado cambia en el bucle Sk creado por un circuito cerrado.
Así, el desarrollo creado por Faraday hizo posible colocar un marco conductor giratorio en un campo magnético.
Luego se hizo de una gran cantidad de vueltas fijadas en cojinetes giratorios.En los extremos de la bobina, se instalaron anillos colectores y cepillos que se deslizaban sobre ellos, y se conectó una carga a través de los terminales de la carcasa. El resultado es un alternador moderno.
Su diseño más simple se crea cuando la bobina se fija en una carcasa estacionaria y el sistema magnético comienza a girar. En este caso, el método de generación de corrientes se debe a inducción electromagnética no violado de ninguna manera.
El principio de funcionamiento de los motores eléctricos.
La ley de la inducción electromagnética, de la que Michael Faraday fue pionero, permite una variedad de diseños de motores eléctricos. Tienen una estructura similar a los generadores: un rotor y un estator móviles que interactúan entre sí debido a los campos electromagnéticos giratorios.
La corriente eléctrica solo pasa a través del devanado del estator del motor eléctrico. Induce un flujo magnético que afecta el campo magnético del rotor. Como resultado, surgen fuerzas que hacen girar el eje del motor. Ver sobre este tema — El principio de funcionamiento y el dispositivo del motor eléctrico.
Transformación de electricidad
Michael Faraday determinó la aparición de una fuerza electromotriz inducida y una corriente inducida en una bobina cercana cuando cambiaba el campo magnético en la bobina vecina.
La corriente en la bobina cercana se induce cuando el circuito del interruptor se enciende en la bobina 1 y siempre está presente durante la operación del generador a la bobina 3.
El funcionamiento de todos los dispositivos transformadores modernos se basa en esta propiedad, la llamada inducción mutua.
Los transformadores, por inducción mutua, transfieren la energía de un campo electromagnético alterno de una bobina a otra, por lo que se produce un cambio, una transformación del valor del voltaje en sus terminales de entrada y salida.
La relación del número de vueltas en los devanados determina el coeficiente de transformación y el grosor del cable, la construcción y el volumen del material del núcleo: el valor de la potencia transmitida, la corriente de funcionamiento.
Funcionamiento de inductores
La manifestación de la inducción electromagnética se observa en la bobina cuando cambia el valor de la corriente que fluye en ella. Este proceso se llama autoinducción.
Cuando se enciende el interruptor en el diagrama anterior, la corriente inducida cambia el carácter del aumento lineal en la corriente de operación en el circuito, así como durante el apagado.
Cuando no se aplica un voltaje constante, sino alterno, al cable enrollado en la bobina, entonces el valor de la corriente, reducido por la resistencia inductiva, fluye a través de él.La energía de autoinducción cambia de fase la corriente con respecto al voltaje aplicado.
Este fenómeno se utiliza en estranguladores diseñados para reducir las grandes corrientes que se producen en determinadas condiciones de funcionamiento. En particular, estos dispositivos se utilizan en el circuito para encender lámparas fluorescentes.
La característica del diseño del circuito magnético del estrangulador es el recorte de las placas, que se crea para aumentar aún más la resistencia magnética al flujo magnético debido a la formación de un espacio de aire.
Los choques con posición de circuito magnético dividida y ajustable se utilizan en muchos dispositivos de radio y eléctricos. Muy a menudo se pueden encontrar en la construcción de transformadores de soldadura. Reducen la magnitud del arco eléctrico que pasa a través del electrodo al valor óptimo.
hornos de inducción
El fenómeno de la inducción electromagnética se manifiesta no solo en cables y bobinas, sino también en el interior de cualquier objeto metálico masivo. Las corrientes inducidas en ellos suelen denominarse corrientes de Foucault y, durante el funcionamiento de los transformadores y bobinas, provocan el calentamiento del circuito magnético y de toda la estructura.
Para evitar este fenómeno, los núcleos están fabricados con finas láminas de metal y aislados con una capa de barniz, que impide el paso de corrientes inducidas.
En las estructuras de calefacción, las corrientes de Foucault no limitan, sino que crean las condiciones más favorables para su paso. hornos de inducción son ampliamente utilizados en la producción industrial para crear altas temperaturas.
Dispositivos de medición electrotécnica
Una gran clase de dispositivos de inducción continúa operando con electricidad.Los medidores eléctricos con un disco de aluminio giratorio similar a la construcción de un relé de potencia, sistemas de dial de amortiguación, funcionan según el principio de inducción electromagnética.
Generadores magnéticos de gas
Si, en lugar de un marco cerrado, un gas conductor, líquido o plasma se mueve en el campo de un imán, entonces las cargas de electricidad bajo la acción de las líneas del campo magnético comenzarán a desviarse en direcciones estrictamente definidas, formando una corriente eléctrica. Su campo magnético en las placas de contacto de los electrodos montados induce una fuerza electromotriz. Bajo su acción, se genera una corriente eléctrica en el circuito conectado al generador MHD.
Así, la ley de la inducción electromagnética se manifiesta en los generadores MHD.
No hay piezas giratorias complicadas como el rotor. Esto simplifica el diseño, le permite aumentar significativamente la temperatura del entorno de trabajo y, al mismo tiempo, la eficiencia de la generación de electricidad. Los generadores MHD funcionan como fuentes de respaldo o de emergencia capaces de generar flujos significativos de electricidad por períodos cortos de tiempo.
Por lo tanto, la ley de la inducción electromagnética, fundamentada en un momento por Michael Faraday, sigue siendo relevante hoy.