Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը մի երևույթ է, որը բաղկացած է էլեկտրաշարժիչ ուժի կամ լարման առաջացումից մագնիսական դաշտում գտնվող մարմնում, որն անընդհատ փոփոխվում է: Էլեկտրաշարժիչ ուժը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի արդյունքում առաջանում է նաև, եթե մարմինը շարժվում է ստատիկ և ոչ միատեսակ մագնիսական դաշտում կամ պտտվում է մագնիսական դաշտում այնպես, որ նրա գծերը, որոնք հատում են փակ հանգույցը, փոխվում են:
:
Ինդուկացված էլեկտրական հոսանք
«Ինդուկցիա» հասկացության ներքո նշանակում է գործընթացի առաջացումը մեկ այլ գործընթացի ազդեցության արդյունքում: Օրինակ՝ էլեկտրական հոսանք կարող է առաջանալ, այսինքն՝ այն կարող է առաջանալ հաղորդիչը մագնիսական դաշտին հատուկ կերպով ենթարկելու արդյունքում։ Նման էլեկտրական հոսանքը կոչվում է ինդուկտացված: Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի արդյունքում էլեկտրական հոսանքի առաջացման պայմանները քննարկվում են ավելի ուշ հոդվածում։
Մագնիսական դաշտի հայեցակարգ
ԱռաջԷլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի ուսումնասիրությունը սկսելու համար անհրաժեշտ է հասկանալ, թե ինչ է իրենից ներկայացնում մագնիսական դաշտը: Պարզ ասած, մագնիսական դաշտը տարածության մի շրջան է, որտեղ մագնիսական նյութը ցուցադրում է իր մագնիսական ազդեցությունն ու հատկությունները: Տիեզերքի այս շրջանը կարելի է պատկերել՝ օգտագործելով գծեր, որոնք կոչվում են մագնիսական դաշտի գծեր: Այս տողերի թիվը ներկայացնում է ֆիզիկական մեծություն, որը կոչվում է մագնիսական հոսք: Մագնիսական դաշտի գծերը փակ են, դրանք սկսվում են մագնիսի հյուսիսային բևեռից և ավարտվում հարավում։
Մագնիսական դաշտը կարող է ազդել մագնիսական հատկություններ ունեցող ցանկացած նյութի վրա, օրինակ՝ էլեկտրական հոսանքի երկաթյա հաղորդիչների: Այս դաշտը բնութագրվում է մագնիսական ինդուկցիայով, որը նշվում է B և չափվում է տեսլաներով (T): 1 Տ մագնիսական ինդուկցիան շատ ուժեղ մագնիսական դաշտ է, որը գործում է 1 նյուտոն ուժով 1 կուլոն կետային լիցքի վրա, որը մագնիսական դաշտի գծերին ուղղահայաց թռչում է 1 մ/վ արագությամբ, այսինքն՝ 1 Տ=1 Ns / (mCl).
Ո՞վ է հայտնաբերել էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենը:
Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան, որի սկզբունքի վրա հիմնված են բազմաթիվ ժամանակակից սարքեր, հայտնաբերվել է XIX դարի 30-ականների սկզբին։ Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենի հայտնաբերումը սովորաբար վերագրվում է Մայքլ Ֆարադեյին (հայտնաբերման ամսաթիվը՝ 1831թ. օգոստոսի 29): Գիտնականը հիմնվել է դանիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Հանս Օերսթեդի փորձերի արդյունքների վրա, ով հայտնաբերել է, որ հաղորդիչը, որի միջով հոսում է էլեկտրական հոսանք, ստեղծում է.մագնիսական դաշտ իր շուրջը, այսինքն՝ այն սկսում է մագնիսական հատկություններ ցույց տալ։
Ֆարադեյն իր հերթին հայտնաբերել է Օրսթեդի հայտնաբերած ֆենոմենի հակառակը։ Նա նկատեց, որ փոփոխվող մագնիսական դաշտը, որը կարող է ստեղծվել հաղորդիչում էլեկտրական հոսանքի պարամետրերը փոխելով, հանգեցնում է ցանկացած հոսանքի հաղորդիչի ծայրերում պոտենցիալ տարբերության առաջացմանը։ Եթե այս ծայրերը միացված են, օրինակ, էլեկտրական լամպի միջոցով, ապա այդպիսի շղթայով էլեկտրական հոսանք կհոսի։
Արդյունքում Ֆարադեյը հայտնաբերեց ֆիզիկական պրոցես, որի արդյունքում հաղորդիչում առաջանում է էլեկտրական հոսանք՝ մագնիսական դաշտի փոփոխության պատճառով, որը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթն է։ Միևնույն ժամանակ, ինդուկտիվ հոսանքի ձևավորման համար կարևոր չէ, թե ինչ է շարժվում՝ մագնիսական դաշտը, թե հենց հաղորդիչը: Դա կարելի է հեշտությամբ ցույց տալ՝ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենի վերաբերյալ համապատասխան փորձ անցկացնելով։ Այսպիսով, տեղադրելով մագնիսը մետաղական պարույրի ներսում, մենք սկսում ենք այն տեղափոխել: Եթե պարույրի ծայրերը էլեկտրական հոսանքի ինչ-որ ցուցիչի միջոցով միացնեք շղթայի մեջ, կարող եք տեսնել հոսանքի տեսքը: Այժմ դուք պետք է հանգիստ թողնեք մագնիսը և պարույրը տեղափոխեք մագնիսի համեմատ վեր ու վար: Ցուցանիշը ցույց կտա նաև շղթայում հոսանքի առկայությունը։
Ֆարադայի փորձ
Ֆարադեյի փորձերը բաղկացած էին հաղորդիչով և մշտական մագնիսով աշխատելուց: Մայքլ Ֆարադեյն առաջին անգամ հայտնաբերեց, որ երբ հաղորդիչը շարժվում է մագնիսական դաշտի ներսում, դրա ծայրերում առաջանում է պոտենցիալ տարբերություն: Շարժվող դիրիժորը սկսում է հատել մագնիսական դաշտի գծերը, ինչը մոդելավորում էայս դաշտը փոխելու էֆեկտը։
Գիտնականը պարզել է, որ արդյունքում առաջացող պոտենցիալ տարբերության դրական և բացասական նշանները կախված են հաղորդիչի շարժման ուղղությունից: Օրինակ, եթե հաղորդիչը բարձրացված է մագնիսական դաշտում, ապա ստացված պոտենցիալ տարբերությունը կունենա +- բևեռականություն, բայց եթե այս հաղորդիչը իջեցվի, ապա մենք արդեն կստանանք -+ բևեռականություն: Պոտենցիալների նշանի այս փոփոխությունները, որոնց տարբերությունը կոչվում է էլեկտրաշարժիչ ուժ (EMF), հանգեցնում է փոփոխական հոսանքի փակ շղթայում հայտնվելուն, այսինքն՝ հոսանքի, որն անընդհատ փոխում է իր ուղղությունը դեպի հակառակը։
Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի առանձնահատկությունները հայտնաբերել է Ֆարադեյը
Իմանալով, թե ով է հայտնաբերել էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենը և ինչու է ինդուկտիվ հոսանք, մենք կբացատրենք այս երևույթի որոշ առանձնահատկություններ: Այսպիսով, որքան արագ շարժեք հաղորդիչը մագնիսական դաշտում, այնքան մեծ կլինի ինդուկտիվ հոսանքի արժեքը շղթայում: Երևույթի մեկ այլ առանձնահատկությունը հետևյալն է՝ որքան մեծ է դաշտի մագնիսական ինդուկցիան, այսինքն՝ որքան ուժեղ է այս դաշտը, այնքան մեծ է պոտենցիալ տարբերությունը, որը կարող է ստեղծել հաղորդիչը դաշտում տեղափոխելիս։ Եթե հաղորդիչը գտնվում է հանգստի վիճակում մագնիսական դաշտում, ապա դրա մեջ EMF չի առաջանում, քանի որ հաղորդիչը հատող մագնիսական ինդուկցիայի գծերի փոփոխություն չկա:
Էլեկտրական հոսանքի ուղղություն և ձախ ձեռքի կանոն
Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի արդյունքում ստեղծված էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչի ուղղությունը որոշելու համար կարող եք.օգտագործեք այսպես կոչված ձախ ձեռքի կանոնը: Այն կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ. եթե ձախ ձեռքը դրված է այնպես, որ մագնիսական ինդուկցիայի գծերը, որոնք սկսվում են մագնիսի հյուսիսային բևեռից, մտնեն ափի մեջ, իսկ դուրս ցցված բութ մատը ուղղվի դեպի հաղորդիչի շարժման ուղղությամբ։ մագնիսի դաշտը, ապա ձախ ձեռքի մնացած չորս մատները ցույց կտան հաղորդիչում առաջացած հոսանքի շարժման ուղղությունը:
Այս կանոնի մեկ այլ տարբերակ կա, այն հետևյալն է. եթե ձախ ձեռքի ցուցամատը ուղղված է մագնիսական ինդուկցիայի գծերի երկայնքով, իսկ դուրս ցցված բութ մատն ուղղված է հաղորդիչի ուղղությամբ, ապա միջնամատը 90 աստիճանով թեքված դեպի ափը ցույց կտա հաղորդիչում հայտնված հոսանքի ուղղությունը:
Ինքնադրման ֆենոմեն
Հանս Քրիստիան Էրսթեդը հայտնաբերել է մագնիսական դաշտի առկայությունը հոսանք ունեցող հաղորդիչի կամ կծիկի շուրջ: Գիտնականը նաև պարզել է, որ այս դաշտի բնութագրերն ուղղակիորեն կապված են հոսանքի ուժգնության և դրա ուղղության հետ։ Եթե կծիկի կամ հաղորդիչի հոսանքը փոփոխական է, ապա այն կառաջացնի մագնիսական դաշտ, որը անշարժ չի լինի, այսինքն՝ կփոխվի։ Իր հերթին, այս փոփոխական դաշտը կհանգեցնի ինդուկտիվ հոսանքի առաջացմանը (էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը): Ինդուկցիոն հոսանքի շարժումը միշտ հակառակ կլինի հաղորդիչով շրջանառվող փոփոխական հոսանքին, այսինքն՝ այն կդիմադրի հաղորդիչի կամ կծիկի հոսանքի ուղղության յուրաքանչյուր փոփոխության։ Այս գործընթացը կոչվում է ինքնահոսք: Ստացված էլեկտրական տարբերությունըպոտենցիալները կոչվում են ինքնաներդրման EMF:
Նկատի ունեցեք, որ ինքնաինդուկցիայի երևույթը տեղի է ունենում ոչ միայն հոսանքի ուղղության փոփոխության ժամանակ, այլ նաև այն ժամանակ, երբ այն փոխվում է, օրինակ, երբ մեծանում է շղթայում դիմադրության նվազման պատճառով:
Ինքնաինդուկցիայի հետևանքով շղթայում հոսանքի ցանկացած փոփոխության կողմից գործադրվող դիմադրության ֆիզիկական նկարագրության համար ներդրվել է ինդուկտիվության հայեցակարգը, որը չափվում է հենրիներով (ամերիկացի ֆիզիկոս Ջոզեֆ Հենրիի պատվին): One henry-ն այնպիսի ինդուկտիվություն է, որի դեպքում, երբ հոսանքը փոխվում է 1 ամպերով 1 վայրկյանում, ինքնաինդուկցիայի գործընթացում առաջանում է EMF, որը հավասար է 1 վոլտի:
Փոփոխական հոսանք
Երբ ինդուկտորը սկսում է պտտվել մագնիսական դաշտում, էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի հետևանքով առաջանում է ինդուկտիվ հոսանք։ Այս էլեկտրական հոսանքը փոփոխական է, այսինքն՝ այն համակարգված կերպով փոխում է ուղղությունը։
Փոփոխական հոսանքն ավելի տարածված է, քան ուղղակի հոսանքը: Այսպիսով, շատ սարքեր, որոնք աշխատում են կենտրոնական էլեկտրական ցանցից, օգտագործում են այս տեսակի հոսանք: Փոփոխական հոսանքը ավելի հեշտ է առաջացնել և տեղափոխել, քան ուղղակի հոսանքը: Որպես կանոն, կենցաղային փոփոխական հոսանքի հաճախականությունը 50-60 Հց է, այսինքն՝ 1 վայրկյանում դրա ուղղությունը փոխվում է 50-60 անգամ։
Փոփոխական հոսանքի երկրաչափական պատկերը սինուսոիդային կոր է, որը նկարագրում է լարման կախվածությունը ժամանակից: Կենցաղային հոսանքի համար սինուսոիդային կորի ամբողջական ժամանակահատվածը մոտավորապես 20 միլիվայրկյան է: Ըստ ջերմային ազդեցության՝ փոփոխական հոսանքը նման է հոսանքինDC, որի լարումը Umax/√2 է, որտեղ Umax AC սինուսոիդային կորի առավելագույն լարումն է:
Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օգտագործումը տեխնոլոգիայի մեջ
Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենի բացահայտումը իսկական բում առաջացրեց տեխնոլոգիաների զարգացման մեջ։ Մինչ այս հայտնագործությունը, մարդիկ կարող էին էլեկտրաէներգիա արտադրել միայն սահմանափակ քանակությամբ՝ օգտագործելով էլեկտրական մարտկոցներ։
Ներկայումս այս ֆիզիկական երևույթն օգտագործվում է էլեկտրական տրանսֆորմատորներում, ինդուկտացված հոսանքը ջերմության փոխարկող ջեռուցիչներում, ինչպես նաև էլեկտրական շարժիչներում և մեքենաների գեներատորներում:
