法拉第電磁感應定律的實際應用
俄語中的“歸納”一詞是指激發、引導、創造某物的過程。在電氣工程中,這個術語已經使用了兩個多世紀。
在閱讀了 1821 年描述丹麥科學家奧斯特關於磁針在攜帶電流的導體附近偏轉的實驗的出版物後,邁克爾法拉第給自己設定了任務:將磁力轉化為電能。
經過 10 年的研究,他制定了電磁感應的基本定律,解釋了在任何閉環中都會感應出電動勢。它的值由穿過所考慮環路的磁通量的變化率決定,但取負號。
電磁波遠距離傳輸
這位科學家想到的第一個猜測並沒有取得實際成功。
他並排放置了兩根閉合的電線。在一根附近,我安裝了一根磁針作為通過電流的指示器,在另一根導線中,我從當時強大的電流源:電壓極發出脈衝。
研究人員假設,在第一個電路中存在電流脈衝時,其中不斷變化的磁場會在第二個導線中感應出電流,從而使磁針偏轉。但結果是負面的 - 指標不起作用。相反,他缺乏敏感性。
科學家的大腦預見到遠距離電磁波的產生和傳輸,現在用於無線電廣播、電視、無線控制、Wi-Fi 技術和類似設備。他只是對當時測量設備不完善的元素基礎感到沮喪。
電力生產
在一次糟糕的實驗之後,邁克爾·法拉第改變了實驗條件。
在實驗中,法拉第使用了兩個閉環線圈。在第一個電路中,他從一個源提供電流,在第二個電路中,他觀察到 EMF 的出現。通過線圈#1 匝數的電流在線圈周圍產生磁通量,穿透線圈#2 並在其中形成電動勢。
在法拉第的實驗中:
- 打開一個脈衝,為帶有固定線圈的電路提供電壓;
- 通電時,將上線圈引入下線圈;
- 永久固定1號線圈並引入2號線圈;
- 改變了線圈相對於彼此的運動速度。
在所有這些情況下,他都觀察到了第二個線圈中 EMF 感應的表現。並且只有直流電通過 1 號繞組和固定線圈,沒有電動勢。
科學家確定第二個線圈中感應的電動勢取決於磁通量變化的速率。它與其大小成正比。
相同的模式在通過閉環時得到充分體現 永磁體的磁力線。 在 EMF 的影響下,導線中會產生電流。
在所考慮的情況下,磁通量在由閉合電路創建的環路 Sk 中發生變化。
因此,法拉第創造的發展使得將旋轉導電框架置於磁場中成為可能。
然後由固定在旋轉軸承中的大量匝組成,在線圈的末端安裝滑環和在其上滑動的電刷,並通過外殼端子連接負載。結果是現代交流發電機。
其更簡單的設計是在線圈固定在固定外殼上並且磁系統開始旋轉時創建的。在這種情況下,產生電流的方法是由於 電磁感應 沒有以任何方式違反。
電動機的工作原理
邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 開創的電磁感應定律允許各種電動機設計。它們具有與發電機類似的結構:可移動的轉子和定子,由於旋轉的電磁場而相互作用。
電流僅通過電動機的定子繞組。它感應出影響轉子磁場的磁通量。結果,產生了使電機軸旋轉的力。請參閱本主題 - 電動機的工作原理和裝置
電力改造
邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 確定了當相鄰線圈中的磁場發生變化時,附近線圈中會出現感應電動勢和感應電流。
當線圈 1 中的開關電路接通時,附近線圈中的電流會感應出來,並且在發電機運行期間始終存在於線圈 3 中。
所有現代變壓器設備的運行都是基於這種特性,即所謂的互感。
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變壓器由於互感作用,將交變電磁場的能量從一個線圈傳遞到另一個線圈,從而發生變化,即其輸入輸出端電壓值的變換。
繞組的匝數比決定了轉換係數、導線的粗細、芯材的結構和體積——傳輸功率的值、工作電流。
電感器的操作
當流過其中的電流值發生變化時,在線圈中觀察到電磁感應現象。這個過程稱為自感應。
上圖中開關導通時,感應電流改變了電路中工作電流線性增加的特性,關斷時也是如此。
當不是恆定的,而是將交流電壓施加到繞在線圈中的導線上時,電流值被電感電阻降低後流過它。自感應能量使電流相對於施加的電壓發生相移。
這種現像被用於設計用於減少在特定操作條件下出現的大電流的扼流圈。特別是,使用此類設備 在點亮熒光燈的電路中.
扼流圈磁路設計的特點是板材的切口,由於氣隙的形成,它的創建是為了進一步增加對磁通量的磁阻。
許多收音機和電子設備中都使用了分體式和可調磁路位置的扼流圈。它們經常出現在焊接變壓器的構造中。它們將通過電極的電弧幅度降低到最佳值。
電磁爐
電磁感應現像不僅表現在電線和線圈中,而且在任何大塊金屬物體內部也會表現出來。其中感應的電流通常稱為渦流。在變壓器和扼流圈運行期間,它們會導致磁路和整個結構發熱。
為防止這種現象,鐵芯由薄金屬片製成,並用一層清漆絕緣,以防止感應電流通過。
在加熱結構中,渦流不會限制,而是為它們的通過創造最有利的條件。 電磁爐 在工業生產中廣泛用於製造高溫。
電工測量設備
一大類感應裝置繼續在電力中運行。帶旋轉鋁盤的電錶類似於功率繼電器、阻尼刻度盤系統的結構,其工作原理是電磁感應。
氣磁發電機
如果不是封閉的框架,而是導電氣體、液體或等離子體在磁鐵的磁場中移動,那麼電荷在磁場線的作用下將開始沿嚴格定義的方向偏離,形成電流。它在安裝的電極接觸板上的磁場感應出電動勢。在它的作用下,在與磁流變發生器相連的電路中產生電流。
因此,電磁感應定律在 MHD 發電機中體現出來。
沒有像轉子這樣複雜的旋轉部件。這簡化了設計,使您可以顯著提高工作環境的溫度,同時提高發電效率。 MHD 發電機作為備用或應急電源運行,能夠在短時間內產生大量電力。
因此,邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 曾經證實的電磁感應定律在今天仍然適用。