Die elektromagnetische Induktion ist definiert als die Induktion einer elektromotorischen Kraft (Spannung) in einem Medium oder in der Nähe eines Körpers aufgrund des Vorhandenseins eines sich ändernden Magnetfelds. Dieses Phänomen wurde vom britischen Physiker und Chemiker Michael Faraday im Laufe des Jahres 1831 durch das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion entdeckt.
Faraday führte experimentelle Tests mit einem Permanentmagneten durch, der von einer Drahtspule umgeben war, und beobachtete die Induktion einer Spannung an dieser Spule und die Zirkulation eines zugrunde liegenden Stroms.
Michael Faraday
Dieses Gesetz besagt, dass die induzierte Spannung in einem geschlossenen Regelkreis direkt proportional zur Änderungsrate des Magnetflusses ist, wenn dieser zeitlich durch eine Oberfläche läuft. Somit ist es möglich, das Vorhandensein einer Spannungsdifferenz (Spannung) an einem benachbarten Körper aufgrund des Einflusses variierender Magnetfelder zu induzieren.
Diese induzierte Spannung führt wiederum zur Zirkulation eines Stroms, der der induzierten Spannung und der Impedanz des zu analysierenden Objekts entspricht. Dieses Phänomen ist das Wirkprinzip von Stromversorgungssystemen und Geräten des täglichen Gebrauchs wie Motoren, Generatoren und elektrischen Transformatoren, Induktionsöfen, Induktivitäten, Batterien usw.
Formel und Einheiten
Die von Faraday beobachtete elektromagnetische Induktion wurde durch mathematische Modellierung mit der Welt der Wissenschaft geteilt, die es ermöglicht, diese Art von Phänomenen zu replizieren und ihr Verhalten vorherzusagen.
Formel
Um die elektrischen Parameter (Spannung, Strom) zu berechnen, die mit dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion verbunden sind, muss zunächst der Wert der magnetischen Induktion definiert werden, der derzeit als Magnetfeld bekannt ist.
Um zu wissen, welcher magnetische Fluss durch eine bestimmte Oberfläche fließt, muss das Produkt der magnetischen Induktion durch diese Fläche berechnet werden. So:
Wo:
Φ: Magnetfluss
B: Magnetische Induktion
S: Oberfläche
Das Faradaysche Gesetz besagt, dass die elektromotorische Kraft, die auf benachbarte Körper induziert wird, durch die Änderungsrate des Magnetflusses in Bezug auf die Zeit gegeben ist, wie nachstehend beschrieben:
Wo:
ε: Elektromotorische Kraft
Durch Ersetzen des Wertes des Magnetflusses im vorherigen Ausdruck erhalten wir Folgendes:
Wenn Integrale auf beide Seiten der Gleichung angewendet werden, um einen endlichen Pfad für die dem Magnetfluss zugeordnete Fläche abzugrenzen, wird eine genauere Annäherung an die erforderliche Berechnung erhalten.
Weiterhin ist auf diese Weise auch die Berechnung der elektromotorischen Kraft in einem geschlossenen Kreislauf begrenzt. Wenn also die Integration in beide Glieder der Gleichung angewendet wird, erhält man Folgendes:
Maßeinheit
Die magnetische Induktion wird im Internationalen Einheitensystem (SI) in Teslas gemessen. Diese Maßeinheit wird durch den Buchstaben T dargestellt und entspricht der Menge der folgenden Grundeinheiten.
Ein Tesla entspricht der gleichmäßigen magnetischen Induktion, die auf einer Fläche von einem Quadratmeter einen magnetischen Fluss von 1 Weber erzeugt.
Nach dem Cegesimal System of Units (CGS) ist die Maßeinheit für die magnetische Induktion das Gauß. Die Äquivalenzbeziehung zwischen beiden Einheiten ist wie folgt:
1 Tesla = 10.000 Gauß
Die Maßeinheit für die magnetische Induktion verdankt ihren Namen dem serbokroatischen Ingenieur, Physiker und Erfinder Nikola Tesla. Es wurde Mitte der 1960er Jahre so benannt.
Wie funktioniert es?
Es wird Induktion genannt, weil es keine physikalische Verbindung zwischen dem primären und dem sekundären Element gibt; folglich geschieht alles durch indirekte und immaterielle Verbindungen.
Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion tritt auf, wenn die Kraftlinien eines variablen Magnetfelds auf die freien Elektronen eines nahe gelegenen leitenden Elements einwirken.
Dazu muss das Objekt oder Medium, auf dem die Induktion stattfindet, senkrecht zu den Kraftlinien des Magnetfeldes angeordnet sein. Auf diese Weise ist die auf die freien Elektronen ausgeübte Kraft größer und folglich ist die elektromagnetische Induktion viel stärker.
Die Zirkulationsrichtung des induzierten Stroms ist wiederum durch die Richtung gegeben, die durch die Kraftlinien des variablen Magnetfelds gegeben ist.
Andererseits gibt es drei Methoden, mit denen der Magnetfeldfluss variiert werden kann, um eine elektromotorische Kraft auf einen nahe gelegenen Körper oder Gegenstand zu induzieren:
1- Ändern Sie das Modul des Magnetfelds durch Variationen in der Intensität des Flusses.
2- Ändern Sie den Winkel zwischen dem Magnetfeld und der Oberfläche.
3- Ändern Sie die Größe der inhärenten Oberfläche.
Sobald ein Magnetfeld modifiziert wurde, wird im benachbarten Objekt eine elektromotorische Kraft induziert, die in Abhängigkeit von dem Widerstand gegen die Stromzirkulation (Impedanz) einen induzierten Strom erzeugt.
In dieser Reihenfolge von Ideen ist der Anteil des induzierten Stroms abhängig von der physikalischen Konfiguration des Systems größer oder kleiner als der Primärstrom.
Beispiele
Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion ist die Grundlage für den Betrieb elektrischer Spannungswandler.
Das Transformationsverhältnis eines Spannungswandlers (Abwärts- oder Aufwärtsbewegung) ergibt sich aus der Anzahl der Wicklungen, die jede Transformatorwicklung aufweist.
Abhängig von der Anzahl der Spulen kann die Spannung an der Sekundärseite je nach Anwendung innerhalb des miteinander verbundenen elektrischen Systems höher (Aufwärtstransformator) oder niedriger (Abwärtstransformator) sein.
In ähnlicher Weise arbeiten auch Strom erzeugende Turbinen in Wasserkraftzentren dank elektromagnetischer Induktion.
In diesem Fall bewegen die Turbinenschaufeln die Drehachse, die sich zwischen der Turbine und dem Generator befindet. Dies führt dann zur Mobilisierung des Rotors.
Der Rotor besteht wiederum aus einer Reihe von Wicklungen, die in Bewegung ein variables Magnetfeld erzeugen.
Letzteres induziert eine elektromotorische Kraft im Stator des Generators, die mit einem System verbunden ist, mit dem die während des Prozesses erzeugte Energie online transportiert werden kann.
Anhand der beiden oben aufgeführten Beispiele kann festgestellt werden, wie elektromagnetische Induktion in elementaren Anwendungen des Alltags Teil unseres Lebens ist.
Verweise
- Elektromagnetische Induktion (sf). Wiederhergestellt von: electronic-tutorials.ws
- Elektromagnetische Induktion (sf). Wiederhergestellt von: nde-ed.org
- Heute in der Geschichte. 29. August 1831: Elektromagnetische Induktion wurde entdeckt. Wiederhergestellt von: mx.tuhistory.com
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- Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2018). Tesla (Einheit). Wiederhergestellt von: es.wikipedia.org