Cîmp magnetic, inducţie electromagnetică

Atunci când un curent continuu trece printr-un conductor lung drept, în jurul lui se dezvoltă o forță de magnetizare și un câmp magnetic static. Dacă firul este apoi înfășurat într-o bobină, câmpul magnetic este puternic intensificat, producând un câmp magnetic static în jurul său, de forma unui magnet bară, care dă un pol nord și unul sud .

Bobină cu miez

Fluxul magnetic dezvoltat în jurul bobinei este proporțional cu cantitatea de curent care curge în înfășurările bobinei, așa cum este arătat. Dacă straturi suplimentare de sârmă sunt înfășurate pe aceeași bobină, cu același curent care curge prin ele, intensitatea câmpului magnetic static ar crește. Prin urmare, intensitatea câmpului magnetic al unei bobine este determinată de amperii-spire ale bobinei. Cu cât mai multe spire de sârmă în bobină, cu atât este mai mare rezistența câmpului magnetic static din jurul acesteia. De asemenea, dacă ținem magnetul bară staționar și am deplasat bobina înainte și înapoi în câmpul magnetic, un curent electric ar fi indus în bobină. Atunci, fie prin mișcarea firului, fie prin schimbarea câmpului magnetic, putem induce o tensiune și un curent în bobină și acest proces este cunoscut ca inducție electromagnetică și este principiul de bază al funcționării transformatoarelor și generatoarelor.

Inducția electromagnetică a fost descoperită pentru prima oară în anii 1830 de Michael Faraday. Faraday a observat că atunci când a mutat un magnet permanent în și dintr-o bobină sau dintr-o singură buclă de sârmă, a indus o forță electromotoare, cu alte cuvinte o tensiune și, prin urmare, a fost produs un curent. Deci, ceea ce a descoperit Michael Faraday a fost o modalitate de a produce un curent electric într-un circuit folosind doar forța unui câmp magnetic și nu a bateriilor. Aceasta conduce apoi la o lege foarte importantă care leagă electricitatea cu magnetismul, Legea lui Faraday a inducției electromagnetice.

Deci, cum funcționează acest lucru?

Când magnetul prezentat mai jos este deplasat spre "bobină", ​​acul galvanometrului, care este un ampermetru cu bobină mobilă foarte sensibil în poziția de zero (centrală), se va depărta de poziția sa centrală într-o singură direcție. Când magnetul se oprește din mișcare și este ținut staționar în ceea ce privește bobina, acul galvanometrului revine la zero deoarece nu există mișcare fizică a câmpului magnetic. De asemenea, atunci când magnetul este deplasat "departe" de bobină în cealaltă direcție, acul galvanometrului se deplasează în direcția opusă față de primul, indicând o schimbare a polarității. Atunci, prin deplasarea magnetului înainte și înapoi spre bobină, acul galvanometrului se va deplasa la stânga sau la dreapta, pozitiv sau negativ, în raport cu mișcarea de direcționare a magnetului.

Legea inducției a lui Faraday

Din descrierea de mai sus putem spune că există o relație între o tensiune electrică și un câmp magnetic variabil la care faimoasa lege a lui Michael Faraday despre inducția electromagnetică afirmă: "că o tensiune este indusă într-un circuit ori de câte ori există o mișcare relativă între un conductor și un magnetic câmp și că mărimea acestei tensiuni este proporțională cu rata de schimbare a fluxului". Altfel spus, inducția electromagnetică este procesul de utilizare a câmpurilor magnetice pentru a produce tensiune, iar în circuit închis, un curent. Deci, cât de multă tensiune poate fi indusă în bobină folosind doar magnetism? Acest lucru este determinat de următorii 3 factori diferiți:

• Creșterea numărului de spire de sârmă în bobină - Prin mărirea numărului de conductori individual tăiați prin câmpul magnetic, cantitatea de emf indusă produsă va fi suma tuturor buclelor individuale ale bobinei, astfel încât dacă există 20 de spire în bobină va fi de 20 de ori mai multă emf indusă decât într-o singură bucată de fir.

• Creșterea vitezei mișcării relative între bobină și magnet - Dacă aceeași sârmă a bobinei a trecut prin același câmp magnetic, dar viteza sa este mărită, sârma va tăia liniile de flux la o rată mai rapidă, astfel că ar fi produs mai multă emf indusă.

• Creșterea intensității câmpului magnetic - Dacă aceeași bobină de sârmă este deplasată la aceeași viteză printr-un câmp magnetic mai puternic, va fi produsă mai multă emf, deoarece există mai multe linii de forță de tăiat.

Dacă am reușit să deplasăm magnetul de mai sus în și în afara bobinei la o viteză constantă și la o distanță constantă fără oprire, am genera o tensiune indusă continuu care ar alterna între o polaritate pozitivă și o polaritate negativă producând o tensiune de ieșire AC sau alternativă și acesta este principiul de bază al modului în care un generator electric funcționează, similar cu cele utilizate în dinamuri și alternatoare de mașină. În generatoarele mici, cum ar fi dinamul bicicletei, un mic magnet permanent se rotește prin acțiunea roții bicicletei în interiorul unei bobine fixe. În mod alternativ, un electromagnet alimentat de o tensiune DC fixă ​​poate fi făcut să se rotească în interiorul unei bobine fixe, cum ar fi la generatoare de putere mare, producând în ambele cazuri un curent alternativ.

Generator simplu utilizând inducția magnetică

Generatorul simplu, de tip dinam, constă dintr-un magnet permanent care se rotește în jurul unui arbore central cu o bobină de sârmă plasată lângă acest câmp magnetic rotativ. Pe măsură ce magnetul se rotește, câmpul magnetic din partea de sus și de jos a bobinei se schimbă în mod constant între un pol nord și unul sud. Această mișcare de rotație a câmpului magnetic are ca rezultat o alternantă care este indusă în bobină, așa cum este definită de legea lui Faraday a inducției electromagnetice.

Video util (vizionează filmulețul)