Ứng dụng thực tế của định luật Faraday về cảm ứng điện từ

Từ "cảm ứng" trong tiếng Nga có nghĩa là quá trình kích thích, hướng, tạo ra một cái gì đó. Trong kỹ thuật điện, thuật ngữ này đã được sử dụng hơn hai thế kỷ.

Sau khi đọc các ấn phẩm năm 1821 mô tả các thí nghiệm của nhà khoa học Đan Mạch Oersted về sự lệch của kim nam châm gần một dây dẫn mang dòng điện, Michael Faraday đã đặt ra cho mình nhiệm vụ: biến từ tính thành điện năng.

Kinh nghiệm của Oersted

Sau 10 năm nghiên cứu, ông đã xây dựng định luật cơ bản về cảm ứng điện từ, giải thích rằng một suất điện động được cảm ứng trong bất kỳ vòng kín nào. Giá trị của nó được xác định bởi tốc độ thay đổi của từ thông xuyên qua vòng được xem xét, nhưng được lấy bằng dấu trừ.

Truyền sóng điện từ đi xa

Dự đoán đầu tiên xuất hiện trong đầu nhà khoa học đã không đạt được thành công thực tế.

Faraday bán buôn

Anh ta đặt hai sợi dây kín cạnh nhau.Gần một cái, tôi lắp một kim nam châm làm kim chỉ thị dòng điện chạy qua, và ở sợi dây kia, tôi tạo ra một xung từ một nguồn điện cực mạnh thời bấy giờ: một cực vôn.

Nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng với một xung dòng điện trong mạch thứ nhất, từ trường thay đổi trong nó sẽ tạo ra một dòng điện trong dây thứ hai, dòng điện này sẽ làm lệch kim nam châm. Nhưng kết quả là tiêu cực - chỉ báo không hoạt động. Nói đúng hơn là anh thiếu nhạy cảm.

Bộ não của nhà khoa học dự đoán việc tạo và truyền sóng điện từ ở khoảng cách xa, hiện được sử dụng trong phát thanh, truyền hình, điều khiển không dây, công nghệ Wi-Fi và các thiết bị tương tự. Anh ta chỉ đơn giản là thất vọng vì cơ sở nguyên tố không hoàn hảo của các thiết bị đo lường thời đó.

Sóng điện từ truyền đi xa bằng hiện tượng cảm ứng

Sản xuất điện

Sau một thí nghiệm tồi tệ, Michael Faraday đã thay đổi các điều kiện của thí nghiệm.

Thí nghiệm của Faraday với cuộn dây

Đối với thí nghiệm, Faraday đã sử dụng hai cuộn dây vòng kín. Trong mạch đầu tiên, anh ấy cung cấp dòng điện từ một nguồn và trong mạch thứ hai, anh ấy quan sát thấy sự xuất hiện của EMF. Dòng điện đi qua các vòng của cuộn dây số 1 tạo ra từ thông xung quanh cuộn dây, xuyên qua cuộn dây số 2 và tạo thành một suất điện động trong đó.

Trong thí nghiệm của Faraday:

  • bật xung để cung cấp điện áp cho mạch có cuộn dây đứng yên;
  • khi dòng điện được đưa vào, nó đưa cuộn dây trên vào cuộn dây dưới;
  • cố định cuộn số 1 vĩnh viễn và đưa cuộn số 2 vào đó;
  • thay đổi tốc độ chuyển động của các cuộn dây so với nhau.

Trong tất cả các trường hợp này, ông đã quan sát thấy biểu hiện của cảm ứng EMF trong cuộn dây thứ hai. Và chỉ có dòng điện một chiều đi qua cuộn dây số 1 và cuộn dây đứng yên nên không có suất điện động.

Nhà khoa học xác định rằng EMF gây ra trong cuộn dây thứ hai phụ thuộc vào tốc độ thay đổi từ thông. Nó tỷ lệ thuận với kích thước của nó.

Mô hình tương tự được thể hiện đầy đủ khi vượt qua một vòng khép kín đường sức từ của một nam châm vĩnh cửu. Dưới ảnh hưởng của EMF, một dòng điện được tạo ra trong dây dẫn.

Từ thông trong trường hợp đang xét thay đổi trong vòng Sk do mạch kín tạo ra.

Dòng điện cảm ứng trong ống dây chuyển động trong từ trường của nam châm vĩnh cửu

Do đó, sự phát triển do Faraday tạo ra đã cho phép đặt một khung dẫn điện quay trong từ trường.


Thực hiện hiện tượng cảm ứng điện từ trong máy phát điện

Sau đó, nó được tạo thành từ một số lượng lớn các vòng cố định trong các ổ trục quay... Ở các đầu của cuộn dây, các vòng trượt và chổi trượt trên chúng được lắp đặt, và một tải được kết nối thông qua các đầu nối của vỏ. Kết quả là một máy phát điện hiện đại.

Thiết kế đơn giản hơn của nó được tạo ra khi cuộn dây được cố định trên vỏ cố định và hệ thống từ tính bắt đầu quay. Trong trường hợp này, phương pháp tạo ra dòng điện là do cảm ứng điện từ không bị vi phạm dưới bất kỳ hình thức nào.

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện

Định luật cảm ứng điện từ, mà Michael Faraday là người tiên phong, cho phép tạo ra nhiều kiểu dáng động cơ điện. Chúng có cấu trúc tương tự như máy phát điện: rôto và stato chuyển động tương tác với nhau do trường điện từ quay.

Dòng điện chỉ đi qua dây quấn stato của động cơ điện. Nó tạo ra một từ thông ảnh hưởng đến từ trường của rôto. Kết quả là, các lực phát sinh làm quay trục động cơ. Xem về chủ đề này - Nguyên lý hoạt động và thiết bị của động cơ điện

Ứng dụng cảm ứng từ trong động cơ điện

chuyển đổi điện năng

Michael Faraday đã xác định được sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây bên cạnh khi từ trường trong cuộn dây bên cạnh thay đổi.


Nguyên lý quy nạp lẫn nhau

Dòng điện trong cuộn dây gần đó được tạo ra khi bật mạch công tắc ở cuộn dây 1 và luôn xuất hiện trong quá trình vận hành máy phát đến cuộn dây 3.

Hoạt động của tất cả các thiết bị máy biến áp hiện đại đều dựa trên đặc tính này, cái gọi là cảm ứng lẫn nhau.

Nguyên lý hoạt động của máy biến ápĐể cải thiện sự đi qua của từ thông, chúng có các cuộn dây cách điện được đặt trên một lõi chung có điện trở từ tối thiểu. Nó được làm bằng các loại thép đặc biệt và được hình thành bằng cách xếp chồng các tấm mỏng dưới dạng các phần có hình dạng nhất định, được gọi là lõi từ tính.

Máy biến áp, do cảm ứng lẫn nhau, truyền năng lượng của trường điện từ xoay chiều từ cuộn dây này sang cuộn dây khác, do đó xảy ra sự thay đổi, biến đổi giá trị điện áp ở các đầu vào và đầu ra của nó.

Tỷ lệ số vòng dây trong cuộn dây xác định hệ số biến đổi và độ dày của dây, cấu tạo và thể tích của vật liệu lõi — giá trị của công suất truyền, dòng điện hoạt động.

Hoạt động của cuộn cảm

Biểu hiện của cảm ứng điện từ được quan sát thấy trong cuộn dây khi giá trị của dòng điện chạy trong nó thay đổi. Quá trình này được gọi là tự cảm ứng.


Cảm ứng trong cuộn dây riêng

Khi bật công tắc trong sơ đồ trên, dòng điện cảm ứng sẽ thay đổi đặc tính của sự gia tăng tuyến tính của dòng điện hoạt động trong mạch, cũng như trong quá trình tắt.

Khi không phải là một hằng số, mà là một điện áp xoay chiều được đặt vào cuộn dây được quấn trong cuộn dây, thì giá trị của dòng điện, được giảm bởi điện trở cảm ứng, sẽ chạy qua nó.Năng lượng tự cảm ứng làm lệch pha dòng điện đối với điện áp đặt vào.

Hiện tượng này được sử dụng trong các cuộn cảm được thiết kế để giảm dòng điện lớn xảy ra trong các điều kiện vận hành nhất định. Đặc biệt, các thiết bị như vậy được sử dụng trong mạch điện thắp sáng đèn huỳnh quang.


Nguyên lý sử dụng hiện tượng tự cảm ứng trong cuộn cảm

Đặc điểm của thiết kế mạch từ của cuộn cảm là phần cắt của các tấm được tạo ra để tăng thêm khả năng chống từ đối với từ thông do sự hình thành khe hở không khí.

Cuộn cảm với vị trí mạch từ phân chia và điều chỉnh được sử dụng trong nhiều thiết bị điện và radio. Rất thường xuyên, chúng có thể được tìm thấy trong quá trình chế tạo máy biến áp hàn. Chúng làm giảm độ lớn của hồ quang điện đi qua điện cực đến giá trị tối ưu.

lò cảm ứng

Hiện tượng cảm ứng điện từ không chỉ xuất hiện ở dây dẫn và cuộn dây mà còn ở bên trong bất kỳ vật kim loại khối lượng lớn nào. Dòng điện cảm ứng trong chúng thường gọi là dòng điện xoáy, trong quá trình vận hành máy biến áp và cuộn cảm, chúng gây nóng mạch từ và toàn bộ kết cấu.

Để ngăn chặn hiện tượng này, các lõi được làm bằng các tấm kim loại mỏng và được cách điện bằng một lớp vecni, ngăn dòng điện cảm ứng đi qua.

Trong các cấu trúc sưởi ấm, dòng điện xoáy không hạn chế mà tạo điều kiện thuận lợi nhất cho chúng đi qua. lò cảm ứng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp để tạo ra nhiệt độ cao.

Thiết bị đo điện kỹ thuật

Một lớp lớn các thiết bị cảm ứng tiếp tục hoạt động trong điện.Công tơ điện có đĩa nhôm quay tương tự như cấu tạo của rơle công suất, hệ thống quay số giảm chấn, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ.

Máy phát điện từ khí

Nếu thay vì một khung kín, một chất khí, chất lỏng hoặc plasma dẫn điện di chuyển trong trường của nam châm, thì các điện tích dưới tác dụng của các đường sức từ sẽ bắt đầu lệch theo các hướng xác định nghiêm ngặt, tạo thành dòng điện. Từ trường của nó trên các tấm tiếp xúc điện cực được gắn tạo ra một suất điện động. Dưới tác động của nó, một dòng điện được tạo ra trong mạch được kết nối với máy phát MHD.

Như vậy, định luật cảm ứng điện từ thể hiện ở máy phát điện MHD.


Sơ đồ làm việc của máy tạo khí từ tính

Không có bộ phận quay phức tạp như cánh quạt. Điều này giúp đơn giản hóa thiết kế, cho phép bạn tăng đáng kể nhiệt độ của môi trường làm việc, đồng thời hiệu quả phát điện. Máy phát điện MHD hoạt động như nguồn dự phòng hoặc nguồn khẩn cấp có khả năng tạo ra dòng điện đáng kể trong thời gian ngắn.

Do đó, định luật cảm ứng điện từ, được Michael Faraday chứng minh một thời, vẫn tiếp tục có liên quan cho đến ngày nay.

Chúng tôi khuyên bạn nên đọc:

Tại sao dòng điện nguy hiểm?