Uma aplicação prática da lei de indução eletromagnética de Faraday
A palavra "indução" em russo significa os processos de excitação, direção, criação de algo. Na engenharia elétrica, esse termo é usado há mais de dois séculos.
Depois de ler as publicações de 1821 descrevendo os experimentos do cientista dinamarquês Oersted sobre as deflexões de uma agulha magnética perto de um condutor que transporta uma corrente elétrica, Michael Faraday se propôs a tarefa: converter o magnetismo em eletricidade.
Após 10 anos de pesquisa, ele formulou a lei básica da indução eletromagnética, explicando que uma força eletromotriz é induzida em qualquer circuito fechado. Seu valor é determinado pela taxa de variação do fluxo magnético que penetra no loop considerado, mas tomado com um sinal de menos.
Transmissão de ondas eletromagnéticas à distância
O primeiro palpite que veio à mente do cientista não foi coroado de sucesso prático.
Ele colocou dois fios fechados lado a lado.Perto de um instalei uma agulha magnética como indicador da corrente que passava, e no outro fio dei um impulso de uma poderosa fonte galvânica da época: um pólo de volt.
O pesquisador levantou a hipótese de que, com um pulso de corrente no primeiro circuito, a mudança do campo magnético nele induziria uma corrente no segundo fio, que desviaria a agulha magnética. Mas o resultado acabou sendo negativo - o indicador não funciona. Em vez disso, ele não tinha sensibilidade.
O cérebro do cientista prevê a criação e transmissão de ondas eletromagnéticas à distância, que hoje são utilizadas em radiodifusão, televisão, controle sem fio, tecnologias Wi-Fi e dispositivos similares. Ele estava simplesmente frustrado com a base de elementos imperfeitos dos aparelhos de medição da época.
Produção de eletricidade
Depois de um experimento ruim, Michael Faraday mudou as condições do experimento.
Para o experimento, Faraday usou duas bobinas de circuito fechado. No primeiro circuito ele alimentou uma corrente elétrica de uma fonte, e no segundo ele observou o aparecimento de um EMF. A corrente que passa pelas voltas da bobina nº 1 cria um fluxo magnético ao redor da bobina, penetra na bobina nº 2 e forma uma força eletromotriz nela.
Durante o experimento de Faraday:
- ligue um pulso para fornecer tensão ao circuito com bobinas estacionárias;
- quando a corrente foi aplicada, introduziu a bobina superior na bobina inferior;
- fixou a bobina nº 1 permanentemente e introduziu a bobina nº 2 nela;
- mudou a velocidade de movimento das bobinas uma em relação à outra.
Em todos esses casos ele observou a manifestação da indução EMF na segunda bobina. E com apenas corrente contínua passando pelo enrolamento nº 1 e bobinas estacionárias, não havia força eletromotriz.
O cientista determinou que o EMF induzido na segunda bobina depende da taxa na qual o fluxo magnético muda. É proporcional ao seu tamanho.
O mesmo padrão é totalmente manifestado ao passar um loop fechado linhas de campo magnético de um imã permanente. Sob a influência de EMF, uma corrente elétrica é gerada no fio.
O fluxo magnético no caso considerado muda no loop Sk criado por um circuito fechado.
Assim, o desenvolvimento criado por Faraday tornou possível colocar um quadro condutor rotativo em um campo magnético.
Em seguida, foi feito um grande número de voltas fixadas em rolamentos rotativos.Nas extremidades da bobina, foram instalados anéis coletores e escovas deslizantes sobre eles, e uma carga foi conectada através dos terminais da caixa. O resultado é um alternador moderno.
Seu design mais simples é criado quando a bobina é fixada em uma carcaça estacionária e o sistema magnético começa a girar. Neste caso, o método de geração de correntes é devido a Indução eletromagnética não violado de forma alguma.
O princípio de funcionamento dos motores elétricos
A lei da indução eletromagnética, da qual Michael Faraday foi pioneiro, permite uma variedade de projetos de motores elétricos. Eles têm uma estrutura semelhante aos geradores: um rotor e um estator móveis que interagem entre si devido a campos eletromagnéticos rotativos.
A corrente elétrica passa apenas pelo enrolamento do estator do motor elétrico. Induz um fluxo magnético que afeta o campo magnético do rotor. Como resultado, surgem forças que giram o eixo do motor. Veja neste tópico - O princípio de operação e o dispositivo do motor elétrico
transformação de eletricidade
Michael Faraday determinou o aparecimento de uma força eletromotriz induzida e uma corrente induzida em uma bobina próxima quando o campo magnético na bobina vizinha mudou.
A corrente na bobina próxima é induzida quando o circuito de comutação é ligado na bobina 1 e está sempre presente durante a operação do gerador para a bobina 3.
A operação de todos os transformadores modernos é baseada nesta propriedade, a chamada indução mútua.
Os transformadores, devido à indução mútua, transferem a energia de um campo eletromagnético alternado de uma bobina para outra, então ocorre uma mudança, uma transformação do valor da tensão em seus terminais de entrada e saída.
A proporção do número de voltas nos enrolamentos determina o coeficiente de transformação e a espessura do fio, a construção e o volume do material do núcleo - o valor da potência transmitida, a corrente operacional.
Operação de indutores
A manifestação da indução eletromagnética é observada na bobina quando o valor da corrente que flui nela muda. Este processo é chamado de auto-indução.
Quando o interruptor é ligado no diagrama acima, a corrente induzida muda o caráter do aumento linear da corrente de operação no circuito, assim como durante o desligamento.
Quando não é uma tensão constante, mas uma tensão alternada aplicada ao fio enrolado na bobina, o valor da corrente, reduzido pela resistência indutiva, flui através dele.A energia de auto-indução muda de fase a corrente em relação à tensão aplicada.
Este fenômeno é utilizado em bobinas projetadas para reduzir as grandes correntes que ocorrem em determinadas condições de operação. Em particular, tais dispositivos são usados no circuito de iluminação de lâmpadas fluorescentes.
A característica do desenho do circuito magnético do estrangulamento é o recorte das placas, que é criado para aumentar ainda mais a resistência magnética ao fluxo magnético devido à formação de um entreferro.
Chokes com posição de circuito magnético dividida e ajustável são usados em muitos dispositivos elétricos e de rádio. Muitas vezes eles podem ser encontrados na construção de transformadores de soldagem. Eles reduzem a magnitude do arco elétrico passado pelo eletrodo para o valor ideal.
fornos de indução
O fenômeno da indução eletromagnética se manifesta não apenas em fios e bobinas, mas também dentro de qualquer objeto de metal maciço. As correntes induzidas neles são geralmente chamadas de correntes de Foucault, que durante a operação de transformadores e indutores causam aquecimento do circuito magnético e de toda a estrutura.
Para evitar esse fenômeno, os núcleos são feitos de chapas finas de metal e isolados com uma camada de verniz, que impede a passagem de correntes induzidas.
Nas estruturas de aquecimento, as correntes parasitas não limitam, mas criam as condições mais favoráveis para sua passagem. fornos de indução são amplamente utilizados na produção industrial para criar altas temperaturas.
Dispositivos de medição eletrotécnica
Uma grande classe de dispositivos de indução continua operando em eletricidade.Medidores elétricos com um disco de alumínio giratório semelhante à construção de um relé de energia, sistemas de discagem de amortecimento, funcionam com base no princípio da indução eletromagnética.
Geradores magnéticos a gás
Se, em vez de um quadro fechado, um gás condutor, líquido ou plasma se mover no campo de um ímã, as cargas de eletricidade sob a ação das linhas do campo magnético começarão a se desviar em direções estritamente definidas, formando uma corrente elétrica. Seu campo magnético nas placas de contato do eletrodo montado induz uma força eletromotriz. Sob sua ação, uma corrente elétrica é gerada no circuito conectado ao gerador MHD.
Assim, a lei da indução eletromagnética se manifesta nos geradores MHD.
Não há peças rotativas complicadas como o rotor. Isso simplifica o design, permite aumentar significativamente a temperatura do ambiente de trabalho e, ao mesmo tempo, a eficiência da geração de eletricidade. Os geradores MHD operam como fontes de backup ou de emergência capazes de gerar fluxos significativos de eletricidade por curtos períodos de tempo.
Assim, a lei da indução eletromagnética, fundamentada uma vez por Michael Faraday, continua a ser relevante hoje.