Inducție electromagnetică este definit ca inducerea unei forțe electromotoare (tensiune) într - un corp apropiat mediu sau din cauza prezenței unui câmp magnetic în schimbare. Acest fenomen a fost descoperit de fizicianul și chimistul britanic Michael Faraday, în cursul anului 1831, prin legea inducției electromagnetice a lui Faraday.
Faraday a efectuat teste experimentale cu un magnet permanent înconjurat de o bobină de sârmă și a observat inducerea unei tensiuni pe bobina menționată și circulația unui curent de bază.
Michael Faraday
Această lege prevede că tensiunea indusă pe o buclă închisă este direct proporțională cu viteza de schimbare a fluxului magnetic pe măsură ce trece printr-o suprafață, în raport cu timpul. Astfel, este posibil să inducem prezența unei diferențe de tensiune (tensiune) pe un corp adiacent datorită influenței câmpurilor magnetice variate.
La rândul său, această tensiune indusă dă naștere circulației unui curent corespunzător tensiunii induse și impedanței obiectului de analiză. Acest fenomen este principiul acțiunii sistemelor de alimentare și dispozitivelor de utilizare zilnică, cum ar fi: motoare, generatoare și transformatoare electrice, cuptoare cu inducție, inductoare, baterii etc.
Formula și unitățile
Inducția electromagnetică observată de Faraday a fost împărtășită lumii științei prin modelarea matematică care permite reproducerea acestui tip de fenomene și prezicerea comportamentului acestora.
Formulă
Pentru a calcula parametrii electrici (tensiune, curent) asociați fenomenului de inducție electromagnetică, mai întâi este necesar să definim care este valoarea inducției magnetice, cunoscută în prezent ca câmp magnetic.
Pentru a ști care este fluxul magnetic care trece printr-o anumită suprafață, atunci trebuie calculat produsul inducției magnetice prin zona respectivă. Asa de:
Unde:
Φ: Flux magnetic
B: Inducție magnetică
S: Suprafață
Legea lui Faraday indică faptul că forța electromotivă care este indusă asupra corpurilor vecine este dată de viteza de modificare a fluxului magnetic în timp, așa cum este detaliat mai jos:
Unde:
ε: Forța electromotoare
Prin substituirea valorii fluxului magnetic în expresia anterioară, avem următoarele:
Dacă se aplică integrale pe ambele părți ale ecuației pentru a delimita o cale finită pentru aria asociată fluxului magnetic, se obține o aproximare mai precisă a calculului necesar.
Mai mult, calculul forței electromotive într-un circuit închis este, de asemenea, limitat în acest mod. Astfel, la aplicarea integrării în ambii membri ai ecuației, se obține că:
Unitate de măsură
Inducția magnetică este măsurată în Sistemul Internațional de Unități (SI) din Teslas. Această unitate de măsură este reprezentată de litera T și corespunde setului de unități de bază următoare.
Un tesla este echivalent cu inducția magnetică uniformă care produce un flux magnetic de 1 weber pe o suprafață de un metru pătrat.
Conform sistemului Cegesimal de unități (CGS), unitatea de măsură pentru inducția magnetică este gauss. Relația de echivalență între ambele unități este următoarea:
1 tesla = 10.000 gauss
Unitatea de măsură pentru inducție magnetică își datorează numele inginerului, fizicianului și inventatorului sârbo-croat Nikola Tesla. A fost numit astfel la mijlocul anilor ’60.
Cum functioneazã?
Se numește inducție, deoarece nu există nicio legătură fizică între elementele primare și cele secundare; în consecință, totul se întâmplă prin conexiuni indirecte și intangibile.
Fenomenul de inducție electromagnetică are loc având în vedere interacțiunea liniilor de forță ale unui câmp magnetic variabil pe electronii liberi ai unui element conducător din apropiere.
Pentru aceasta, obiectul sau mediul pe care are loc inducția trebuie să fie dispuse perpendicular pe liniile de forță ale câmpului magnetic. În acest fel, forța exercitată asupra electronilor liberi este mai mare și, prin urmare, inducția electromagnetică este mult mai puternică.
La rândul său, direcția de circulație a curentului indus este dată de direcția dată de liniile de forță ale câmpului magnetic variabil.
Pe de altă parte, există trei metode prin care fluxul câmpului magnetic poate fi variat pentru a induce o forță electromotivă pe un corp sau obiect din apropiere:
1- Modificați modulul câmpului magnetic, prin variații ale intensității debitului.
2- Schimbați unghiul dintre câmpul magnetic și suprafață.
3- Modificați dimensiunea suprafeței inerente.
Apoi, după ce un câmp magnetic a fost modificat, în obiectul vecin este indusă o forță electromotivă care, în funcție de rezistența la circulația curentă pe care o are (impedanță), va produce un curent indus.
În acea ordine de idei, proporția curentului indus va fi mai mare sau mai mică decât curentul primar, în funcție de configurația fizică a sistemului.
Exemple
Principiul inducției electromagnetice stă la baza funcționării transformatoarelor de tensiune electrică.
Raportul de transformare a unui transformator de tensiune (scădere sau scădere) este dat de numărul de înfășurări pe care le are fiecare înfășurare a transformatorului.
Astfel, în funcție de numărul de bobine, tensiunea din secundar poate fi mai mare (transformator pas cu pas) sau mai mică (transformator descendent), în funcție de aplicația din sistemul electric interconectat.
În mod similar, turbinele generatoare de electricitate în centrele hidroelectrice funcționează, de asemenea, datorită inducției electromagnetice.
În acest caz, paletele turbinei deplasează axa de rotație situată între turbină și generator. Acest lucru are ca urmare mobilizarea rotorului.
La rândul său, rotorul este format dintr-o serie de înfășurări care, atunci când sunt în mișcare, dau naștere unui câmp magnetic variabil.
Acesta din urmă induce o forță electromotivă în statorul generatorului, care este conectat la un sistem care permite transportarea online a energiei generate în timpul procesului.
Prin cele două exemple expuse mai sus este posibil să detectăm modul în care inducția electromagnetică face parte din viața noastră în aplicații elementare ale vieții de zi cu zi.
Referințe
- Inducție electromagnetică (sf). Recuperat din: electronic-tutorials.ws
- Inducție electromagnetică (sf). Recuperat de la: nde-ed.org
- Astăzi în istorie. 29 august 1831: a fost descoperită inducția electromagnetică. Recuperat din: mx.tuhistory.com
- Martín, T. și Serrano, A. (nd). Inducție magnetică. Universitatea Politehnică din Madrid. Madrid, Spania. Recuperat din: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Inductie electromagnetica. Recuperat de la: euston96.com
- Wikipedia, Enciclopedia gratuită (2018). Tesla (unitate). Recuperat de la: es.wikipedia.org