Fenómeno inducción electromagnética Se utiliza principalmente para convertir la energía mecánica en energía. corriente eléctrica. Para ello se utilizan generadores C.A.
(generadores de inducción).
El generador de corriente alterna más simple es una estructura de alambre que gira uniformemente con velocidad angular w=constante en un campo magnético uniforme con inducción EN(Figura 4.5). Flujo de inducción magnética que penetra en un marco con un área S, es igual
Cuando el marco gira uniformemente, el ángulo de rotación 
, donde es la frecuencia de rotación. Entonces
Según la ley de la inducción electromagnética, la FEM inducida en el marco de su rotación es
Si conecta una carga (consumidor de electricidad) a las abrazaderas del marco mediante un dispositivo de contacto con escobillas, entonces fluirá corriente alterna a través de ella.
Para producción industrial electricidad para centrales eléctricas son usados generadores sincrónicos(turbogeneradores, si la central es térmica o nuclear, e hidrogeneradores, si la central es hidráulica). La parte estacionaria de un generador síncrono se llama estator, y girando - rotor(Figura 4.6). El rotor del generador tiene un devanado. corriente continua(bobinado de excitación) y es un potente electroimán. La corriente continua suministrada al devanado de campo a través de un aparato de contacto con escobillas magnetiza el rotor y se forma un electroimán con polos norte y sur.
En el estator del generador hay tres devanados de corriente alterna, que están desplazados entre sí en 120 0 y están conectados entre sí según un circuito de conexión específico.
Cuando el rotor excitado gira con ayuda de una turbina de vapor o hidráulica, sus polos pasan por debajo de los devanados del estator y en ellos se induce una fuerza electromotriz que varía según una ley armónica. A continuación, el generador según un esquema determinado. red electrica se conecta a nodos de consumo de energía.
Si transfiere electricidad desde los generadores de las estaciones a los consumidores a través de líneas eléctricas directamente (al voltaje del generador, que es relativamente bajo), se producirán grandes pérdidas de energía y voltaje en la red (preste atención a las proporciones , ). Por tanto, para transportar electricidad de forma económica, es necesario reducir la intensidad actual. Pero como la potencia transmitida permanece sin cambios, el voltaje debe aumentar en la misma cantidad que la corriente disminuye.
El consumidor de electricidad, a su vez, necesita reducir el voltaje al nivel requerido. Los dispositivos eléctricos en los que el voltaje aumenta o disminuye un número determinado de veces se denominan transformadores.
El funcionamiento de un transformador también se basa en la ley de la inducción electromagnética.
Consideremos el principio de funcionamiento de un transformador de dos devanados (Fig. 4.7). Cuando la corriente alterna pasa a través del devanado primario, aparece un campo magnético alterno con inducción a su alrededor. EN, cuyo caudal también es variable 
. El núcleo del transformador sirve para dirigir el flujo magnético (la resistencia magnética del aire es alta). Un flujo magnético alterno, cerrado a través del núcleo, induce una FEM alterna en cada uno de los devanados:
Entonces 
En transformadores potentes, las resistencias de las bobinas son muy pequeñas, por lo que los voltajes en los terminales de los devanados primario y secundario son aproximadamente iguales a la EMF:
Dónde k – relación de transformación. En k1 (
) el transformador es hacia abajo.
Cuando se conecta al devanado secundario de un transformador de carga, la corriente fluirá por él. Con un aumento en el consumo de electricidad, según la ley de conservación de la energía, la energía suministrada por los generadores de la estación debería aumentar, es decir
dónde
Esto significa que al aumentar el voltaje usando un transformador k veces, es posible reducir la intensidad de la corriente en el circuito el mismo número de veces (al mismo tiempo, las pérdidas de Joule disminuyen en k 2 una vez).
- El fenómeno de aparición de campos electromagnéticos en un circuito conductor cerrado ubicado en un campo magnético alterno se llama inducción electromagnética.
2. Según la ley de la inducción electromagnética, la fem inducida en un circuito conductor cerrado es numéricamente igual y de signo opuesto a la velocidad de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por este circuito:
El signo menos refleja la regla de Lenz: con cualquier cambio en el flujo magnético a través de un circuito conductor cerrado, un corriente inducida en tal dirección que su campo magnético contrarreste los cambios en el flujo magnético externo.
La esencia del fenómeno de la inducción electromagnética no radica tanto en la aparición de una corriente de inducción, sino en la aparición de un campo eléctrico de vórtice. Vórtice campo eléctrico generado por variables campo magnético. A diferencia de campo electrostático el campo eléctrico del vórtice no es potencial; sus líneas de campo están siempre cerradas, como las líneas del campo magnético.
Radiodifusión
Un campo magnético alterno excitado por una corriente cambiante crea un campo eléctrico en el espacio circundante, que a su vez excita un campo magnético, etc. Al generarse mutuamente, estos campos forman un único campo electromagnético alterno: una onda electromagnética. Al surgir en el lugar donde se encuentra un cable conductor de corriente, el campo electromagnético se propaga por el espacio a la velocidad de la luz -300.000 km/s.
Magnetoterapia
En el espectro de frecuencia diferentes lugares ocupan ondas de radio, luz, rayos X y otras radiaciones electromagnéticas. Suelen caracterizarse por campos eléctricos y magnéticos continuamente acoplados.
Sincrofasotrones
Actualmente, se entiende por campo magnético a forma especial Materia formada por partículas cargadas. En la física moderna, se utilizan haces de partículas cargadas para penetrar profundamente en los átomos y estudiarlos. La fuerza con la que actúa un campo magnético sobre una partícula cargada en movimiento se llama fuerza de Lorentz.
Medidores de flujo - contadores
El método se basa en la aplicación de la ley de Faraday para un conductor en un campo magnético: en un flujo de líquido eléctricamente conductor que se mueve en un campo magnético, se induce una FEM, proporcional a la velocidad del flujo, que la parte electrónica convierte en una energía eléctrica. señal analógica/digital.
generador de corriente continua
En modo generador, el inducido de la máquina gira bajo la influencia de un par externo. Entre los polos del estator hay un flujo magnético constante que penetra en la armadura. Los conductores del devanado del inducido se mueven en un campo magnético y, por lo tanto, se induce en ellos una FEM, cuya dirección puede determinarse mediante la regla " derecha"En este caso, surge un potencial positivo en una escobilla con respecto a la segunda. Si se conecta una carga a los terminales del generador, la corriente fluirá a través de ella.
Transformadores
Los transformadores se utilizan ampliamente en la transmisión. energía eléctrica en largas distancias, su distribución entre receptores, así como en diversos dispositivos rectificadores, amplificadores, de señalización y otros.
La conversión de energía en un transformador se realiza mediante un campo magnético alterno. El transformador es un núcleo formado por finas placas de acero aisladas entre sí, sobre las que se colocan dos o más devanados (bobinas). alambre aislado. El devanado al que está conectada la fuente de energía eléctrica de corriente alterna se denomina devanado primario, el resto de devanados se denominan secundarios.
Si el devanado secundario de un transformador tiene tres veces más vueltas enrolladas que el devanado primario, entonces el campo magnético creado en el núcleo por el devanado primario, cruzando las espiras del devanado secundario, creará tres veces el voltaje en él.
Al utilizar un transformador con una relación de vueltas inversa, puede obtener fácilmente un voltaje reducido.
Desde el descubrimiento de que cualquier corriente genera un campo magnético (Ørsted, 1820), se han realizado numerosos intentos de provocar el fenómeno opuesto: excitar una corriente en un circuito (en un circuito cerrado) utilizando un campo magnético. Este problema fue resuelto por Faraday, quien lo descubrió en 1831. Fenómeno de la inducción electromagnética.
El fenómeno es el siguiente: cuando el flujo de inducción magnética cambia a través del área limitada por cualquier circuito conductor, surge una corriente eléctrica en este circuito. Esta corriente se llama corriente de inducción. En este caso, el fenómeno es completamente independiente del método para cambiar el flujo de inducción magnética.
El flujo de inducción magnética Ф está determinado por la relación:
Ф = B·S·cosα , (1)
donde B es la inducción del campo magnético, [B] = T; S – superficie limitada por el contorno, [S] = m2; α es el ángulo que forma la normal al plano del contorno con la dirección del vector de inducción del campo magnético, [α] = rad; [F] = Wb.
Como puede verse en la relación (1), la corriente de inducción se puede excitar cambiando la magnitud de la inducción del campo magnético - B, o cambiando la forma geométrica del circuito, es decir. área, o cambiando su posición en el espacio, es decir. cambiando el ángulo α.
Lenz (1833) fundó regla general para determinar la dirección de la corriente de inducción: la corriente inducida en el circuito tiene una dirección tal que su propio campo magnético compensa el cambio en el flujo de inducción magnética a través del plano del circuito, que provocó esta corriente inducida. Esta regla es consecuencia de la ley de conservación de la energía y está confirmada por experimentos. La magnitud de la fuerza electromotriz de inducción ξ i igual a la tasa de cambio del flujo de inducción magnética, tomada con un signo menos:
Esta expresión se llama ley de Faraday. El signo menos expresa matemáticamente la regla de Lenz.
A partir de la ley de Faraday, podemos definir la unidad del flujo de inducción magnética: Weber: si el flujo de inducción magnética a través del área limitada por el circuito cambia en 1 Wb en 1 segundo, entonces se induce en el circuito una fem igual a 1 V.
En el caso del fenómeno de la inducción electromagnética se produce la transformación de unos tipos de energía en otros. Cuando la geometría del contorno cambia (por ejemplo, de un cuadrado a un círculo), la energía mecánica se convierte en energía de corriente de inducción eléctrica. A su vez, la energía de la corriente eléctrica se convierte en calor, calentando el conductor que forma el circuito.
¿Cuál es la naturaleza de la fem inducida?
La fem inducida es causada por la fuerza de Lorentz si el campo m es estacionario (Fig. 3) y es causada por el campo eléctrico del vórtice resultante del cambio del campo m (Fig. 4). Vórtice el. el campo no es diferente del campo electrostático cargas electricas por su efecto sobre la carga eléctrica 
en un punto dado del espacio. Pero en su estructura, es decir. En general, estos campos difieren mucho entre sí. Un campo electrostático tiene "fuentes de campo": cargas eléctricas. Sus líneas de tensión no están cerradas. En este campo, el trabajo realizado para mover una carga entre dos puntos fijos depende sólo de la posición de estos puntos, pero no de la forma del camino. Eléctrico campo um. La inducción (campo de vórtice) no tiene fuentes. Las líneas de intensidad de este campo están cerradas como las líneas del campo m. El trabajo en circuito cerrado no es 0.
Ya sabemos que una corriente eléctrica que se mueve a través de un conductor crea un campo magnético a su alrededor. Sobre la base de este fenómeno, el hombre inventó y utiliza ampliamente una amplia variedad de electroimanes. Pero surge la pregunta: si las cargas eléctricas, al moverse, provocan la aparición de un campo magnético, ¿no funciona esto también al revés?
Es decir, ¿puede un campo magnético provocar la aparición de una corriente eléctrica en un conductor? En 1831, Michael Faraday estableció que en un circuito conductor cerrado circuito electrico Cuando el campo magnético cambia, se produce una corriente eléctrica. Tal corriente se llama corriente de inducción, y el fenómeno de la aparición de una corriente en un circuito conductor cerrado cuando cambia el campo magnético que penetra en este circuito se llama inducción electromagnética.
El fenómeno de la inducción electromagnética.
El nombre "electromagnético" consta de dos partes: "electro" y "magnético". Los fenómenos eléctricos y magnéticos están indisolublemente ligados entre sí. Y si las cargas eléctricas, al moverse, cambian el campo magnético que las rodea, entonces el campo magnético, al cambiar, inevitablemente obligará a las cargas eléctricas a moverse, formando una corriente eléctrica.
En este caso, es el campo magnético cambiante el que provoca la generación de corriente eléctrica. Un campo magnético constante no provocará el movimiento de cargas eléctricas y, en consecuencia, no se generará ninguna corriente inducida. Un examen más detallado del fenómeno de la inducción electromagnética, la derivación de fórmulas y la ley de la inducción electromagnética se refiere al curso de noveno grado.
Aplicación de la inducción electromagnética.
En este artículo hablaremos sobre el uso de la inducción electromagnética. El funcionamiento de muchos motores y generadores de corriente se basa en el uso de las leyes de la inducción electromagnética. El principio de su funcionamiento es bastante sencillo de entender.
Un cambio en el campo magnético puede producirse, por ejemplo, moviendo un imán. Por lo tanto, si mueve un imán dentro de un circuito cerrado por cualquier influencia externa, surgirá una corriente en este circuito. De esta manera puedes crear un generador de corriente.
Si, por el contrario, pasa corriente de una fuente de terceros a través del circuito, entonces el imán ubicado dentro del circuito comenzará a moverse bajo la influencia del campo magnético formado por la corriente eléctrica. De esta forma puedes montar un motor eléctrico.
Los generadores de corriente descritos anteriormente convierten la energía mecánica en energía eléctrica en centrales eléctricas. La energía mecánica es la energía del carbón, el combustible diesel, el viento, el agua, etc. La electricidad viaja a través de cables hasta los consumidores y se convierte nuevamente en energía mecánica en motores eléctricos.
Los motores eléctricos de aspiradoras, secadores de pelo, batidoras, neveras portátiles, picadoras de carne eléctricas y otros numerosos dispositivos que utilizamos a diario se basan en el uso de inducción electromagnética y fuerzas magnéticas. No hace falta hablar del uso de estos mismos fenómenos en la industria; está claro que está en todas partes.
Abstracto
en la disciplina "Física"
Tema: “Descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética”
Terminado:
Alumno del grupo 13103/1
San Petersburgo
2. Los experimentos de Faraday. 3
3. Aplicación práctica Fenómenos de inducción electromagnética. 9
4. Lista de literatura usada... 12
La inducción electromagnética es el fenómeno de la aparición de corriente eléctrica en circuito cerrado cuando cambia el flujo magnético que lo atraviesa. La inducción electromagnética fue descubierta por Michael Faraday el 29 de agosto de 1831. Descubrió que la fuerza electromotriz que surge en un circuito conductor cerrado es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por este circuito. La magnitud de la fuerza electromotriz (EMF) no depende de lo que está causando el cambio de flujo: un cambio en el campo magnético mismo o el movimiento del circuito (o parte de él) en el campo magnético. La corriente eléctrica causada por esta fem se llama corriente inducida.
En 1820, Hans Christian Oersted demostró que una corriente eléctrica que fluye a través de un circuito provoca que una aguja magnética se desvíe. Si la corriente eléctrica genera magnetismo, entonces la aparición de corriente eléctrica debe estar asociada con el magnetismo. Este pensamiento capturó al científico inglés M. Faraday. “Convierte el magnetismo en electricidad”, escribió en su diario en 1822.
Michael Faraday
Michael Faraday (1791-1867) nació en Londres, en una de sus zonas más pobres. Su padre era herrero y su madre era hija de un arrendatario. Cuando Faraday llegó edad escolar, lo enviaron a la escuela primaria. El curso que tomó Faraday aquí fue muy limitado y se limitó únicamente a aprender a leer, escribir y empezar a contar.
A unos pasos de la casa en la que vivía la familia Faraday, había una librería, que también era un establecimiento de encuadernación. Aquí acabó Faraday tras finalizar su carrera escuela primaria, cuando surgió la duda de elegir una profesión para él. Michael tenía sólo 13 años en ese momento. Ya en adolescencia Cuando Faraday apenas comenzaba su autoeducación, buscó basarse exclusivamente en hechos y verificar los informes de otros con sus propias experiencias.
Estas aspiraciones lo dominaron toda su vida como principales rasgos de su actividad científica. experimentos quimicos Faraday comenzó a hacer esto cuando era niño cuando conoció por primera vez la física y la química. Un día, Michael asistió a una de las conferencias de Humphry Davy, el gran físico inglés. Faraday tomó nota detallada de la conferencia, la encuadernó y se la envió a Davy. Quedó tan impresionado que invitó a Faraday a trabajar con él como secretario. Pronto Davy se fue de viaje a Europa y se llevó a Faraday con él. Durante dos años visitaron las universidades europeas más importantes.
Al regresar a Londres en 1815, Faraday comenzó a trabajar como asistente en uno de los laboratorios de la Royal Institution de Londres. En aquel momento era uno de los mejores laboratorios de física del mundo. De 1816 a 1818, Faraday publicó una serie de pequeñas notas y memorias breves sobre química. El primer trabajo de Faraday sobre física se remonta a 1818.
Basado en las experiencias de sus predecesores y combinando varios propias experiencias En septiembre de 1821, Michael había publicado La historia de los avances del electromagnetismo. Ya en ese momento se formó una idea completamente correcta de la esencia del fenómeno de la desviación de una aguja magnética bajo la influencia de una corriente.
Tras alcanzar este éxito, Faraday abandonó durante diez años sus estudios en el campo de la electricidad, dedicándose al estudio de una serie de temas de diferente índole. En 1823, Faraday hizo uno de los descubrimientos más importantes en el campo de la física: fue el primero en licuar gas y, al mismo tiempo, estableció un método simple pero eficaz para convertir gases en líquidos. En 1824, Faraday hizo varios descubrimientos en el campo de la física. Entre otras cosas, estableció que la luz afecta el color del vidrio, cambiándolo. EN al año que viene Faraday volvió a pasar de la física a la química, y el resultado de su trabajo en esta área fue el descubrimiento de la gasolina y el ácido azufre-naftaleno.
En 1831, Faraday publicó un tratado "Sobre un tipo especial de ilusión óptica", que sirvió de base para un excelente y curioso proyectil óptico llamado "cromotropo". Ese mismo año se publicó otro tratado del científico, "Sobre placas vibratorias". Muchas de estas obras podrían por sí solas inmortalizar el nombre de su autor. Pero el más importante de los trabajos científicos de Faraday son sus estudios en el campo del electromagnetismo y la inducción eléctrica.
Los experimentos de Faraday.
Obsesionado con las ideas sobre la inextricable conexión e interacción de las fuerzas de la naturaleza, Faraday intentó demostrar que así como Ampere podía crear imanes con la ayuda de la electricidad, también era posible crear electricidad con la ayuda de imanes.
Su lógica era simple: el trabajo mecánico se convierte fácilmente en calor; por el contrario, el calor se puede convertir en trabajo mecánico (por ejemplo, en una máquina de vapor). En general, entre las fuerzas de la naturaleza, la siguiente relación ocurre con mayor frecuencia: si A da a luz a B, entonces B da a luz a A.
Si Ampere obtuvo imanes con la ayuda de la electricidad, entonces, aparentemente, es posible "obtener electricidad a partir del magnetismo ordinario". Arago y Ampère se propusieron la misma tarea en París y Colladon en Ginebra.
En sentido estricto, Faraday creó de la nada una importante rama de la física que estudia los fenómenos del electromagnetismo y la electricidad inductiva y que hoy en día tiene tanta importancia para la tecnología. Cuando Faraday finalmente se dedicó a la investigación en el campo de la electricidad, se estableció que cuando en condiciones ordinarias La presencia de un cuerpo electrificado es suficiente para que su influencia excite la electricidad en cualquier otro cuerpo. Al mismo tiempo, se sabía que un cable por el que pasa corriente y que también representa un cuerpo electrificado no tiene ningún efecto sobre otros cables colocados cerca.
¿Qué causó esta excepción? Ésta es la cuestión que interesó a Faraday y cuya solución le llevó a realizar los descubrimientos más importantes en el campo de la electricidad por inducción. Faraday llevó a cabo muchos experimentos y tomó notas pedantes. Dedica un párrafo a cada pequeño estudio en sus notas de laboratorio (publicadas íntegramente en Londres en 1931 con el título “El diario de Faraday”). La capacidad de trabajo de Faraday se evidencia en el hecho de que el último párrafo del "Diario" está marcado con el número 16041. La brillante habilidad de Faraday como experimentador, su obsesión y su clara posición filosófica no pudieron dejar de ser recompensadas, pero tomó once largos años. a esperar el resultado.
Aparte de su convicción intuitiva en la conexión universal de los fenómenos, nada realmente le ayudó en su búsqueda de la "electricidad del magnetismo". Además, al igual que su maestro Davy, se basaba más en sus experiencias que en construcciones mentales. Davy le enseñó:
– Un buen experimento es más valioso que la profundidad de un genio como Newton.
Y, sin embargo, era Faraday quien estaba destinado a grandes descubrimientos. Gran realista, rompió espontáneamente los grilletes empiristas que una vez le había impuesto Davy, y en esos momentos se le ocurrió una gran idea: adquirió la capacidad de hacer las generalizaciones más profundas.
El primer rayo de suerte no apareció hasta el 29 de agosto de 1831. Ese día, Faraday estaba probando un dispositivo simple en el laboratorio: un anillo de hierro con un diámetro de aproximadamente seis pulgadas, envuelto en dos trozos de alambre aislado. Cuando Faraday conectó una batería a los terminales de un devanado, su asistente, el sargento de artillería Andersen, vio moverse la aguja del galvanómetro conectado al otro devanado.
Se retorció y se calmó, aunque la corriente continua continuó fluyendo a través del primer devanado. Faraday examinó cuidadosamente todos los detalles de esta sencilla instalación: todo estaba en orden.
Pero la aguja del galvanómetro se mantuvo obstinadamente en cero. Por frustración, Faraday decidió cortar la corriente y luego ocurrió un milagro: mientras abría el circuito, la aguja del galvanómetro volvió a oscilar y se congeló nuevamente en cero.
El galvanómetro, permaneciendo completamente en calma durante todo el paso de la corriente, comienza a oscilar cuando el circuito se cierra y cuando se abre. Resultó que en el momento en que pasa una corriente por el primer cable, y también cuando se detiene esta transmisión, también se excita una corriente en el segundo cable, que en el primer caso tiene la dirección opuesta a la primera corriente y la misma. con él en el segundo caso y dura sólo un instante.
Fue aquí donde las grandes ideas de Ampere (la conexión entre la corriente eléctrica y el magnetismo) le fueron reveladas a Faraday en toda su claridad. Después de todo, el primer devanado al que suministró corriente se convirtió inmediatamente en un imán. Si lo consideramos como un imán, el experimento del 29 de agosto demostró que el magnetismo parece dar origen a la electricidad. En este caso sólo dos cosas resultaron extrañas: ¿por qué el aumento de electricidad cuando se encendió el electroimán se desvaneció rápidamente? Y además, ¿por qué aparece el chapoteo cuando se apaga el imán?
Al día siguiente, 30 de agosto, una nueva serie de experimentos. El efecto es claramente expresado, pero aún así completamente incomprensible.
Faraday siente que hay un descubrimiento en algún lugar cercano.
“Ahora estoy estudiando de nuevo el electromagnetismo y creo que he dado con algo exitoso, aunque todavía no puedo confirmarlo. Es muy posible que después de todo mi trabajo termine con algas en lugar de pescado”.
A la mañana siguiente, el 24 de septiembre, Faraday había preparado muchas cosas. varios dispositivos, en el que los elementos principales ya no eran devanados con corriente eléctrica, sino imanes permanentes. ¡Y el efecto también existió! La flecha se desvió e inmediatamente corrió hacia el lugar. Este ligero movimiento se produjo como máximo manipulaciones inesperadas con un imán, a veces, al parecer, por accidente.
El próximo experimento es el 1 de octubre. Faraday decide volver al principio: a dos devanados: uno con corriente y el otro conectado al galvanómetro. La diferencia con el primer experimento es la ausencia de un anillo de acero - núcleo. El chapoteo es casi imperceptible. El resultado es trivial. Está claro que un imán sin núcleo es mucho más débil que un imán con núcleo. Por tanto, el efecto es menos pronunciado.
Faraday está decepcionado. Durante dos semanas no se acerca a los dispositivos, pensando en los motivos del fallo.
“Tomé una barra magnética cilíndrica (3/4 de pulgada de diámetro y 8 1/4 pulgadas de largo) e inserté un extremo en la espiral de alambre de cobre(220 pies de largo) conectado a un galvanómetro. entonces yo movimiento rápido Empujó el imán dentro de la espiral en toda su longitud y la aguja del galvanómetro experimentó un empujón. Luego, con la misma rapidez, saqué el imán de la espiral y la flecha volvió a girar, pero en la dirección opuesta. Estos movimientos de la aguja se repetían cada vez que se empujaba o sacaba el imán”.
¡El secreto está en el movimiento del imán! ¡El impulso de la electricidad no está determinado por la posición del imán, sino por el movimiento!
Esto significa que "una onda eléctrica surge sólo cuando un imán se mueve, y no debido a las propiedades inherentes a él en reposo".
Arroz. 2. El experimento de Faraday con una bobina.
Esta idea es increíblemente fructífera. Si el movimiento de un imán con respecto a un conductor crea electricidad, entonces aparentemente el movimiento de un conductor con respecto a un imán debería generar electricidad. Además, esta "onda eléctrica" no desaparecerá mientras continúe el movimiento mutuo del conductor y el imán. ¡Esto significa que es posible crear un generador de corriente eléctrica que pueda funcionar durante el tiempo deseado, siempre y cuando continúe el movimiento mutuo del cable y el imán!
El 28 de octubre, Faraday instaló un disco de cobre giratorio entre los polos de un imán de herradura, del cual, mediante contactos deslizantes (uno en el eje, el otro en la periferia del disco), fue posible quitar voltaje electrico. Fue el primer generador eléctrico creado por manos humanas. Así, se encontró una nueva fuente de energía eléctrica, además de las previamente conocidas (fricción y procesos quimicos), es inducción, y nueva apariencia Esta energía es electricidad inductiva.
Experimentos similares al de Faraday, como ya se mencionó, se llevaron a cabo en Francia y Suiza. El profesor Colladon de la Academia de Ginebra era un experimentador sofisticado (por ejemplo, realizó mediciones precisas de la velocidad del sonido en el agua del lago Lemán). Quizás, temiendo las sacudidas de los instrumentos, él, como Faraday, retiró el galvanómetro del resto de la instalación si era posible. Muchos argumentaron que Colladon observó los mismos movimientos fugaces de la aguja que Faraday, pero, esperando un efecto más estable y duradero, no dio la debida importancia a estos estallidos "aleatorios"...
De hecho, la opinión de la mayoría de los científicos de esa época era que el efecto inverso de "crear electricidad a partir del magnetismo" aparentemente debería tener el mismo carácter estacionario que el efecto "directo": la "formación de magnetismo" debido a la corriente eléctrica. La inesperada "fugacidad" de este efecto confundió a muchos, incluido Colladon, y muchos de ellos pagaron por su prejuicio.
Continuando con sus experimentos, Faraday descubrió además que simplemente acercar un cable retorcido en una curva cerrada a otro a través del cual fluye una corriente galvánica es suficiente para excitar una corriente inductiva en el cable neutro en la dirección opuesta a la corriente galvánica, y que eliminando la El cable neutro excita nuevamente una corriente inductiva en él, la corriente ya está en la misma dirección que la corriente galvánica que fluye a lo largo de un cable estacionario y que, finalmente, estas corrientes inductivas se excitan solo durante la aproximación y retirada del cable al conductor. de la corriente galvánica, y sin este movimiento las corrientes no se excitan, por muy cerca que estén los cables entre sí.
Así, se descubrió un nuevo fenómeno, similar al fenómeno de inducción descrito anteriormente cuando la corriente galvánica se cierra y se detiene. Estos descubrimientos, a su vez, dieron lugar a otros nuevos. Si es posible provocar una corriente inductiva cortocircuitando y deteniendo la corriente galvánica, ¿no se obtendría el mismo resultado magnetizando y desmagnetizando el hierro?
Los trabajos de Oersted y Ampere ya habían establecido la relación entre magnetismo y electricidad. Se sabía que el hierro se convierte en imán cuando se enrolla un alambre aislado a su alrededor y una corriente galvánica lo atraviesa, y que las propiedades magnéticas de este hierro cesan tan pronto como cesa la corriente.
Basándose en esto, a Faraday se le ocurrió este tipo de experimento: se enrollaron dos cables aislados alrededor de un anillo de hierro; con un alambre enrollado alrededor de la mitad del anillo y el otro alrededor de la otra mitad. La corriente de una batería galvánica pasaba a través de un cable y los extremos del otro se conectaban a un galvanómetro. Y así, cuando la corriente se cerró o se detuvo y cuando, en consecuencia, el anillo de hierro se magnetizó o desmagnetizó, la aguja del galvanómetro osciló rápidamente y luego se detuvo rápidamente, es decir, las mismas corrientes inductivas instantáneas se excitaron en el cable neutro, esta vez: ya bajo la influencia del magnetismo.
Arroz. 3. El experimento de Faraday con un anillo de hierro.
Así, aquí se convirtió por primera vez el magnetismo en electricidad. Habiendo recibido estos resultados, Faraday decidió diversificar sus experimentos. En lugar de un anillo de hierro, empezó a utilizar una tira de hierro. En lugar de excitar el magnetismo del hierro mediante una corriente galvánica, magnetizó el hierro tocándolo con un imán permanente de acero. El resultado fue el mismo: en el alambre que envolvía el hierro, siempre se excitaba una corriente en el momento de la magnetización y desmagnetización del hierro. Luego, Faraday introdujo un imán de acero en la espiral de alambre; la aproximación y retirada de este último provocó corrientes inducidas en el alambre. En una palabra, el magnetismo, en el sentido de excitar corrientes de inducción, actuaba exactamente de la misma manera que la corriente galvánica.
En aquella época, los físicos estaban intensamente interesados en una cosa fenómeno misterioso, descubierto en 1824 por Arago y no encontró explicación, a pesar de que científicos tan destacados de la época como el propio Arago, Ampère, Poisson, Babage y Herschel buscaban denodadamente esta explicación. El punto era el siguiente. Una aguja magnética, que cuelga libremente, se detiene rápidamente si se coloca debajo de ella un círculo de metal no magnético; si entonces el círculo se lleva a movimiento rotacional, la aguja magnética comienza a moverse detrás de él.
EN estado de calma era imposible descubrir la más mínima atracción o repulsión entre el círculo y la flecha, mientras el mismo círculo, en movimiento, atraía detrás de sí no sólo una flecha ligera, sino también un imán pesado. Este fenómeno verdaderamente milagroso pareció a los científicos de esa época un misterio misterioso, algo más allá de lo natural. Faraday, basándose en los datos anteriores, asumió que un círculo de metal no magnético, bajo la influencia de un imán, durante la rotación es recorrido por corrientes inductivas, que afectan la aguja magnética y la arrastran a lo largo del imán. De hecho, al introducir el borde de un círculo entre los polos de un gran imán en forma de herradura y conectar el centro y el borde del círculo con un galvanómetro con un cable, Faraday obtuvo una corriente eléctrica constante cuando el círculo giraba.
A continuación, Faraday se centró en otro fenómeno que entonces despertaba la curiosidad general. Como sabes, si espolvoreas limaduras de hierro sobre un imán, se agrupan en ciertas líneas, llamadas curvas magnéticas. Faraday, llamando la atención sobre este fenómeno, dio a las curvas magnéticas en 1831 el nombre de “líneas de fuerza magnética”, que luego se generalizó. El estudio de estas “líneas” llevó a Faraday a un nuevo descubrimiento: resultó que para excitar corrientes inducidas era necesario acercarse y alejarse de la fuente; polo magnético opcional. Para excitar corrientes basta con cruzar las líneas de fuerza magnética de forma conocida.
Arroz. 4. “Líneas de fuerza magnética”
Trabajo adicional Los esfuerzos de Faraday en la dirección mencionada adquirieron, desde un punto de vista contemporáneo, el carácter de algo absolutamente milagroso. A principios de 1832, demostró un dispositivo en el que se excitaban corrientes inductivas sin la ayuda de un imán o corriente galvánica. El dispositivo consistía en una tira de hierro colocada en una bobina de alambre. Este aparato, en condiciones normales, no daba la menor señal de aparición de corrientes en él; pero tan pronto como se le dio una dirección correspondiente a la dirección de la aguja magnética, se excitó una corriente en el cable.
Luego Faraday dio la posición de la aguja magnética a una bobina y luego introdujo en ella una tira de hierro: la corriente se excitó nuevamente. La razón que provocó la corriente en estos casos fue el magnetismo terrestre, que provocó corrientes inductivas como un imán ordinario o una corriente galvánica. Para mostrar y probar esto más claramente, Faraday llevó a cabo otro experimento que confirmó plenamente sus consideraciones.
Razonó que si un círculo de metal no magnético, como el cobre, que gira en una posición en la que cruza las líneas de fuerza magnética de un imán adyacente produce una corriente inductiva, entonces el mismo círculo, que gira en ausencia de un imán , pero en una posición en la que el círculo cruzará las líneas del magnetismo terrestre, también debe dar una corriente inductiva. Y de hecho, un círculo de cobre girado en un plano horizontal produjo una corriente inductiva que produjo una desviación notable de la aguja del galvanómetro. Faraday terminó su serie de estudios en el campo de la inducción eléctrica con el descubrimiento, realizado en 1835, de la "influencia inductiva de la corriente sobre sí misma".
Descubrió que cuando se cierra o abre una corriente galvánica, se excitan corrientes inductivas instantáneas en el propio cable, que sirve como conductor de esta corriente.
El físico ruso Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) dio una regla para determinar la dirección de la corriente de inducción. "La corriente de inducción siempre se dirige de tal manera que el campo magnético que crea complica o inhibe el movimiento que provoca la inducción", señala A.A. Korobko-Stefanov en su artículo sobre la inducción electromagnética. - Por ejemplo, cuando una bobina se acerca a un imán, la corriente inducida resultante tiene una dirección tal que el campo magnético que crea será opuesto al campo magnético del imán. Como resultado, surgen fuerzas repulsivas entre la bobina y el imán. La regla de Lenz se deriva de la ley de conservación y transformación de la energía. Si las corrientes inducidas aceleraran el movimiento que las provocó, entonces se crearía trabajo de la nada. La propia bobina, después de un ligero empujón, se precipitaría hacia el imán y, al mismo tiempo, la corriente de inducción liberaría calor en él. En realidad, la corriente inducida se crea debido al trabajo de acercar el imán y la bobina.
Arroz. 5. La regla de Lenz
¿Por qué ocurre la corriente inducida? El físico inglés James Clerk Maxwell, creador de una teoría matemática completa del campo electromagnético, dio una explicación profunda del fenómeno de la inducción electromagnética. Para comprender mejor la esencia del asunto, considere un experimento muy simple. Supongamos que la bobina consta de una vuelta de alambre y que está atravesada por un campo magnético alterno perpendicular al plano de la vuelta. Naturalmente surge una corriente inducida en la bobina. Maxwell interpretó este experimento de manera excepcionalmente audaz e inesperada.
Según Maxwell, cuando un campo magnético cambia en el espacio se produce un proceso para el que la presencia de una bobina de alambre no tiene importancia. Lo principal aquí es la aparición de cerrados. líneas de anillo campo eléctrico, que cubre un campo magnético cambiante. Bajo la influencia del campo eléctrico resultante, los electrones comienzan a moverse y surge una corriente eléctrica en la bobina. Una bobina es simplemente un dispositivo que detecta un campo eléctrico. La esencia del fenómeno de la inducción electromagnética es que un campo magnético alterno siempre genera un campo eléctrico con circuitos cerrados en el espacio circundante. líneas eléctricas. Un campo así se llama campo de vórtice”.
La investigación en el campo de la inducción producida por el magnetismo terrestre le dio a Faraday la oportunidad de expresar la idea del telégrafo en 1832, que luego formó la base de esta invención. En general, el descubrimiento de la inducción electromagnética no en vano se considera uno de los descubrimientos más destacados del siglo XIX: en este fenómeno se basa el trabajo de millones de motores eléctricos y generadores de corriente eléctrica en todo el mundo...
Aplicación práctica del fenómeno de la inducción electromagnética.
1. Radiodifusión
Un campo magnético alterno excitado por una corriente cambiante crea un campo eléctrico en el espacio circundante, que a su vez excita un campo magnético, etc. Al generarse mutuamente, estos campos forman un único campo electromagnético alterno: una onda electromagnética. Al surgir en el lugar donde se encuentra un cable conductor de corriente, el campo electromagnético se propaga por el espacio a la velocidad de la luz -300.000 km/s.
Arroz. 6.radio
2. Terapia magnética
Las ondas de radio, la luz, los rayos X y otras radiaciones electromagnéticas ocupan diferentes lugares en el espectro de frecuencias. Suelen caracterizarse por campos eléctricos y magnéticos continuamente acoplados.
3. Sincrofasotrones
Actualmente, se entiende por campo magnético una forma especial de materia formada por partículas cargadas. En la física moderna, se utilizan haces de partículas cargadas para penetrar profundamente en los átomos y estudiarlos. La fuerza con la que actúa un campo magnético sobre una partícula cargada en movimiento se llama fuerza de Lorentz.
4. Medidores de flujo
El método se basa en la aplicación de la ley de Faraday para un conductor en un campo magnético: en un flujo de líquido eléctricamente conductor que se mueve en un campo magnético, se induce una FEM, proporcional a la velocidad del flujo, que la parte electrónica convierte en una energía eléctrica. señal analógica/digital.
5. Generador de CC
En modo generador, el inducido de la máquina gira bajo la influencia de un par externo. Entre los polos del estator hay un flujo magnético constante que penetra en la armadura. Los conductores del devanado del inducido se mueven en un campo magnético y, por lo tanto, se induce en ellos una FEM, cuya dirección puede determinarse mediante la regla de la "mano derecha". En este caso, surge un potencial positivo en un cepillo en relación con el segundo. Si conecta una carga a los terminales del generador, la corriente fluirá a través de ella.
6. Transformadores
Los transformadores se utilizan ampliamente en la transmisión de energía eléctrica a largas distancias, distribuyéndola entre receptores, así como en diversos dispositivos rectificadores, amplificadores, de señalización y otros.
La conversión de energía en un transformador se realiza mediante un campo magnético alterno. Un transformador es un núcleo hecho de delgadas placas de acero aisladas entre sí, sobre las cuales se colocan dos y, a veces, más devanados (bobinas) de alambre aislado. El devanado al que está conectada la fuente de energía eléctrica de corriente alterna se denomina devanado primario, el resto de devanados se denominan secundarios.
Si el devanado secundario de un transformador tiene tres veces más vueltas enrolladas que el devanado primario, entonces el campo magnético creado en el núcleo por el devanado primario, cruzando las espiras del devanado secundario, creará tres veces el voltaje en él.
Al utilizar un transformador con una relación de vueltas inversa, puede obtener fácilmente un voltaje reducido.
Lista de literatura usada
1. [Recurso electrónico]. Inducción electromagnética.
< https://ru.wikipedia.org/>
2. [Recurso electrónico]. Descubrimiento de la inducción electromagnética.
< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >
3. [Recurso electrónico]. Descubrimiento de la inducción electromagnética.
4. [Recurso electrónico]. Aplicación práctica del fenómeno de la inducción electromagnética.