Fenomeni i induksionit elektromagnetik është një fenomen që konsiston në shfaqjen e një force ose tensioni elektromotor në një trup të vendosur në një fushë magnetike që ndryshon vazhdimisht. Një forcë elektromotore si rezultat i induksionit elektromagnetik lind gjithashtu nëse një trup lëviz në një fushë magnetike statike dhe jo uniforme, ose rrotullohet në një fushë magnetike në mënyrë që vijat e tij që kryqëzojnë një unazë të mbyllur ndryshojnë.
Rryma elektrike e induktuar
Nën konceptin e "induksionit" nënkuptohet shfaqja e një procesi si rezultat i ndikimit të një procesi tjetër. Për shembull, një rrymë elektrike mund të induktohet, domethënë mund të shfaqet si rezultat i ekspozimit të një përcjellësi në një fushë magnetike në një mënyrë të veçantë. Një rrymë e tillë elektrike quhet e induktuar. Kushtet për formimin e një rryme elektrike si rezultat i fenomenit të induksionit elektromagnetik diskutohen më vonë në artikull.
Koncepti i një fushe magnetike
ParaPër të filluar studimin e fenomenit të induksionit elektromagnetik, është e nevojshme të kuptojmë se çfarë është një fushë magnetike. Me fjalë të thjeshta, një fushë magnetike është një zonë e hapësirës në të cilën një material magnetik shfaq efektet dhe vetitë e tij magnetike. Ky rajon i hapësirës mund të përshkruhet duke përdorur linja të quajtura linja të fushës magnetike. Numri i këtyre vijave përfaqëson një sasi fizike të quajtur fluks magnetik. Linjat e fushës magnetike janë të mbyllura, ato fillojnë në polin verior të magnetit dhe përfundojnë në jug.
Fusha magnetike ka aftësinë të veprojë në çdo material me veti magnetike, siç janë përçuesit hekuri të rrymës elektrike. Kjo fushë karakterizohet nga induksioni magnetik, i cili shënohet B dhe matet në teslas (T). Një induksion magnetik prej 1 T është një fushë magnetike shumë e fortë që vepron me një forcë prej 1 njuton në një ngarkesë pikë prej 1 kulomb, e cila fluturon pingul me linjat e fushës magnetike me një shpejtësi prej 1 m / s, domethënë 1 T.=1 Ns / (mCl).
Kush zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik?
Induksioni elektromagnetik, në parimin e të cilit bazohen shumë pajisje moderne, u zbulua në fillim të viteve '30 të shekullit XIX. Zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik zakonisht i atribuohet Michael Faraday (data e zbulimit - 29 gusht 1831). Shkencëtari u bazua në rezultatet e eksperimenteve të fizikanit dhe kimistit danez Hans Oersted, i cili zbuloi se një përcjellës përmes të cilit rrjedh një rrymë elektrike krijonnjë fushë magnetike rreth vetes, domethënë ajo fillon të tregojë veti magnetike.
Faraday, nga ana tjetër, zbuloi të kundërtën e fenomenit të zbuluar nga Oersted. Ai vuri re se një fushë magnetike në ndryshim, e cila mund të krijohet duke ndryshuar parametrat e rrymës elektrike në përcjellës, çon në shfaqjen e një ndryshimi potencial në skajet e çdo përcjellësi të rrymës. Nëse këto skaje janë të lidhura, për shembull, përmes një llambë elektrike, atëherë një rrymë elektrike do të rrjedhë nëpër një qark të tillë.
Si rezultat, Faraday zbuloi një proces fizik, si rezultat i të cilit një rrymë elektrike shfaqet në një përcjellës për shkak të një ndryshimi në fushën magnetike, që është fenomeni i induksionit elektromagnetik. Në të njëjtën kohë, për formimin e një rryme të induktuar, nuk ka rëndësi se çfarë lëviz: fusha magnetike apo vetë përcjellësi. Kjo mund të tregohet lehtësisht duke kryer një eksperiment të përshtatshëm mbi fenomenin e induksionit elektromagnetik. Pra, pasi kemi vendosur magnetin brenda spirales metalike, fillojmë ta lëvizim atë. Nëse lidhni skajet e spirales përmes një treguesi të rrymës elektrike në një qark, mund të shihni pamjen e rrymës. Tani duhet ta lini magnetin të qetë dhe ta lëvizni spiralen lart e poshtë në krahasim me magnetin. Treguesi do të tregojë gjithashtu ekzistencën e rrymës në qark.
Eksperiment i Faradeit
Eksperimentet e Faradeit konsistonin në punën me një përcjellës dhe një magnet të përhershëm. Michael Faraday zbuloi fillimisht se kur një përcjellës lëviz brenda një fushe magnetike, një ndryshim potencial lind në skajet e saj. Përçuesi lëvizës fillon të kalojë linjat e fushës magnetike, e cila simulonefekti i ndryshimit të kësaj fushe.
Shkencëtari zbuloi se shenjat pozitive dhe negative të diferencës potenciale që rezulton varen nga drejtimi në të cilin lëviz përcjellësi. Për shembull, nëse përcjellësi është ngritur në një fushë magnetike, atëherë diferenca potenciale që rezulton do të ketë një polaritet +-, por nëse ky përcjellës ulet, atëherë tashmë do të marrim një polaritet -+. Këto ndryshime në shenjën e potencialeve, diferenca e të cilave quhet forca elektromotore (EMF), çojnë në shfaqjen në qark të mbyllur të një rryme alternative, pra të një rryme që ndryshon vazhdimisht drejtimin në drejtim të kundërt.
Veçoritë e induksionit elektromagnetik të zbuluara nga Faraday
Duke ditur se kush e zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik dhe pse ekziston një rrymë e induktuar, do të shpjegojmë disa nga veçoritë e këtij fenomeni. Pra, sa më shpejt ta lëvizni përcjellësin në një fushë magnetike, aq më e madhe do të jetë vlera e rrymës së induktuar në qark. Një veçori tjetër e fenomenit është si vijon: sa më i madh të jetë induksioni magnetik i fushës, domethënë sa më e fortë të jetë kjo fushë, aq më i madh është diferenca potenciale që mund të krijojë gjatë lëvizjes së përcjellësit në fushë. Nëse përcjellësi është në qetësi në një fushë magnetike, nuk lind EMF në të, pasi nuk ka ndryshim në linjat e induksionit magnetik që kalojnë përcjellësin.
Drejtimi i rrymës elektrike dhe rregulli i dorës së majtë
Për të përcaktuar drejtimin në përcjellësin e rrymës elektrike të krijuar si rezultat i fenomenit të induksionit elektromagnetik, mund tëpërdorni të ashtuquajturin rregull të dorës së majtë. Mund të formulohet si më poshtë: nëse dora e majtë vendoset në mënyrë që linjat e induksionit magnetik, të cilat fillojnë në polin verior të magnetit, të hyjnë në pëllëmbë dhe gishti i madh i dalë drejtohet në drejtimin e lëvizjes së përcjellësit në fusha e magnetit, pastaj katër gishtat e mbetur të dorës së majtë do të tregojnë drejtimin e lëvizjes së rrymës së induktuar në përcjellës.
Ekziston një version tjetër i këtij rregulli, ai është si vijon: nëse gishti tregues i dorës së majtë drejtohet përgjatë vijave të induksionit magnetik, dhe gishti i madh i dalë drejtohet në drejtim të përcjellësit, atëherë gishti i mesit i kthyer 90 gradë drejt pëllëmbës do të tregojë drejtimin e rrymës së shfaqur në përcjellës.
Fenomeni i vetëinduksionit
Hans Christian Oersted zbuloi ekzistencën e një fushe magnetike rreth një përcjellësi ose spirale me rrymë. Shkencëtari zbuloi gjithashtu se karakteristikat e kësaj fushe lidhen drejtpërdrejt me forcën e rrymës dhe drejtimin e saj. Nëse rryma në spirale ose përcjellës është e ndryshueshme, atëherë ajo do të gjenerojë një fushë magnetike që nuk do të jetë e palëvizshme, domethënë do të ndryshojë. Nga ana tjetër, kjo fushë alternative do të çojë në shfaqjen e një rryme të induktuar (fenomeni i induksionit elektromagnetik). Lëvizja e rrymës së induksionit do të jetë gjithmonë e kundërt me rrymën alternative që qarkullon nëpër përcjellës, domethënë do t'i rezistojë çdo ndryshimi në drejtimin e rrymës në përcjellës ose spirale. Ky proces quhet vetë-induksion. Diferenca elektrike që rezultonpotencialet quhet EMF e vetë-induksionit.
Vini re se fenomeni i vetë-induksionit ndodh jo vetëm kur ndryshon drejtimi i rrymës, por edhe kur ndryshon, për shembull, kur rritet për shkak të uljes së rezistencës në qark.
Për përshkrimin fizik të rezistencës së ushtruar nga çdo ndryshim në rrymë në një qark për shkak të vetë-induksionit, u prezantua koncepti i induktivitetit, i cili matet në henries (për nder të fizikantit amerikan Joseph Henry). Një henry është një induktivitet i tillë për të cilin, kur rryma ndryshon me 1 amper në 1 sekondë, një EMF lind në procesin e vetë-induksionit, e barabartë me 1 volt.
Rryma alternative
Kur një induktor fillon të rrotullohet në një fushë magnetike, si rezultat i fenomenit të induksionit elektromagnetik, ai krijon një rrymë të induktuar. Kjo rrymë elektrike është e ndryshueshme, që do të thotë se ndryshon drejtimin në mënyrë sistematike.
Rryma alternative është më e zakonshme se rryma direkte. Pra, shumë pajisje që funksionojnë nga rrjeti qendror elektrik përdorin këtë lloj rryme. Rryma alternative është më e lehtë për t'u nxitur dhe transportuar sesa rryma e drejtpërdrejtë. Si rregull, frekuenca e rrymës alternative shtëpiake është 50-60 Hz, domethënë në 1 sekondë drejtimi i saj ndryshon 50-60 herë.
Parafaqja gjeometrike e rrymës alternative është një kurbë sinusoidale që përshkruan varësinë e tensionit nga koha. Periudha e plotë e kurbës sinusoidale për rrymën shtëpiake është afërsisht 20 milisekonda. Sipas efektit termik, rryma alternative është e ngjashme me rrymënDC, tensioni i të cilit është Umax/√2, ku Umax është tensioni maksimal në kurbën sinusoidale AC.
Përdorimi i induksionit elektromagnetik në teknologji
Zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik prodhoi një bum të vërtetë në zhvillimin e teknologjisë. Para këtij zbulimi, njerëzit ishin në gjendje të gjeneronin energji elektrike vetëm në sasi të kufizuar duke përdorur bateri elektrike.
Aktualisht, ky fenomen fizik përdoret në transformatorët elektrikë, në ngrohësit që konvertojnë rrymën e induktuar në nxehtësi dhe në motorët elektrikë dhe gjeneratorët e makinave.
