Efekty různé magnetické pole

Self-indukčnost a vzájemná indukčnost

self-indukčnost obvodu je použit k popisu reakce obvodu na měnící se proud v obvodu, zatímco vzájemné indukčnosti s ohledem na druhý okruh popisuje reakci na měnící se proud ve druhém obvodu. Když proud I1 protéká v obvodu 1, i1 vytváří magnetické pole B1; magnetický tok obvodem 1 v důsledku proudu i1 je Φ11. Protože B1 je úměrný i1, Φ11 je také. Konstanta proporcionality je vlastní indukčnost L1 obvodu. Je definována rovnicí

jednotky indukčnosti jsou henrys. Pokud je přítomen druhý obvod, část pole B1 projde obvodem 2 a v obvodu 2 bude v důsledku proudu i1 magnetický tok Φ21. Vzájemná indukčnost M21 je dána

magnetický tok v obvodu 1 v důsledku proudu v obvodu 2 je dán Φ12 = M12i2. Důležitou vlastností vzájemné indukčnosti je, že M21 = M12. Pro vzájemnou indukčnost dvou obvodů je proto dostačující použít štítek M Bez indexů.

hodnota vzájemné indukčnosti dvou obvodů se může pohybovat od +odmocnina√L1L2 −odmocnina√L1L2, v závislosti na toku vazby mezi obvody. Pokud jsou oba obvody velmi daleko od sebe nebo pokud pole jednoho obvodu neposkytuje žádný magnetický tok druhým obvodem, vzájemná indukčnost je nulová. K maximální možné hodnotě vzájemné indukčnosti dvou obvodů se přistupuje, protože oba obvody vytvářejí B pole se stále podobnými prostorovými konfiguracemi.

je-li rychlost změny vzhledem k času přijata pro termíny na obou stranách rovnice (2), výsledkem je dΦ11/dt = L1di1/dt. Podle Faradayova zákona je dΦ11 / dt negativem indukované elektromotorické síly. Výsledkem je rovnice často používaná pro jeden induktor v střídavém obvodu-tj.

fenomén samoindukce byl poprvé rozpoznán americkým vědcem Josephem Henrym. Byl schopen generovat velké a velkolepé elektrické oblouky přerušením proudu ve velké měděné cívce s mnoha otáčkami. Zatímco v cívce proudí stálý proud, energie v magnetickém poli je dána 1 / 2Li2. Pokud jsou indukčnost L I proud i velké, je také velké množství energie. Pokud je proud přerušen, například otevřením spínače nože, proud a tím i magnetický tok cívkou rychle klesají. Rovnice (4) popisuje výslednou elektromotorickou sílu indukovanou v cívce a mezi dvěma póly spínače je vytvořen velký potenciální rozdíl. Energie uložená v magnetickém poli cívky je rozptýlena jako teplo a záření v elektrickém oblouku napříč prostorem mezi svorkami spínače. Vzhledem k pokroku v supravodivé dráty pro elektromagnety, je možné použít velké magnety s magnetickým polím z několika tesly pro dočasné uložení elektrické energie jako energie v magnetickém poli. To se provádí tak, aby vyhovovalo krátkodobým výkyvům ve spotřebě elektrické energie.

transformátor je příkladem zařízení, které používá obvody s maximální vzájemnou indukcí. Obrázek 5 znázorňuje konfiguraci typického transformátoru. Zde jsou cívky izolovaného vodivého drátu navinuty kolem prstence ze železa vyrobeného z tenkých izolovaných laminací nebo plechů. Laminování minimalizuje vířivé proudy v železe. Vířivé proudy jsou oběhové proudy indukované v kovu měnícím se magnetickým polem. Tyto proudy vytvářejí nežádoucí vedlejší produkt-teplo v železe. Energetické ztráty v transformátoru může být snížena použitím tenčích plechů, velmi „měkké“ (low-carbon), železo a dráty s větším průřezem, nebo vinutí primární a sekundární obvody s vodiči, které mají velmi nízký odpor. Snížení tepelných ztrát bohužel zvyšuje náklady na transformátory. Transformátory používané k přenosu a distribuci energie jsou obvykle 98 až 99 procent účinné. Zatímco vířivé proudy jsou v transformátorech problémem, jsou užitečné pro ohřev objektů ve vakuu. Vířivé proudy jsou indukované v objektu, který má být ohříván okolní relativně nevodivý vakuové skříně s cívkou nesoucí vysokofrekvenční střídavý proud.

V transformátoru, žehlička zajišťuje, že téměř všechny linky B prochází jedním obvodem projít také druhý obvod, a že, ve skutečnosti, v podstatě všechny magnetického toku je omezena na železo. Každá zatáčka vodivých cívek má stejný magnetický tok; celkový tok pro každou cívku je tedy úměrný počtu závitů v cívce. Jako výsledek, pokud zdroj sinusově proměnlivé elektromotorické napětí je připojené na jednu cívku, elektromotorické napětí ve druhé cívce je dána

Tak, v závislosti na poměru N2 na N1 (kde N1 a N2 je počet závitů v první a druhé cívky, v tomto pořadí), transformátor může být buď step-up nebo step-down zařízení pro střídavého napětí. Z mnoha důvodů, včetně bezpečnosti, výroba a spotřeba elektrické energie se vyskytují při relativně nízkém napětí. Stupňové transformátory se používají k získání vysokého napětí před přenosem elektrické energie, protože pro dané množství energie je proud v přenosových vedeních mnohem menší. To minimalizuje energii ztracenou odporovým ohřevem vodičů.

Faradayův zákon představuje základ pro energetiku a pro přeměnu mechanické energie na elektrickou energii. V roce 1821, deset let před objevem magnetické indukce, Faraday provedl experimenty s elektrickými dráty rotujícími kolem kompasových jehel. Tento dřívější práci, ve které drátu nést proud otáčí kolem magnetické jehly a magnetická jehla byla provedena rotace kolem drátu, nesoucí elektrický proud, za předpokladu, že základy pro vývoj elektrického motoru.