effekter af varierende magnetfelter

selvinduktans og gensidig induktans

selvinduktansen af et kredsløb bruges til at beskrive kredsløbets reaktion på en skiftende strøm i kredsløbet, mens den gensidige induktans med hensyn til et andet kredsløb beskriver reaktionen på en skiftende strøm i det andet kredsløb. Når en strøm i1 strømmer i kredsløb 1, producerer i1 et magnetfelt B1; den magnetiske strøm gennem kredsløb 1 på grund af strøm i1 er Lus11. Da B1 er proportional med I1, er Kr11 også. Proportionalitetskonstanten er kredsløbets selvinduktans L1. Det er defineret af ligningen

enhederne af induktans er henrys. Hvis et andet kredsløb er til stede, vil noget af feltet B1 passere gennem kredsløb 2, og der vil være en magnetisk strømningsstrøm i kredsløb 2 på grund af strømmen i1. Den gensidige induktans M21 er givet af

den magnetiske strømning i kredsløb 1 på grund af en strøm i kredsløb 2 er givet af Lyr12 = M12i2. En vigtig egenskab ved den gensidige induktans er, at M21 = M12. Det er derfor tilstrækkeligt at bruge etiketten M uden abonnementer til gensidig induktans af to kredsløb.

værdien af den gensidige induktans af to kredsløb kan variere fra +kvadratroden af l1l2 til −kvadratroden af l1l2, afhængigt af strømforbindelsen mellem kredsløbene. Hvis de to kredsløb er meget langt fra hinanden, eller hvis feltet i det ene kredsløb ikke giver nogen magnetisk strøm gennem det andet kredsløb, er den gensidige induktans nul. Den maksimale mulige værdi af den gensidige induktans af to kredsløb nærmer sig, da de to kredsløb producerer B-felter med stadig mere ens rumlige konfigurationer.

Hvis ændringshastigheden med hensyn til tid tages for udtrykkene på begge sider af ligning (2), er resultatet d lrr11/dt = l1di1/dt. I henhold til Faradays lov er d kr11/dt det negative af den inducerede elektromotoriske kraft. Resultatet er ligningen, der ofte bruges til en enkelt induktor i et vekselstrømskredsløb—dvs.

fænomenet selvinduktion blev først anerkendt af den amerikanske videnskabsmand Joseph Henry. Han var i stand til at generere store og spektakulære elektriske buer ved at afbryde strømmen i en stor kobberspole med mange sving. Mens en stabil strøm strømmer i en spole, gives energien i magnetfeltet med 1/2li2. Hvis både induktansen L og strømmen i er stor, er mængden af energi også stor. Hvis strømmen afbrydes, som for eksempel ved at åbne en knivbladskontakt, falder strømmen og derfor den magnetiske strøm gennem spolen hurtigt. Ligning (4) beskriver den resulterende elektromotoriske kraft induceret i spolen, og der udvikles en stor potentialeforskel mellem de to poler på kontakten. Den energi, der er lagret i spolens magnetfelt, spredes som varme og stråling i en elektrisk lysbue over rummet mellem terminalerne på kontakten. På grund af fremskridt inden for superledende ledninger til elektromagneter er det muligt at bruge store magneter med magnetfelter på flere teslas til midlertidig opbevaring af elektrisk energi som energi i magnetfeltet. Dette gøres for at imødekomme kortsigtede udsving i forbruget af El.

en transformer er et eksempel på en enhed, der bruger kredsløb med maksimal gensidig induktion. Figur 5 illustrerer konfigurationen af en typisk transformer. Her vikles spoler af isoleret ledende tråd omkring en ring af jern Konstrueret af tynde isolerede lamineringer eller plader. Lamineringerne minimerer hvirvelstrømme i jernet. Hvirvelstrømme er cirkulationsstrømme induceret i metallet af det skiftende magnetfelt. Disse strømme producerer et uønsket biprodukt-varme i jernet. Energitab i en transformer kan reduceres ved hjælp af tyndere lamineringer, meget “blødt” (lavt kulstofindhold) jern og tråd med et større tværsnit eller ved at vikle de primære og sekundære kredsløb med ledere, der har meget lav modstand. Desværre reducerer varmetabet omkostningerne ved transformatorer. Transformatorer, der bruges til at transmittere og distribuere strøm, er normalt 98 til 99 procent effektive. Mens hvirvelstrømme er et problem i transformatorer, er de nyttige til opvarmning af genstande i et vakuum. Hvirvelstrømme induceres i objektet, der skal opvarmes, ved at omslutte et relativt ikke-ledende vakuumkabinet med en spole, der bærer en højfrekvent vekselstrøm.

i en transformer sikrer jernet, at næsten alle linjer af B, der passerer gennem et kredsløb, også passerer gennem det andet kredsløb, og at faktisk i det væsentlige al den magnetiske strømning er begrænset til jernet. Hver drejning af de ledende spoler har den samme magnetiske strømning; således er den samlede strøm for hver spole proportional med antallet af drejninger i spolen. Som et resultat, hvis en kilde til sinusformet varierende elektromotorisk kraft er forbundet til en spole, er den elektromotoriske kraft i den anden spole givet af

afhængigt af forholdet mellem N2 og N1 (hvor N1 og N2 er antallet af drejninger i henholdsvis den første og den anden spole), kan transformeren enten være en trin-op eller en trin-ned-enhed til vekslende spændinger. Af mange grunde, herunder sikkerhed, produktion og forbrug af elektrisk strøm forekommer ved relativt lave spændinger. Step-up transformatorer bruges til at opnå høje spændinger, før elektrisk strøm overføres, da strømmen i transmissionsledningerne for en given mængde strøm er meget mindre. Dette minimerer energi tabt ved resistiv opvarmning af lederne.Faradays lov udgør grundlaget for kraftindustrien og for omdannelsen af mekanisk energi til elektrisk energi. I 1821, et årti før hans opdagelse af magnetisk induktion, gennemførte Faraday eksperimenter med elektriske ledninger, der drejede rundt om kompasnåle. Dette tidligere arbejde, hvor en ledning, der bærer en strøm, drejede rundt om en magnetiseret nål og en magnetisk nål blev lavet til at rotere rundt om en ledning, der bærer en elektrisk strøm, gav grundlaget for udviklingen af elmotoren.