különböző mágneses mezők hatásai

Öninduktivitás és kölcsönös induktivitás

az áramkör öninduktivitását az áramkör változó áramára adott reakciójának leírására használják, míg a második áramkörre vonatkozó kölcsönös induktivitás a második áramkör változó áramára adott reakciót írja le. Amikor egy I1 áram áramlik az 1. áramkörben,az i1 mágneses mezőt hoz létre B1; az 1. áramkörön keresztüli mágneses fluxus az I1 áram miatt az 1. Mivel a B1 arányos az I1-gyel, ezért a 11. Az arányosság állandója az áramkör L1 öninduktivitása. Ezt az egyenlet határozza meg

az induktivitás egységei henrys. Ha egy második áramkör van jelen, a B1 mező egy része áthalad a 2.áramkörön, és a 2. áramkörben az I1 áram miatt mágneses fluxus lesz. Az M21 kölcsönös induktivitást a

az 1.áramkörben a 2. áramkörben lévő áram miatt bekövetkező mágneses fluxust a következők adják meg: 12 = M12i2. A kölcsönös induktivitás fontos tulajdonsága, hogy M21 = M12. Ezért elegendő az M címkét subscripts nélkül használni két áramkör kölcsönös induktivitására.

két áramkör kölcsönös induktivitásának értéke az l1l2 +négyzetgyökétől a l1l2 −es ( + + ) négyzetgyökig terjedhet, az áramkörök közötti fluxuskapcsolattól függően. Ha a két áramkör nagyon távol van egymástól, vagy ha az egyik áramkör mezője nem biztosít mágneses fluxust a másik áramkörön keresztül, akkor a kölcsönös induktivitás nulla. A két áramkör kölcsönös induktivitásának maximális lehetséges értékét úgy közelítjük meg, hogy a két áramkör egyre inkább hasonló térbeli konfigurációjú B mezőket hoz létre.

Ha a (2) egyenlet mindkét oldalán szereplő kifejezésekre az idő változásának sebességét vesszük figyelembe, az eredmény: D. A. 11/dt = L1di1/dt. Faraday törvénye szerint D. A11 / dt az indukált elektromotoros erő negatívja. Az eredmény az egyenlet, amelyet gyakran használnak egyetlen induktorhoz egy váltakozó áramú áramkörben-azaz

az önindukció jelenségét először Joseph Henry amerikai tudós ismerte fel. Képes volt nagy és látványos elektromos íveket generálni azáltal, hogy megszakította az áramot egy nagy réz tekercsben, sok fordulattal. Amíg egy tekercsben állandó áram folyik, a mágneses mező energiáját 1/2li2 adja. Ha mind az L induktivitás, mind az I áram nagy, akkor az energia mennyisége is nagy. Ha az áram megszakad, például egy kés-penge kapcsoló kinyitásával, akkor az áram, tehát a tekercsen keresztüli mágneses fluxus gyorsan csökken. A (4) egyenlet leírja a tekercsben indukált elektromotoros erőt, és a kapcsoló két pólusa között Nagy potenciálkülönbség alakul ki. A tekercs mágneses mezőjében tárolt energia hő és sugárzás formájában eloszlik egy elektromos ívben a kapcsoló kapcsai közötti térben. Az elektromágnesek szupravezető vezetékeinek fejlődése miatt több teslas mágneses mezővel rendelkező nagy mágnesek használhatók az elektromos energia ideiglenes tárolására energiaként a mágneses mezőben. Ez azért van így, hogy megfeleljen a villamos energia fogyasztásának rövid távú ingadozásainak.

a transzformátor egy olyan eszköz példája, amely maximális kölcsönös indukciójú áramköröket használ. Az 5. ábra egy tipikus transzformátor konfigurációját szemlélteti. Itt a szigetelt vezetőhuzal tekercseit egy vékony, izolált laminátumokból vagy lemezekből álló vasgyűrű köré tekerjük. A laminálások minimalizálják az örvényáramokat a vasban. Az örvényáramok a változó mágneses mező által a fémben indukált keringési áramok. Ezek az áramok nemkívánatos melléktermék-hőt termelnek a vasban. A transzformátor energiavesztesége csökkenthető vékonyabb laminálással, nagyon “puha” (alacsony szén-dioxid-kibocsátású) vas és huzal nagyobb keresztmetszettel, vagy az elsődleges és másodlagos áramkörök tekercselésével olyan vezetőkkel, amelyek nagyon alacsony ellenállással rendelkeznek. Sajnos a hőveszteség csökkentése növeli a transzformátorok költségeit. A teljesítmény továbbítására és elosztására használt transzformátorok általában 98-99% – ban hatékonyak. Míg az örvényáramok problémát jelentenek a transzformátorokban, hasznosak tárgyak vákuumban történő melegítéséhez. Örvényáramokat indukálnak a felmelegítendő tárgyban egy viszonylag nem vezető vákuumház körül egy nagyfrekvenciás váltakozó áramot hordozó tekerccsel.

egy transzformátor, a vas biztosítja, hogy szinte az összes vonal B áthaladó egy áramkör is áthalad a második áramkör, és hogy valójában lényegében az összes mágneses fluxus korlátozódik a vas. A vezető tekercsek minden fordulata azonos mágneses fluxussal rendelkezik; így az egyes tekercsek teljes fluxusa arányos a tekercsben lévő fordulatok számával. Ennek eredményeként, ha egy szinuszosan változó elektromotoros erő forrása kapcsolódik egy tekercshez, akkor a második tekercsben az elektromotoros erőt

így az N2-N1 aránytól függően (ahol N1 és N2 az első, illetve a második tekercsekben a fordulatok száma) a transzformátor lehet egy lépcsőzetes vagy egy lépcsőzetes eszköz a váltakozó feszültségekhez. Számos okból, beleértve a biztonságot, a villamos energia előállítása és fogyasztása viszonylag alacsony feszültség mellett történik. A fokozatos transzformátorokat nagy feszültségek elérésére használják az elektromos áram továbbítása előtt, mivel egy adott teljesítménymennyiség esetén az átviteli vezetékekben az áram sokkal kisebb. Ez minimalizálja a vezetők ellenállásos fűtése által elvesztett energiát.

Faraday törvénye képezi az alapját az energiaiparnak és a mechanikai energia villamos energiává történő átalakításának. 1821-ben, egy évtizeddel a mágneses indukció felfedezése előtt Faraday kísérleteket végzett az iránytű tűk körül forgó elektromos vezetékekkel. Ez a korábbi munka, amelyben egy áramot hordozó huzal elfordult egy mágnesezett tű körül, és egy mágneses tűt készítettek az elektromos áramot hordozó huzal körül forogni, biztosította az alapot az elektromos motor fejlesztéséhez.