変化する磁場の影響

自己インダクタンスと相互インダクタンス

回路の自己インダクタンスは、回路内の変化する電流に対する回路の反応を記述するために使用され、第二の回路に対する相互インダクタンスは、第二の回路内の変化する電流に対する反応を記述する。 回路１に電流ｉ１が流れると、ｉ１は磁界Ｂ１を発生し、電流Ｉ１による回路１を通る磁束はΦ１ １となる。 B1はi1に比例するので、Φ11も同様である。 比例定数は、回路の自己インダクタンスL1です。 これは、自己インダクタンスの式

インダクタンスの単位はhenrysです。 第二の回路が存在する場合、電界B1の一部は回路2を通過し、電流i1のために回路2に磁束Φ21が存在する。 相互インダクタンスM21は、相互インダクタンスの式

回路2の電流による回路1の磁束は、Φ12=M12I2で与えられます。 相互インダクタンスの重要な特性は、M21=M12であることです。 したがって、2つの回路の相互インダクタンスに添字なしでラベルMを使用すれば十分です。

二つの回路の相互インダクタンスの値は、回路間のリンケージ磁束に応じて、≤L1L2の+平方根から≤L1L2の−平方根までの範囲であり得る。 二つの回路が非常に離れている場合、または一方の回路の磁場が他方の回路を介して磁束を提供しない場合、相互インダクタンスはゼロです。 二つの回路の相互インダクタンスの可能な最大値は，二つの回路がますます類似した空間構成を持つＢ磁場を生成するにつれて近づいた。式(2)の両辺の項について時間に対する変化率を取ると、結果はd φ11/dt=L1Di1/dtとなります。

式(2)の両辺の項について時間に対する変化率を取ると、結果はd φ11/dt=L1Di1/dtとなります。

式(2)の両辺の項 ファラデーの法則によれば、d φ11/dtは誘導起電力の負である。 その結果、AC回路の単一インダクタによく使用される式、つまり

自己誘導の現象は、アメリカの科学者Joseph Henryによって最初に認識されました。 彼は、大きな銅コイルの電流を多くのターンで遮断することによって、大きくて壮大な電気アークを生成することができました。 コイルに定常電流が流れている間、磁場中のエネルギーは1/2li2で与えられます。 インダクタンスLと電流iの両方が大きい場合、エネルギー量も大きくなります。 電流が中断された場合、例えば、ナイフ刃のスイッチを開くことによって、電流、したがってコイルを通る磁束が急速に低下する。 式(4)は、コイルに誘起される起電力を記述し、スイッチの両極の間に大きな電位差が発生します。 コイルの磁界で貯えられるエネルギーはスイッチのターミナル間のスペースを渡る電気アークの熱そして放射として散ります。 電磁石用の超伝導線の進歩により、磁場中のエネルギーとして電気エネルギーを一時的に蓄積するために、いくつかのテスラの磁場を持つ大きな磁石を使用することが可能である。 これは、電力の消費量の短期的な変動に対応するために行われます。変圧器は、最大相互誘導を有する回路を使用する装置の一例である。

変圧器は、最大相互誘導を有する回路を使用する装置の一例である。 図5は、標準的なトランスの構成を示しています。 ここでは、絶縁された導線のコイルは、薄い絶縁されたラミネートまたはシートで構成された鉄のリングの周りに巻かれています。 ラミネーションは鉄の渦電流を最小にする。 渦電流は、変化する磁場によって金属に誘起される循環電流である。 これらの電流は、鉄中に望ましくない副生成物熱を生成する。 変圧器のエネルギー損失は、より薄いラミネート、非常に”柔らかい”（低炭素）鉄およびより大きな断面を有するワイヤを使用するか、または非常に低い抵抗を有 残念なことに、熱損失を減らすことは変圧器のコストを増加させる。 電力を送信および分配するために使用される変圧器は、一般的に98〜99％の効率があります。 渦電流は変圧器の問題ですが、真空中で物体を加熱するのに役立ちます。 渦電流は、高周波交流電流を運ぶコイルで比較的非導電性の真空エンクロージャを囲むことによって被加熱物に誘導される。

変圧器では、鉄は一つの回路を通過するBのほぼすべての線も第二の回路を通過し、実際には本質的にすべての磁束が鉄に閉じ込められていることを保証します。 導電性コイルの各ターンは同じ磁束を有するので、各コイルの全磁束はコイル内のターン数に比例する。 その結果、正弦波的に変化する起電力の源が一つのコイルに接続されている場合、第二のコイルの起電力は、EMFの式で与えられる。

したがって、N2とN1の比（n1とN2はそれぞれ第一および第二のコイルの巻数）に応じて、変圧器は電圧を交互にするためのステップ 安全性を含む多くの理由から、電力の生成および消費は比較的低い電圧で発生する。 昇圧変圧器は、所与の電力量のために、送電線内の電流がはるかに小さいので、電力が伝送される前に高電圧を得るために使用される。 これはコンダクターの抵抗暖房によって失われるエネルギーを最小にする。ファラデーの法則は、電力産業と機械エネルギーの電気エネルギーへの変換の基礎を構成しています。

ファラデーの法則は、電力産業の基礎を構成しています。

ファラデー 1821年、磁気誘導の発見の十年前に、ファラデーはコンパスの針の周りを回転する電線を用いた実験を行った。 この初期の研究では、電流を運ぶワイヤを磁化針の周りに回転させ、磁気針を電流を運ぶワイヤの周りに回転させることが、電動機の開発の基礎を提供した。