Effekter av varierende magnetfelt

selvinduktans og gjensidig induktans

selvinduktansen til en krets brukes til å beskrive reaksjonen av kretsen til en skiftende strøm i kretsen, mens den gjensidige induktansen med hensyn til en andre krets beskriver reaksjonen til en skiftende strøm i den andre kretsen. Når en strøm i1 flyter i krets 1, produserer i1 et magnetfelt B1; den magnetiske fluxen gjennom krets 1 på grunn av nåværende i1 er Φ11. Siden B1 er proporsjonal med i1, Er Φ11 også. Konstanten av proporsjonalitet er selvinduktansen L1 av kretsen. Det er definert av ligningen

enhetene av induktans er henrys. Hvis en annen krets er til stede, vil noe av feltet B1 passere gjennom krets 2, og det vil være en magnetisk flux Φ 21 i krets 2 på grunn av gjeldende i1. Den gjensidige induktansen M21 er gitt ved

den magnetiske fluksen i krets 1 på grunn av en strøm i krets 2 er gitt Av Φ12 = M12i2. En viktig egenskap ved gjensidig induktans er At M21 = M12. Det er derfor tilstrekkelig å bruke etiketten M uten abonnementer for gjensidig induktans av to kretser.

verdien av gjensidig induktans av to kretser kan variere fra + Kvadratroten AV√L1L2 Til Kvadratroten av√L1L2, avhengig av fluxforbindelsen mellom kretsene. Hvis de to kretsene er svært langt fra hverandre, eller hvis feltet i en krets ikke gir magnetisk flux gjennom den andre kretsen, er gjensidig induktans null. Maksimal mulig verdi av gjensidig induktans av to kretser nærmer seg da de to kretsene produserer b-felt med stadig lignende romlige konfigurasjoner.

hvis tidsendringen er tatt for vilkårene på begge sider av ligningen (2), er resultatet dΦ11/dt = L1di1/dt. Ifølge faradays lov er dΦ11/dt det negative av den induserte elektromotoriske kraften. Resultatet er ligningen som ofte brukes til en enkelt induktor i EN VEKSELSTRØMSKRETS-dvs.

fenomenet selvinduksjon ble først anerkjent Av Den Amerikanske forskeren Joseph Henry. Han var i stand til å generere store og spektakulære elektriske buer ved å forstyrre strømmen i en stor kobberspole med mange svinger. Mens en jevn strøm flyter i en spole, er energien i magnetfeltet gitt av 1 / 2Li2. Hvis både induktansen L Og strømmen i er store, er mengden energi også stor. Hvis strømmen avbrytes, som for eksempel ved å åpne en knivbladbryter, faller strømmen og dermed den magnetiske fluxen gjennom spolen raskt. Ligning (4) beskriver den resulterende elektromotoriske kraften indusert i spolen, og en stor potensialforskjell utvikles mellom de to polene på bryteren. Energien som er lagret i spolens magnetfelt, blir spredt som varme og stråling i en elektrisk lysbue over rommet mellom bryterens klemmer. På grunn av fremskritt i superledende ledninger for elektromagneter, er det mulig å bruke store magneter med magnetfelt på flere teslaer for midlertidig lagring av elektrisk energi som energi i magnetfeltet. Dette gjøres for å imøtekomme kortsiktige svingninger i forbruket av elektrisk kraft.

en transformator er et eksempel på en enhet som bruker kretser med maksimal gjensidig induksjon. Figur 5 illustrerer konfigurasjonen av en typisk transformator. Her vikles spoler av isolert ledende ledning rundt en ring av jern konstruert av tynne isolerte lamineringer eller ark. Lamineringene minimerer virvelstrømmer i jernet. Eddystrømmer er sirkulasjonsstrømmer indusert i metallet ved det skiftende magnetfeltet. Disse strømmene gir et uønsket biprodukt-varme i jernet. Energitap i en transformator kan reduseres ved å bruke tynnere lamineringer, veldig «mykt» (lavkarbon) jern og ledning med større tverrsnitt, eller ved å vikle primær-og sekundærkretsene med ledere som har svært lav motstand. Dessverre reduserer varmetapet kostnaden for transformatorer. Transformatorer som brukes til å overføre og distribuere strøm er vanligvis 98 til 99 prosent effektive. Mens eddystrømmer er et problem i transformatorer, er de nyttige for oppvarming av gjenstander i vakuum. Eddystrømmer induseres i objektet som skal varmes opp ved å omgi et relativt ikke-ledende vakuumhus med en spole som bærer en høyfrekvent vekselstrøm.

i en transformator sikrer jernet at nesten Alle linjene I B som passerer gjennom en krets også passerer gjennom den andre kretsen, og at faktisk i hovedsak all magnetisk flux er begrenset til jernet. Hver sving av de ledende spolene har samme magnetiske flux; dermed er den totale fluxen for hver spole proporsjonal med antall svinger i spolen. Som et resultat, hvis en kilde til sinusoidalt varierende elektromotorisk kraft er koblet til en spole, er den elektromotoriske kraften i den andre spolen gitt ved

således, avhengig av forholdet Mellom N2 Og N1 (Hvor N1 og N2 er antall svinger i henholdsvis første og andre spoler), kan transformatoren enten være en opp-eller en ned-enhet for vekslende spenninger. Av mange grunner, blant annet sikkerhet, produksjon og forbruk av elektrisk kraft oppstår ved relativt lave spenninger. Step-up transformatorer brukes til å oppnå høy spenning før elektrisk kraft overføres, siden for en gitt mengde strøm er strømmen i overføringslinjene mye mindre. Dette minimerer energi tapt ved resistiv oppvarming av ledere.

Faradays lov utgjør grunnlaget for kraftindustrien og for transformasjon av mekanisk energi til elektrisk energi. I 1821, et tiår før han oppdaget magnetisk induksjon, gjennomførte Faraday eksperimenter med elektriske ledninger som roterte rundt kompassnåler. Dette tidligere arbeidet, hvor en ledning som bærer en strøm rotert rundt en magnetisert nål og en magnetisk nål ble laget for å rotere rundt en ledning som bærer en elektrisk strøm, ga grunnlaget for utviklingen av den elektriske motoren.