efectele câmpurilor magnetice variabile

autoinductanța și inductanța reciprocă

autoinductanța unui circuit este utilizată pentru a descrie reacția circuitului la un curent în schimbare în circuit, în timp ce inductanța reciprocă față de un al doilea circuit descrie reacția la un curent în schimbare în al doilea circuit. Atunci când un curent I1 curge în circuitul 1, i1 produce un câmp magnetic B1; fluxul magnetic prin circuitul 1 datorită curentului i1 este de la 0 la 11. Din moment ce B1 este proporțional cu I1, de asemenea, este la fel de 11. Constanta proporționalității este autoinductanța L1 a circuitului. Este definit de ecuația

unitățile de inductanță sunt henrys. Dacă este prezent un al doilea circuit, o parte din câmpul B1 va trece prin circuitul 2 și va exista un flux magnetic Irak21 în circuitul 2 datorită curentului i1. Inductanța reciprocă M21 este dată de

fluxul magnetic din circuitul 1 datorat unui curent din circuitul 2 este dat de către un număr de 12 = M12i2. O proprietate importantă a inductanței reciproce este aceea M21 = M12. Prin urmare, este suficient să se utilizeze eticheta M fără inductanțe pentru inductanța reciprocă a două circuite.

valoarea inductanței reciproce a două circuite poate varia de la +rădăcină pătrată a lui l1l2 la −rădăcină pătrată a lui l1l2, în funcție de legătura de flux dintre circuite. Dacă cele două circuite sunt foarte îndepărtate sau dacă câmpul unui circuit nu oferă flux magnetic prin celălalt circuit, inductanța reciprocă este zero. Valoarea maximă posibilă a inductanței reciproce a două circuite este abordată pe măsură ce cele două circuite produc câmpuri B cu configurații spațiale din ce în ce mai similare.

în cazul în care rata de schimbare în raport cu timpul este luată pentru termenii de pe ambele părți ale ecuației (2), Rezultatul este d xc11/dt = L1di1 / dt. În conformitate cu Legea lui Faraday, d-11/DT este negativul forței electromotoare induse. Rezultatul este ecuația frecvent utilizată pentru un singur inductor într—un circuit AC-adică

fenomenul autoinducției a fost recunoscut pentru prima dată de omul de știință american Joseph Henry. El a reușit să genereze arcuri electrice mari și spectaculoase întrerupând curentul într-o bobină mare de cupru cu multe viraje. În timp ce un curent constant curge într-o bobină, energia din câmpul magnetic este dată de 1/2li2. Dacă atât inductanța L, cât și curentul i sunt mari, cantitatea de energie este de asemenea mare. Dacă curentul este întrerupt, cum ar fi, de exemplu, prin deschiderea unui comutator cuțit-lamă, curentul și, prin urmare, fluxul magnetic prin bobină scad rapid. Ecuația (4) descrie forța electromotoare rezultată indusă în bobină și se dezvoltă o diferență mare de potențial între cei doi poli ai comutatorului. Energia stocată în câmpul magnetic al bobinei este disipată ca căldură și radiație într-un arc electric în spațiul dintre bornele comutatorului. Datorită progreselor în firele supraconductoare pentru electromagneți, este posibil să se utilizeze magneți mari cu câmpuri magnetice de mai multe teslas pentru stocarea temporară a energiei electrice ca energie în câmpul magnetic. Acest lucru se face pentru a se adapta fluctuațiilor pe termen scurt ale consumului de energie electrică.

un transformator este un exemplu de dispozitiv care utilizează circuite cu inducție reciprocă maximă. Figura 5 ilustrează configurația unui transformator tipic. Aici, bobinele de sârmă conductoare izolată sunt înfășurate în jurul unui inel de fier construit din laminări sau foi izolate subțiri. Laminările minimizează curenții turbionari din fier. Curenții turbionari sunt curenți circulatori induși în metal de câmpul magnetic în schimbare. Acești curenți produc un produs secundar nedorit-căldură în fier. Pierderea de energie într-un transformator poate fi redusă prin utilizarea laminărilor mai subțiri, a fierului și a sârmei foarte „moi” (cu conținut scăzut de carbon) cu o secțiune transversală mai mare sau prin înfășurarea circuitelor primare și secundare cu conductori care au o rezistență foarte scăzută. Din păcate, reducerea pierderilor de căldură crește costul transformatoarelor. Transformatoarele utilizate pentru transmiterea și distribuirea energiei sunt de obicei eficiente între 98 și 99%. În timp ce curenții turbionari sunt o problemă în transformatoare, ele sunt utile pentru încălzirea obiectelor în vid. Curenții turbionari sunt induși în obiect pentru a fi încălziți prin înconjurarea unei incinte de vid relativ neconductoare cu o bobină care transportă un curent alternativ de înaltă frecvență.

într-un transformator, fierul asigură că aproape toate liniile lui B care trec printr-un circuit trec și prin al doilea circuit și că, de fapt, în esență, tot fluxul magnetic este limitat la fier. Fiecare rotire a bobinelor conductoare are același flux magnetic; astfel, fluxul total pentru fiecare bobină este proporțional cu numărul de rotații din bobină. Ca urmare, dacă o sursă de forță electromotoare variabilă sinusoidal este conectată la o bobină, forța electromotoare din a doua bobină este dată de

astfel, în funcție de raportul dintre N2 și N1 (unde N1 și N2 sunt numărul de rotații în prima și respectiv a doua bobină), transformatorul poate fi fie un dispozitiv step-up, fie un dispozitiv step-down pentru tensiuni alternative. Din mai multe motive, inclusiv siguranța, generarea și consumul de energie electrică apar la tensiuni relativ scăzute. Transformatoarele Step-up sunt utilizate pentru a obține tensiuni ridicate înainte de transmiterea energiei electrice, deoarece pentru o anumită cantitate de putere, curentul din liniile de transmisie este mult mai mic. Acest lucru minimizează energia pierdută prin încălzirea rezistivă a conductorilor.Legea lui Faraday constituie baza pentru industria energetică și pentru transformarea energiei mecanice în energie electrică. În 1821, cu un deceniu înainte de descoperirea inducției magnetice, Faraday a efectuat experimente cu fire electrice care se roteau în jurul acelor busolei. Această lucrare anterioară, în care un fir care transporta un curent rotit în jurul unui ac magnetizat și un ac magnetic a fost făcut să se rotească în jurul unui fir care transporta un curent electric, a oferit bazele dezvoltării motorului electric.