Elektromagnetische Induktion Formel und Einheiten, wie es funktioniert und Beispiele

Die elektromagnetische Induktion Es ist definiert als die Induktion einer elektromotorischen Kraft (Spannung) in einem nahegelegenen Medium oder Körper aufgrund des Vorhandenseins eines variablen Magnetfeldes. Dieses Phänomen wurde von dem britischen Physiker und Chemiker Michael Faraday im Laufe des Jahres 1831 durch das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion entdeckt.

Faraday führte experimentelle Tests mit einem von einer Drahtspule umgebenen Permanentmagneten durch und beobachtete die Induktion einer Spannung an der Spule und die Zirkulation eines zugrundeliegenden Stroms.

Dieses Gesetz zeigt an, dass die Spannung, die in einer geschlossenen Schleife induziert wird, direkt proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses ist, wenn sie eine Oberfläche in Bezug auf die Zeit kreuzt. Somit ist es möglich, das Vorhandensein einer Spannungsdifferenz (Spannungsdifferenz) über einen benachbarten Körper aufgrund des Einflusses variabler Magnetfelder zu induzieren.

Diese induzierte Spannung wiederum verursacht die Zirkulation eines Stroms, der der induzierten Spannung und der Impedanz des Untersuchungsobjekts entspricht. Dieses Phänomen ist das Prinzip der Wirkung von Energiesystemen und Geräten des täglichen Gebrauchs, wie: Motoren, Generatoren und elektrische Transformatoren, Induktionsöfen, Induktoren, Batterien usw.

Index

• 1 Formel und Einheiten
  • 1.1 Formel
  • 1.2 Maßeinheit
• 2 Wie funktioniert es?
• 3 Beispiele
• 4 Referenzen

Formel und Einheiten

Die von Faraday beobachtete elektromagnetische Induktion wurde durch mathematische Modellierung, die es erlaubt, diese Art von Phänomenen zu replizieren und ihr Verhalten vorherzusagen, mit der Welt der Wissenschaft geteilt.

Formel

Um die elektrischen Parameter (Spannung, Strom), die mit dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion verbunden sind, zu berechnen, müssen wir zuerst definieren, was der Wert der magnetischen Induktion ist, die derzeit als magnetisches Feld bekannt ist.

Um zu wissen, wie der magnetische Fluss durch eine bestimmte Oberfläche fließt, muss das Produkt der magnetischen Induktion durch diese Fläche berechnet werden. Also:

Wo:

Φ: Magnetfluss [Wb]

B: Magnetische Induktion [T]

S: Oberfläche [m²]

Das Gesetz von Faraday besagt, dass die elektromotorische Kraft, die auf die umgebenden Körper ausgeübt wird, durch die Geschwindigkeit der Änderung des magnetischen Flusses in Bezug auf die Zeit gegeben ist, wie im Folgenden beschrieben:

Wo:

ε: elektromotorische Kraft [V]

Wenn wir den Wert des magnetischen Flusses in dem vorherigen Ausdruck ersetzen, haben wir folgendes:

Wenn auf beide Seiten der Gleichung Integrale angewendet werden, um eine endliche Trajektorie für den mit dem magnetischen Fluss assoziierten Bereich zu begrenzen, wird eine genauere Approximation der erforderlichen Berechnung erhalten.

Außerdem ist die Berechnung der elektromotorischen Kraft in einem geschlossenen Kreis auf diese Weise ebenfalls begrenzt. Wenn man also die Integration in beide Glieder der Gleichung anwendet, erhält man:

Maßeinheit

Die magnetische Induktion wird im Internationalen Einheitensystem (SI) in Teslas gemessen. Diese Maßeinheit wird durch den Buchstaben T dargestellt und entspricht der Menge der folgenden Grundeinheiten.

Ein Tesla entspricht der gleichförmigen magnetischen Induktion, die auf einer Fläche von einem Quadratmeter einen magnetischen Fluss von 1 Weber erzeugt.

Nach dem Cegesimalsystem (CGS) ist die Maßeinheit der magnetischen Induktion Gauss. Die Äquivalenzbeziehung zwischen beiden Einheiten ist die folgende:

1 Tesla = 10 000 Gauss

Die Maßeinheit der magnetischen Induktion verdankt ihren Namen dem Ingenieur, Physiker und Erfinder Serbokroatisch Nikola Tesla. Es wurde auf diese Weise Mitte des Jahres 1960 benannt.

Wie funktioniert es?

Es wird Induktion genannt, weil es keine physische Verbindung zwischen den primären und sekundären Elementen gibt; folglich geschieht alles durch indirekte und immaterielle Verbindungen.

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion tritt auf, wenn die Kraftlinien eines variablen Magnetfelds auf die freien Elektronen eines nahe gelegenen leitenden Elements einwirken.

Dazu müssen das Objekt oder die Mittel, auf denen die Induktion auftritt, senkrecht zu den Kraftlinien des Magnetfeldes angeordnet sein. Auf diese Weise ist die auf die freien Elektronen ausgeübte Kraft größer und folglich ist die elektromagnetische Induktion viel stärker.

Die Zirkulationsrichtung des induzierten Stroms ist wiederum durch die Richtung gegeben, die durch die Kraftlinien des variablen Magnetfelds gegeben ist.

Auf der anderen Seite gibt es drei Methoden, durch die der Fluss des Magnetfeldes variiert werden kann, um eine elektromotorische Kraft auf einen Körper oder ein nahes Objekt zu induzieren:

1- Ändern Sie das Magnetfeldmodul durch Schwankungen in der Flussstärke.

2- Ändern Sie den Winkel zwischen dem Magnetfeld und der Oberfläche.

3- Ändern Sie die Größe der inhärenten Oberfläche.

Dann wird, sobald ein Magnetfeld modifiziert worden ist, eine elektromotorische Kraft in dem benachbarten Objekt induziert, die abhängig von dem Widerstand gegenüber dem Stromfluss, den sie besitzt (Impedanz), einen induzierten Strom erzeugen wird.

In dieser Reihenfolge der Ideen wird der Anteil dieses induzierten Stroms größer oder kleiner als der Primärstrom sein, abhängig von der physikalischen Konfiguration des Systems.

Beispiele

Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion ist die Grundlage für den Betrieb von elektrischen Spannungswandlern.

Das Übersetzungsverhältnis eines Spannungswandlers (Untersetzungsgetriebe oder Höhenruder) ergibt sich aus der Anzahl der Wicklungen, die jede Wicklung des Transformators aufweist.

Abhängig von der Anzahl der Spulen kann die Spannung in der Sekundärwicklung je nach Anwendung innerhalb des Verbundsystems höher (Aufwärtstransformator) oder niedriger (Abwärtstransformator) sein.

In ähnlicher Weise arbeiten die Turbinen, die Elektrizität in den hydroelektrischen Zentren erzeugen, auch dank elektromagnetischer Induktion.

In diesem Fall bewegen die Schaufeln der Turbine die Drehachse, die sich zwischen der Turbine und dem Generator befindet. Dies führt dann zur Mobilisierung des Rotors.

Der Rotor besteht wiederum aus einer Reihe von Wicklungen, die bei Bewegung ein variables Magnetfeld erzeugen.

Letztere induziert eine elektromotorische Kraft im Stator des Generators, die mit einem System verbunden ist, das es ermöglicht, die während des Prozesses erzeugte Energie online zu transportieren.

Anhand der beiden vorgestellten Beispiele ist es möglich zu erkennen, wie die elektromagnetische Induktion in elementaren Anwendungen des täglichen Lebens Teil unseres Lebens ist.

Referenzen

1. Elektromagnetische Induktion (s.f.). Von: electronics-tutorials.ws
2. Elektromagnetische Induktion (s.f.). Von: nde-ed.org
3. Heute in der Geschichte 29. August 1831: Elektromagnetische Induktion wurde entdeckt. Von: mx.tuhistory.com
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5. Sancler, V. (s.f.). Elektromagnetische Induktion Von: euston96.com
6. Wikipedia, Die freie Enzyklopädie (2018). Tesla (Einheit). Von: en.wikipedia.org