Elektromagnetismus — vztah mezi elektřinou a magnetismus — je základním principem pro provoz elektrických motorů, stejně jako generátory a transformátory. A i když většina z nás nejsou navrhování motors (nebo generátory nebo transformátory) od nuly, to je užitečné mít základní znalosti pojmů a zákonů, které řídit jejich provoz.,
základem elektromagnetismus je stanoven v Maxwellových rovnic — sada čtyř rovnic vyvinut James Clerk Maxwell v časném 1860s. V tomto článku se podíváme na to, Faradayův zákon elektromagnetické indukce, který tvoří základ jedné z Maxwellových rovnic. Podíváme se také na Lenzův zákon, který udržuje Faradayův zákon pod kontrolou.,
Faradayův zákon elektromagnetické indukce
Michael Faraday objevil vztah mezi magnetickým polem a elektřiny (elektromagnetismus) v roce 1830, a i když Faraday dělal mnoho příspěvků ke studiu elektřiny a magnetismu, jedním z nejdůležitějších je Faradayův zákon elektromagnetické indukce, který říká:
každé změně magnetického prostředí z cívky drátu (vodiče) způsobí napětí (emf), indukované v cívce. A pokud je cívka (vodičový obvod) uzavřena, proud bude proudit.,
příčinou změny v magnetickém prostředí, na tom nezáleží — to může být způsobeno změnou síly magnetického pole při pohybu magnetu směrem k a od cívku, pohybem cívky do a ven z magnetického pole, nebo otáčením cívky relativní magnetické pole. Dokud je mezi magnetickým polem a cívkou relativní pohyb, bude indukováno napětí.,
Image credit: IGCSE Fyziky
matematický výraz pro Faradayův zákon elektromagnetické indukce ukazuje, že indukované napětí je roven počtu závitů cívky vynásobit časem, založené na změně magnetického toku.,
ε = indukovaného emf (V)
N = počet závitů cívky
Φ = magnetický tok (Wb, V·y)
t = čas (s)
Všimněte si, že magnetický tok (Φ) je produktem magnetické pole (B) a plochy cívky (A): φ = BA,
lenzův zákon,
znaménko minus („-„) na pravé straně výše uvedené rovnice pochází z lenzův zákon a naznačuje, že indukovaného emf dochází v opačném směru magnetického toku.,
lenzův zákon zajišťuje, že Faradayův zákon se drží principu, že energie musí být zachována, s tím, že:
Když emf (napětí) je generována změnou magnetického toku, polarita indukovaného emf generuje proud, jehož magnetické pole je ve směru, který se staví proti změnám, které produkoval ji (původní magnetické pole).
jinými slovy, indukované magnetické pole vždy funguje tak, aby magnetický tok konstantní., Pokud by se magnetický tok snížil, přidalo by se k němu magnetické pole vytvořené indukovaným proudem. A je-li magnetický tok zvýšil, magnetické pole vytvořené indukovaný proud by z něj ubrat. V obou případech zůstává celkový magnetický tok konstantní.
Image credit: C. R., Nave, Georgia State University
Podobně, indukovaného emf bude proti změně, která ji vytvořila. Jinými slovy, indukovaný emf (napětí) bude ve směru opačném k napětí, které jej vytvořilo. V motoru to znamená, že indukovaný emf (běžně označovaný jako zadní emf) je proti napájecímu napětí.,
Nabídka = 195 V
Zpět emf = -45 V.
Čisté napětí v obvodu (V = IR) = 10 * 15 = 150 V
195 V + -45 V = 150 V
Zpět emf je přímo závislá na otáčkách motoru: motor se zvyšuje rychlost, takže se zpět emf, a vice-versa. Proto mají například charakteristiky točivého momentu a otáček stejnosměrného motoru inverzní lineární vztah.
jak se zvyšuje zatížení (točivý moment) motoru, motor se zpomaluje., Čím pomalejší se motor točí, tím nižší je zadní emf (proti napájecímu napětí) a čím menší napětí motor používá jen k překonání tohoto zpětného emf. Proto se zvyšuje napětí a proud v motoru. Tento dodatečný proud umožňuje motoru produkovat další točivý moment, který potřebuje, aby znovu získal svou rychlost se zvýšeným zatížením.
Schéma zapojení a příklad z Nového Jižního Walesu, Ministerstvo školství a vzdělávání, 2007.