Elektromagnetisme — forholdet mellom elektrisitet og magnetisme — er det underliggende prinsippet for drift av elektriske motorer, samt generatorer og transformatorer. Og selv om de fleste av oss ikke designe motorer (eller generatorer eller transformatorer) fra scratch, er det nyttig å ha en grunnleggende forståelse av begreper og lover at drive sin drift.,
grunnlaget for elektromagnetisme er lagt ut i Maxwell ‘ s ligninger — et sett av fire ligninger utviklet av James Clerk Maxwell i begynnelsen av 1860-årene. I denne artikkelen vil vi se på Faraday ‘s lov av elektromagnetisk induksjon, som danner grunnlaget for en av Maxwell’ s ligninger. Vi vil også se på Lenz ‘s lov, som holder Faraday’ s lov innsjekking.,
Faraday ‘s lov av elektromagnetisk induksjon
Michael Faraday oppdaget forholdet mellom magnetfelt og elektrisitet (elektromagnetisme) i 1830-årene, og selv om Faraday gjort mange bidrag til studiet av elektrisitet og magnetisme, en av de viktigste er Faraday’ s lov av elektromagnetisk induksjon, som sier:
endre magnetiske miljøet i en spiral av wire (dirigent) vil føre til en spenning (emf) til å være indusert i spolen. Og hvis spolen (dirigent krets) er lukket, strøm flyter.,
årsaken til endringen i magnetisk miljø spiller ingen rolle — det kan være forårsaket ved å endre magnetisk feltstyrke, ved å bevege en magnet mot og bort fra spolen, ved å flytte spiral inn og ut av det magnetiske feltet, eller ved å vri spolen i forhold til det magnetiske feltet. Så lenge det er relativ bevegelse mellom magnetfelt og spolen, en spenning som vil bli forårsaket.,
Bilde credit: IGCSE Fysikk
Den matematiske uttrykk for Faraday ‘ s lov av elektromagnetisk induksjon viser at den induserte spenningen er lik antall omdreininger i spolen multipliseres med den tiden-baserte endring av magnetisk fluks.,
ε = indusert emf (V)
N = antall omdreininger på coil
Φ = magnetisk fluks (Wb, V·s)
t = tid (s)
Merk at magnetiske fluks (Φ) er produktet av magnetfelt (B) og arealet av spolen (A): φ = BA
Lenz ‘ s lov
minustegn («-«) på høyre side av ligningen ovenfor kommer fra Lenz ‘ s lov og indikerer at indusert emf oppstår i motsatt retning av den magnetiske fluks.,
Lenz ‘s lov som sikrer at Faraday’ s lov fester seg til prinsippet om at energi må bli bevart, sier at:
Når emf (spenning) er generert av en endring i magnetisk flux, polaritet av indusert emf genererer en strøm som magnetiske feltet er i en retning som motsetter seg den endringen som produseres det (den opprinnelige magnetiske felt).
med andre ord, det induserte magnetfeltet jobber alltid for å holde den magnetiske fluks konstant., Hvis den magnetiske fluks redusert, det magnetiske feltet som er opprettet av indusert strøm ville legge til det. Og hvis magnetisk flux økt, det magnetiske feltet som er opprettet av indusert strøm ville trekke fra det. I begge tilfeller, vil den totale magnetiske fluks forblir konstant.
Bilde credit: C. R., Nave, Georgia State University
på samme måte, indusert emf vil motsette seg endringer som skapte den. Med andre ord, indusert emf (spenning) vil være i motsatt retning av den spenning som skapte den. I en motor, betyr dette at indusert emf (ofte referert til som back emf) motsetter spenning.,
Forsyning = 195 V
Tilbake emf = -45 V
Netto spenning i kretsen (V = IR) = 10 * 15 = 150 V
195 V + -45 V = 150 V
Tilbake emf er direkte relatert til motorens hastighet: når motorturtallet øker, så gjør tilbake emf, og vice-versa. Dette er hvorfor, for eksempel, en DC motorens dreiemoment og hastighet egenskaper har en invers, lineær sammenheng.
Som den belastning (dreiemoment) på motoren er økt, motoren bremser ned., Jo tregere motor spinn, jo lavere tilbake emf (motstridende nettspenning) og mindre spenning motoren bruker bare for å overvinne dette tilbake emf. Derfor er det spenning og strøm over motoren øke. Denne ekstra nåværende lar motoren til å produsere ekstra dreiemoment det er behov for å gjenvinne sin hastighet med den økte belastningen.
koblingsskjema og eksempel hentet fra New South Wales, Institutt for Utdanning og Opplæring, 2007.