elektromagnetism — förhållandet mellan el och magnetism — är den underliggande principen för driften av elmotorer, samt generatorer och transformatorer. Och även om de flesta av oss inte utformar motorer (eller generatorer eller transformatorer) från början, är det bra att ha en grundläggande förståelse för de begrepp och lagar som driver deras verksamhet.,
grunden för elektromagnetism läggs ut i Maxwells ekvationer — en uppsättning av fyra ekvationer som utvecklats av James Clerk Maxwell i början av 1860-talet. i den här artikeln tittar vi på Faradays lag om elektromagnetisk induktion, som utgör grunden för en av Maxwells ekvationer. Vi ska också titta på Lenz lag, som håller Faradays lag i schack.,
Faradays lag om elektromagnetisk induktion
Michael Faraday upptäckte förhållandet mellan magnetfält och El (elektromagnetism) på 1830-talet, och även om Faraday gjorde många bidrag till studien av el och magnetism, är en av de viktigaste Faradays lag om elektromagnetisk induktion, som säger:
alla ändringar i lagen om elektromagnetisk induktion.magnetisk miljö hos en trådspole (en ledare) kommer att orsaka att en spänning (EMF) induceras i spolen. Och om spolen (ledningskrets) är stängd, kommer strömmen att flöda.,
orsaken till förändringen i magnetisk miljö spelar ingen roll — det kan orsakas av att ändra magnetfältets styrka, genom att flytta magneten mot och bort från spolen, genom att flytta spolen in i och ut ur magnetfältet eller genom att rotera spolen i förhållande till magnetfältet. Så länge det finns relativ rörelse mellan magnetfältet och spolen, kommer en spänning att induceras.,
bildkredit: IGCSEFYSIK
det matematiska uttrycket för Faradays lag om elektromagnetisk induktion visar att den inducerade spänningen är lika med antalet varv i spolen multiplicerat med den tidsbaserade förändringen av det magnetiska flödet.,
ε = inducerad emf (v)
N = antal varv av spole
Φ = magnetiskt flöde (Wb, V·s)
T = tid (er)
Observera att magnetflöde (φ) är produkten av magnetfältet (B) och spolområdet (a): φ = ba
Lenzs lag
det negativa tecknet (”-”) på höger sida av ekvationen ovan kommer från Lenzs lag och indikerar att den inducerade EMF sker i en riktning motsatt det magnetiska flödet.,
Lenzs lag säkerställer att Faradays lag följer principen att energi måste bevaras och anger att:
När emf (spänning) genereras av en förändring i magnetflödet genererar polariteten hos den inducerade emf en ström vars magnetfält är i en riktning som motsätter sig den förändring som producerade den (den ursprungliga magnetiska magnetfältet).fält).
med andra ord fungerar det inducerade magnetfältet alltid för att hålla magnetflödet konstant., Om det magnetiska flödet minskade skulle det magnetfält som skapas av den inducerade strömmen lägga till det. Och om det magnetiska flödet ökade, skulle magnetfältet skapat av den inducerade strömmen subtrahera från den. I båda fallen förblir det totala magnetiska flödet konstant.
bild kredit: C. R., Nave, Georgia State University
på samma sätt kommer den inducerade emf att motsätta sig den förändring som skapade den. Med andra ord kommer den inducerade emf (spänningen) att vara i en riktning motsatt den spänning som skapade den. I en motor betyder detta den inducerade emf (vanligen kallad back emf) motsätter sig matningsspänningen.,
Supply = 195 v
Back emf = -45 v
nätspänning i krets (V = IR) = 10 * 15 = 150 v
nätspänning i krets (V = IR) = 10 * 15 = 150 v
195 v + -45 v = 150 v
tillbaka EMF är direkt relaterad till motorvarvtalet: när motorvarvtalet ökar, så gör Tillbaka EMF och vice versa. Det är därför, till exempel, en LIKSTRÖMSMOTORS vridmoment och hastighetsegenskaper har en invers, linjär relation.
när belastningen (vridmomentet) på motorn ökar sänks motorn., Ju långsammare motorn snurrar, desto lägre tillbaka emf (motsatta matningsspänningen) och desto mindre spänning motorn använder bara för att övervinna denna Tillbaka emf. Därför ökar spänningen och strömmen över motorn. Denna extra ström gör det möjligt för motorn att producera det extra vridmomentet som den behöver för att återfå sin hastighet med den ökade belastningen.
kretsschema och exempel från New South Wales, Department of Education and Training, 2007.