Elektromágneses indukció (Vázlat)

Átírás

1 Elekromágneses ndukcó (Vázla). z elekromágneses ndukcó és annak fajá. mozgás ndukcó 3. Lenz-örvény 4. yugalm ndukcó 5. Időben válozó mágneses mező álal kele elekromos mező ulajdonsága 6. Kölcsönös és önndukcós jelenség 7. Elekromos mező energája

2 z elekromágneses ndukcó és annak fajá mágneses mezőben lezajló válozásokkal kapcsolaos jelenségeke elekromágneses ndukcónak nevezzük. z ndukcós jelenségeknek ké ípusa lehe: Mozgás ndukcó Mozgás ndukcó körébe azok a jelenségek aroznak, amkor a vezeő mozog az állandó mágneses mezőben. yugalm ndukcó yugalm ndukcó során a nyugvó vezeő környezeében a mágneses mező válozk.

3 Mozgás ndukcó Homogén mágneses mezőben az ndukcóvonalakra merőlegesen vezeőszála helyezünk el. Ha a vezeőszála a mágneses ndukcóra s és az áramra s merőleges rányú sebességgel mozgajuk, akkor a vezeőszál ké vége közö feszülség mérheő. jelenség azzal magyarázhaó, hogy a vezeőben levő ölések a vezeőszállal együ a mágneses ndukcó vekorra merőlegesen mozognak. Így a ölésekre ha a Lorenz-erő, amnek kövekezében a vezeő egyk vége pozív a másk negaív ölésű lesz. Mágneses mezőben mozgó vezeőben a Lorenz-erő haására lérejövő ölés széválaszásá mozgás ndukcónak nevezzük. Mozgás ndukcó haására a ölés széválaszódása addg ar, amíg a Lorenz-erő egyenlő nem lesz a széválaszo ölések közö Coulomberővel. FL F C B Q v E Q B v l E l B vl Ha homogén mágneses mezőben az ndukcóvonalakra merőleges l hosszúságú vezeő a mágneses ndukcóra s és a vezeőszálra s merőleges v sebességgel mozgaunk, akkor a vezeő ké vége közö feszülség mérheő. Ez az ndukál feszülség egyenesen arányos a vezeő szakasz hosszának és sebességének szorzaával az arányosság ényező a mágneses ndukcó. 3

4 Lenz örvénye z ndukál feszülség álal ndío áram rányá Lenz-örvénye alapján állapíjuk meg. Ha a vezeőszál v sebességgel megmozdul a kereen, akkor a ölés széválaszás ma a zár körben áram ndul. Ennek kövekezében az áramjára vezeőre olyan rányú erő fog han, am csökkenen gyekszk a sebességé. z ndukál feszülség mndg olyan rányú áramo ndí, amelynek haása akadályozza az ő lérehozó jelensége. Ha a vezeőszála v sebességgel akarjuk mozgan, akkor ahhoz a vezeőre állandó F erővel kell han. Ennek az erőnek a nagysága: munká végez. F B Il, amely a mozgás során s úon Ez a munka megegyezk az ndukál feszülség álal ndío áram munkájával. Így az energa megmaradásból s levezeheő az ndukál feszülség képlee. s B l I I s B l v B l zár alumínumgyűrű elmozdul a mágnes elmozdulásának rányába, a nyo alumínumgyűrű vszon nyugalomba marad. Ez a jelenség s Lenzörvényével magyaráhaó. 4

5 yugalm ndukcó yugalm ndukcó során a mágneses mező válozk a nyugvó vezeő körül. yugvó ekercs belsejében mozgajuk a mágnes. középállású feszülségmérő kérésének ránya a mozgás rányáól függ. z ndukál feszülség nagysága függ a mágneses mező válozásának sebességéől, és annak a ekercsnek a meneszámáól, amelyben a feszülség ndukálódk. z áramkör nyásakor és zárásakor a külső ekercshez kapcsol feszülségmérő jelez. z ndukál feszülség egyenesen arányos a fluxusválozás sebességének és a ekercs meneszámának szorzaával, az arányosság ényező -. (a mínusz előjel Lenz-örvényéből kövekezk.) ΔΦ Δ yugalm ndukcó jelenségének magyarázaa z dőben válozó mágneses mező maga körül egy elekromos mező hoz lére, amely kölcsönhaásba ud lépn a vezeőben lévő nyugvó ölésekkel. 5

6 Kölcsönös és önndukcós jelenség Kölcsönös ndukcós jelenség Kölcsönös ndukcó bemuahaó ké ekercs segíségével. ké ekercse közös vasmaggal kapcsoljuk össze. Ha az első ekercsben válozajuk az áram erősségé, akkor a másodk ekercsben feszülség mérheő. jelenség magyarázaa a kövekező: z első ekercsben az áramerősség válozása ma egy dőben válozó mágneses mező alakul k. közös vasmag ma ez a válozás a másodk ekercsben s fennáll. mágneses mező válozása egy örvényes elekromos mező ndukál, am kölcsönhaásba lép a másodk ekercsben lévő elekronokkal. kölcsönös ndukcó során az ndukál feszülség egyenesen arányos az áramerősség válozásának sebességével, az arányosság ényező a kölcsönös ndukcós együhaó mínusz egyszerese. ΔI L, Δ ahol L a kölcsönös ndukcós együhaó. Vs L H Egy henry egy rendszer kölcsönös ndukcós együhaója, hogyha az egyk vezeőben egy másodperc ala bekövekező egy amper áramerősség válozás a másk vezeőben egy vol feszülsége ndukál. 6

7 Kölcsönös ndukcós együhaó levezeése: I L I B H l I l L l Önndukcó z áramkörbe ké eljesen azonos eljesíményű zzó kapcsolunk. válozahaó ellenállásra azér van szükség, hogyha az áramkör arósan zárva van, akkor mndké zzó azonos fényerősséggel vlágíson. z áramkör zárásakor az egyes zzó később kezd el eljes fényerővel vlágían. jelenség magyarázaa: kapcsoló zárásakor az áramerősség nagysága a ekercsben a nullához képes folyamaosan nő. Így a ekercs belsejében egy dőben válozó mágneses ér alakul k. Ez egy örvényes elekromos mező hoz lére, amely álal ndío áram akadályozza az áram növekedésé. z áramkör nyásakor az egyes zzó később alszk el, mn a kees. z áram csökkenése a ekercsben, dőben válozó mágneses ere eredményez. Ez egy olyan feszülsége ndukál, amely álal ndío áram akadályozza az áramerősség csökkenésé. 7

8 8 z önndukcó során a ekercsben ndukál feszülség egyenesen arányos az áramválozás sebességével, az arányosság ényező az önndukcós együhaó mínusz egyszerese. I L, ahol L a ekercs önndukcós együhaója. Önndukcós együhaó levezeése: I L I l l I H B l L

9 Mágneses mező energája Egy ekercs belsejében a mágneses mezőnek a képülése, lleve megszüneése nem pllanaszerű folyama. Ez az jelen, hogy a mágneses mező eheelenséggel rendelkezk, amből kövekezk, hogy energájuk s van. Kísérle: mkor a kapcsoló az egyes állásból a keesbe ákapcsoljuk, akkor az zzó felvllan. z ákapcsolás pllanaában elkezd csökkenn a ekercs belsejében a mágneses mező. Ez a fluxusválozás egy feszülsége ndukál, amely álal kele áram a korább állapoo gyekszk fennaran. z ndukál áram álal végze munka a ekercs belsejében lévő mágneses mező energájával egyezk meg. z ndukál áram munkája: W I I W L I L I I W Em L I z összegzés egyszerű maemaka eljárással végezhejük el. Ha ábrázoljuk az áramerősség függvényében az L I szorzao, akkor egy egyenes arány kfejező grafkon kapunk. Ha kjelölünk kcs I szakasz, akkor a hozzá arozó erüle közelíőleg I L I. Ezen kcs erüleeknek az összege adja a grafkon ala erülee, am a munkával egyezk meg. Így: W L I z áramjára ekercs belsejében kalakuló mágneses mező energája egyenesen arányos az áramerősség négyzeével, az arányosság ényező az önndukcós együhaó fele. Mágneses mező energája álalánosan: E m L I l I I l l B V E m μ B V 9

10 mágneses mező energája egyenesen arányos a mező érfogaának és a mágneses ndukcó négyzeének a szorzaával, az arányosság ényező az. Mágneses mező energasűrűsége: m E m V B