Dalam materi tersebut, kita akan memahami konsep induksi EMF dalam situasi kemunculannya. Kami juga mempertimbangkan induktansi sebagai parameter kunci untuk terjadinya fluks magnet ketika medan listrik muncul dalam konduktor.
Induksi elektromagnetik adalah pembangkitan arus listrik oleh medan magnet yang berubah seiring waktu. Berkat penemuan Faraday dan Lenz, pola dirumuskan menjadi hukum, yang memperkenalkan simetri ke dalam pemahaman aliran elektromagnetik. Teori Maxwell menyatukan pengetahuan tentang arus listrik dan fluks magnet. Berkat penemuan Hertz, umat manusia belajar tentang telekomunikasi.
Isi
fluks magnet
Medan elektromagnetik muncul di sekitar konduktor dengan arus listrik, namun, secara paralel, fenomena sebaliknya juga terjadi - induksi elektromagnetik.Perhatikan fluks magnet sebagai contoh: jika bingkai konduktor ditempatkan dalam medan listrik dengan induksi dan dipindahkan dari atas ke bawah sepanjang garis medan magnet atau ke kanan atau kiri tegak lurus terhadapnya, maka fluks magnet yang melewati bingkai akan menjadi konstan.
Ketika bingkai berputar di sekitar porosnya, maka setelah beberapa saat fluks magnet akan berubah dengan jumlah tertentu. Akibatnya, EMF induksi muncul dalam bingkai dan arus listrik muncul, yang disebut induksi.
induksi EMF
Mari kita telaah secara detail apa itu konsep EMF induksi. Ketika sebuah konduktor ditempatkan dalam medan magnet dan bergerak dengan persimpangan garis-garis medan, gaya gerak listrik muncul di konduktor yang disebut EMF induksi. Hal ini juga terjadi jika konduktor tetap diam, dan medan magnet bergerak dan berpotongan dengan garis gaya konduktor.
Ketika konduktor, di mana ggl terjadi, menutup ke sirkuit eksternal, karena adanya ggl ini, arus induksi mulai mengalir melalui sirkuit. Induksi elektromagnetik melibatkan fenomena induksi EMF dalam konduktor pada saat dilintasi oleh garis medan magnet.
Induksi elektromagnetik adalah proses kebalikan dari mengubah energi mekanik menjadi arus listrik. Konsep ini dan hukumnya banyak digunakan dalam teknik listrik, sebagian besar mesin listrik didasarkan pada fenomena ini.
Hukum Faraday dan Lenz
Hukum Faraday dan Lenz mencerminkan pola terjadinya induksi elektromagnetik.
Faraday menemukan bahwa efek magnetik muncul sebagai akibat dari perubahan fluks magnet dari waktu ke waktu.Pada saat melintasi konduktor dengan arus magnet bolak-balik, gaya gerak listrik muncul di dalamnya, yang mengarah pada munculnya arus listrik. Baik magnet permanen dan elektromagnet dapat menghasilkan arus.
Ilmuwan menentukan bahwa intensitas arus meningkat dengan perubahan cepat dalam jumlah garis gaya yang melintasi sirkuit. Artinya, EMF induksi elektromagnetik berbanding lurus dengan kecepatan fluks magnet.
Menurut hukum Faraday, rumus EMF induksi didefinisikan sebagai berikut:
E \u003d - dF / dt.
Tanda minus menunjukkan hubungan antara polaritas EMF yang diinduksi, arah aliran, dan kecepatan yang berubah.
Menurut hukum Lenz, adalah mungkin untuk mengkarakterisasi gaya gerak listrik tergantung pada arahnya. Setiap perubahan fluks magnet dalam koil menyebabkan munculnya EMF induksi, dan dengan perubahan yang cepat, peningkatan EMF diamati.
Jika koil, di mana ada EMF induksi, memiliki hubungan pendek ke sirkuit eksternal, maka arus induksi mengalir melaluinya, akibatnya medan magnet muncul di sekitar konduktor dan koil memperoleh sifat-sifat solenoida . Akibatnya, medan magnet terbentuk di sekitar kumparan.
E.Kh. Lenz menetapkan pola yang dengannya arah arus induksi dalam koil dan EMF induksi ditentukan. Hukum menyatakan bahwa EMF induksi dalam kumparan, ketika fluks magnet berubah, membentuk arus searah dalam kumparan, di mana fluks magnet yang diberikan kumparan memungkinkan untuk menghindari perubahan fluks magnet asing.
Hukum Lenz berlaku untuk semua situasi induksi arus listrik dalam konduktor, terlepas dari konfigurasinya dan metode pengubahan medan magnet luar.
Pergerakan seutas kawat dalam medan magnet
Nilai EMF yang diinduksi ditentukan tergantung pada panjang konduktor yang dilintasi oleh garis gaya medan. Dengan jumlah garis medan yang lebih besar, nilai ggl induksi meningkat. Dengan peningkatan medan magnet dan induksi, nilai EMF yang lebih besar terjadi pada konduktor. Dengan demikian, nilai EMF induksi pada penghantar yang bergerak dalam medan magnet secara langsung bergantung pada induksi medan magnet, panjang penghantar dan kecepatan gerakannya.
Ketergantungan ini tercermin dalam rumus E = Blv, di mana E adalah ggl induksi; B adalah nilai induksi magnetik; I adalah panjang konduktor; v adalah kecepatan geraknya.
Perhatikan bahwa dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet, EMF induksi hanya muncul ketika melintasi garis medan magnet. Jika konduktor bergerak sepanjang garis gaya, maka tidak ada EMF yang diinduksi. Untuk alasan ini, rumus hanya berlaku dalam kasus di mana gerakan konduktor diarahkan tegak lurus terhadap garis gaya.
Arah EMF induksi dan arus listrik pada penghantar ditentukan oleh arah gerak penghantar itu sendiri. Untuk mengidentifikasi arah, aturan tangan kanan telah dikembangkan. Jika Anda memegang telapak tangan kanan Anda sehingga garis-garis medan masuk ke arahnya, dan ibu jari menunjukkan arah pergerakan konduktor, maka empat jari lainnya menunjukkan arah ggl induksi dan arah arus listrik. dalam konduktor.
Kumparan berputar
Pengoperasian generator arus listrik didasarkan pada perputaran kumparan dalam fluks magnet, dimana terdapat jumlah lilitan tertentu. EMF diinduksi dalam rangkaian listrik selalu ketika dilintasi oleh fluks magnet, berdasarkan rumus fluks magnet Ф \u003d B x S x cos (induksi magnet dikalikan dengan luas permukaan yang dilalui fluks magnet, dan kosinus dari sudut yang dibentuk oleh vektor arah dan garis-garis bidang tegak lurus).
Menurut rumus, F dipengaruhi oleh perubahan situasi:
- ketika fluks magnet berubah, vektor arah berubah;
- daerah yang tercakup dalam perubahan kontur;
- perubahan sudut.
Hal ini diperbolehkan untuk menginduksi EMF dengan magnet stasioner atau arus konstan, tetapi hanya ketika kumparan berputar di sekitar sumbunya dalam medan magnet. Dalam hal ini, fluks magnet berubah seiring perubahan sudut. Kumparan dalam proses rotasi melintasi garis gaya fluks magnet, sebagai akibatnya, EMF muncul. Dengan rotasi seragam, perubahan periodik dalam fluks magnet terjadi. Juga, jumlah garis bidang yang melintasi setiap detik menjadi sama dengan nilai secara berkala.
Dalam praktiknya, pada generator arus bolak-balik, kumparan tetap diam, dan elektromagnet berputar di sekitarnya.
Induksi diri EMF
Ketika arus listrik bolak-balik melewati kumparan, medan magnet bolak-balik dihasilkan, yang ditandai dengan perubahan fluks magnet yang menginduksi EMF. Fenomena ini disebut induksi diri.
Karena kenyataan bahwa fluks magnet sebanding dengan intensitas arus listrik, maka rumus EMF induksi sendiri terlihat seperti ini:
= L x I, di mana L adalah induktansi, yang diukur dalam H.Nilainya ditentukan oleh jumlah belokan per satuan panjang dan nilai penampangnya.
Induksi timbal balik
Ketika dua kumparan terletak berdampingan, mereka mengamati EMF dari induksi timbal balik, yang ditentukan oleh konfigurasi dua sirkuit dan orientasi timbal baliknya. Dengan meningkatnya pemisahan sirkuit, nilai induktansi timbal balik menurun, karena ada penurunan fluks magnet total untuk dua kumparan.
Mari kita perhatikan secara rinci proses munculnya saling induksi. Ada dua kumparan, arus I1 mengalir melalui kawat satu dengan lilitan N1, yang menciptakan fluks magnet dan melewati kumparan kedua dengan jumlah lilitan N2.
Nilai induktansi timbal balik dari kumparan kedua dalam kaitannya dengan yang pertama:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Nilai fluks magnet:
F21 = (M21/N2) x I1.
GGL induksi dihitung dengan rumus:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
Pada kumparan pertama, nilai ggl induksi:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Penting untuk dicatat bahwa gaya gerak listrik yang dipicu oleh induksi timbal balik di salah satu kumparan dalam hal apapun berbanding lurus dengan perubahan arus listrik di kumparan lainnya.
Maka induktansi timbal balik dianggap sama dengan:
M12 = M21 = M.
Akibatnya, E1 = - M x dI2/dt dan E2 = M x dI1/dt. M = K (L1 x L2), di mana K adalah koefisien kopling antara dua nilai induktansi.
Induktansi timbal balik banyak digunakan dalam transformator, yang memungkinkan untuk mengubah nilai arus listrik bolak-balik. Perangkat adalah sepasang kumparan yang dililitkan pada inti yang sama. Arus pada kumparan pertama membentuk fluks magnet yang berubah pada rangkaian magnet dan arus pada kumparan kedua.Dengan lebih sedikit lilitan pada kumparan pertama daripada yang kedua, tegangan meningkat, dan dengan demikian, dengan jumlah lilitan yang lebih besar pada belitan pertama, tegangan berkurang.
Selain menghasilkan dan mengubah energi listrik, fenomena induksi magnetik digunakan di perangkat lain. Misalnya, di kereta levitasi magnetik yang bergerak tanpa kontak langsung dengan arus di rel, tetapi beberapa sentimeter lebih tinggi karena tolakan elektromagnetik.
Artikel serupa:
