Dans le matériel, nous comprendrons le concept d'induction EMF dans les situations de son apparition. Nous considérons également l'inductance comme un paramètre clé pour l'apparition d'un flux magnétique lorsqu'un champ électrique apparaît dans un conducteur.
L'induction électromagnétique est la génération de courant électrique par des champs magnétiques qui changent avec le temps. Grâce aux découvertes de Faraday et Lenz, des modèles ont été formulés en lois, qui ont introduit la symétrie dans la compréhension des flux électromagnétiques. La théorie de Maxwell a réuni des connaissances sur le courant électrique et les flux magnétiques. Grâce à la découverte de Hertz, l'humanité a découvert les télécommunications.
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Flux magnétique
Un champ électromagnétique apparaît autour d'un conducteur avec un courant électrique, cependant, en parallèle, le phénomène inverse se produit également - l'induction électromagnétique.Considérons le flux magnétique comme exemple: si un cadre conducteur est placé dans un champ électrique avec induction et déplacé de haut en bas le long des lignes de champ magnétique ou vers la droite ou la gauche perpendiculairement à celles-ci, alors le flux magnétique traversant le cadre sera constant.
Lorsque le cadre tourne autour de son axe, après un certain temps, le flux magnétique changera d'une certaine quantité. En conséquence, une FEM d'induction apparaît dans le cadre et un courant électrique apparaît, appelé induction.
Induction CEM
Examinons en détail ce qu'est le concept d'EMF d'induction. Lorsqu'un conducteur est placé dans un champ magnétique et qu'il se déplace avec l'intersection des lignes de champ, une force électromotrice apparaît dans le conducteur appelée FEM d'induction. Cela se produit également si le conducteur reste immobile et que le champ magnétique se déplace et croise les lignes de force du conducteur.
Lorsque le conducteur, où se produit la force électromotrice, se ferme sur le circuit externe, en raison de la présence de cette force électromotrice, un courant d'induction commence à circuler dans le circuit. L'induction électromagnétique implique le phénomène d'induction EMF dans un conducteur au moment où il est traversé par des lignes de champ magnétique.
L'induction électromagnétique est le processus inverse de transformation de l'énergie mécanique en courant électrique. Ce concept et ses lois sont largement utilisés en génie électrique, la plupart des machines électriques sont basées sur ce phénomène.
Lois de Faraday et de Lenz
Les lois de Faraday et de Lenz reflètent les schémas d'occurrence de l'induction électromagnétique.
Faraday a découvert que les effets magnétiques apparaissent à la suite de changements dans le flux magnétique au fil du temps.Au moment de traverser le conducteur avec un courant magnétique alternatif, une force électromotrice y apparaît, ce qui entraîne l'apparition d'un courant électrique. Un aimant permanent et un électroaimant peuvent générer du courant.
Le scientifique a déterminé que l'intensité du courant augmente avec un changement rapide du nombre de lignes de force qui traversent le circuit. C'est-à-dire que la FEM de l'induction électromagnétique est directement proportionnelle à la vitesse du flux magnétique.
Selon la loi de Faraday, les formules d'induction EMF sont définies comme suit :
E \u003d - dF / dt.
Le signe moins indique la relation entre la polarité de la FEM induite, la direction du flux et la vitesse changeante.
Selon la loi de Lenz, il est possible de caractériser la force électromotrice en fonction de sa direction. Toute modification du flux magnétique dans la bobine entraîne l'apparition d'une FEM d'induction, et avec une variation rapide, une FEM croissante est observée.
Si la bobine, où il y a une FEM d'induction, a un court-circuit avec un circuit externe, alors un courant d'induction la traverse, à la suite de quoi un champ magnétique apparaît autour du conducteur et la bobine acquiert les propriétés d'un solénoïde . En conséquence, un champ magnétique se forme autour de la bobine.
E.Kh. Lenz a établi un modèle selon lequel la direction du courant d'induction dans la bobine et l'induction EMF sont déterminées. La loi stipule que l'induction EMF dans la bobine, lorsque le flux magnétique change, forme un courant directionnel dans la bobine, dans lequel le flux magnétique donné de la bobine permet d'éviter les modifications du flux magnétique étranger.
La loi de Lenz s'applique à toutes les situations d'induction de courant électrique dans les conducteurs, quelles que soient leur configuration et la méthode de modification du champ magnétique externe.
Le mouvement d'un fil dans un champ magnétique
La valeur de la FEM induite est déterminée en fonction de la longueur du conducteur traversé par les lignes de champ de force. Avec un plus grand nombre de lignes de champ, la valeur de la fem induite augmente. Avec une augmentation du champ magnétique et de l'induction, une plus grande valeur d'EMF se produit dans le conducteur. Ainsi, la valeur de l'EMF d'induction dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique dépend directement de l'induction du champ magnétique, de la longueur du conducteur et de la vitesse de son déplacement.
Cette dépendance se reflète dans la formule E = Blv, où E est la fem d'induction ; B est la valeur de l'induction magnétique ; I est la longueur du conducteur; v est la vitesse de son déplacement.
Notez que dans un conducteur qui se déplace dans un champ magnétique, la FEM d'induction n'apparaît que lorsqu'elle traverse les lignes de champ magnétique. Si le conducteur se déplace le long des lignes de force, aucune force électromagnétique n'est induite. Pour cette raison, la formule ne s'applique que dans les cas où le mouvement du conducteur est dirigé perpendiculairement aux lignes de force.
La direction de la force électromotrice induite et du courant électrique dans le conducteur est déterminée par la direction du mouvement du conducteur lui-même. Pour identifier la direction, la règle de la main droite a été développée. Si vous tenez la paume de votre main droite pour que les lignes de champ entrent dans sa direction et que le pouce indique la direction du mouvement du conducteur, les quatre doigts restants indiquent la direction de la force électromotrice induite et la direction du courant électrique dans le chef d'orchestre.
Bobine tournante
Le fonctionnement du générateur de courant électrique est basé sur la rotation de la bobine dans un flux magnétique, où il y a un certain nombre de spires. EMF est induit dans un circuit électrique toujours lorsqu'il est traversé par un flux magnétique, basé sur la formule de flux magnétique Ф \u003d B x S x cos α (induction magnétique multipliée par la surface à travers laquelle passe le flux magnétique, et le cosinus de l'angle formé par le vecteur directeur et les lignes planes perpendiculaires).
Selon la formule, F est affecté par les changements de situation :
- lorsque le flux magnétique change, le vecteur de direction change ;
- la zone délimitée par le contour change ;
- changements d'angle.
Il est permis d'induire des CEM avec un aimant stationnaire ou un courant constant, mais simplement lorsque la bobine tourne autour de son axe dans le champ magnétique. Dans ce cas, le flux magnétique change lorsque l'angle change. La bobine en cours de rotation croise les lignes de force du flux magnétique, en conséquence, une FEM apparaît. Avec une rotation uniforme, un changement périodique du flux magnétique se produit. De plus, le nombre de lignes de champ qui se croisent chaque seconde devient égal aux valeurs à intervalles réguliers.
En pratique, dans les générateurs de courant alternatif, la bobine reste fixe et l'électroaimant tourne autour d'elle.
Auto-induction EMF
Lorsqu'un courant électrique alternatif traverse la bobine, un champ magnétique alternatif est généré, qui se caractérise par un flux magnétique changeant qui induit une FEM. Ce phénomène est appelé auto-induction.
En raison du fait que le flux magnétique est proportionnel à l'intensité du courant électrique, la formule EMF d'auto-induction ressemble à ceci :
Ф = L x I, où L est l'inductance, qui est mesurée en H.Sa valeur est déterminée par le nombre de spires par unité de longueur et la valeur de leur section transversale.
Induction mutuelle
Lorsque deux bobines sont situées côte à côte, elles observent la FEM d'induction mutuelle, qui est déterminée par la configuration des deux circuits et leur orientation mutuelle. Avec l'augmentation de la séparation des circuits, la valeur de l'inductance mutuelle diminue, car il y a une diminution du flux magnétique total pour les deux bobines.
Considérons en détail le processus d'émergence de l'induction mutuelle. Il y a deux bobines, le courant I1 traverse le fil de l'une avec N1 spires, ce qui crée un flux magnétique et traverse la deuxième bobine avec N2 spires.
La valeur de la mutuelle inductance de la seconde bobine par rapport à la première :
M21 = (N2 x F21)/I1.
Valeur de flux magnétique :
F21 = (M21/N2) x I1.
La fem induite est calculée par la formule :
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
Dans la première bobine, la valeur de la force électromotrice induite :
E1 = - M12 x dI2/dt.
Il est important de noter que la force électromotrice provoquée par l'induction mutuelle dans l'une des bobines est en tout cas directement proportionnelle à la variation du courant électrique dans l'autre bobine.
Alors l'inductance mutuelle est considérée comme égale à :
M12 = M21 = M.
En conséquence, E1 = - M x dI2/dt et E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), où K est le coefficient de couplage entre les deux valeurs d'inductance.
L'inductance mutuelle est largement utilisée dans les transformateurs, qui permettent de modifier la valeur d'un courant électrique alternatif. Le dispositif est une paire de bobines enroulées sur un noyau commun. Le courant dans la première bobine forme un flux magnétique changeant dans le circuit magnétique et un courant dans la seconde bobine.Avec moins de spires dans la première bobine que dans la seconde, la tension augmente et, par conséquent, avec un plus grand nombre de spires dans le premier enroulement, la tension diminue.
Outre la génération et la transformation d'énergie électrique, le phénomène d'induction magnétique est utilisé dans d'autres appareils. Par exemple, dans les trains à lévitation magnétique se déplaçant sans contact direct avec le courant dans les rails, mais quelques centimètres plus haut en raison de la répulsion électromagnétique.
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