Електромагнитна индукция: Разлика между версии

'''Електромагнитната индукция''' e физическо явление, при което в проводник, движещ се в магнитно поле, и пресичайки силовите линии или(важен частен случай - в контур, обхващащ изменящизменящо се във времето магнитно поле), се индуктира електродвижещо напрежение (е.д.н.). Трябва Дада се прави разлика между е.д.н., от една страна, и електрическо напрежение, от друга, които имат различна физическа природа. Е.д.н. е непотенциално , то възниква за сметка на преобразуването на някакъв вид (обикновено механична) енергия в електрическа , като разделя положителните и отрицателните заряди между полюсите на източника, действайки от "-" към "+". Щом има тези разделени заряди, има потенциална разлика, т.е ел. електрическо напрежение с посока от "+" към "-". В източника е.д.н. и електрическото напрежение имат различни посоки,те са насрещни!

[[Майкъл Фарадей]] е удостоен като откривател на явлението ''електромагнитна индукция'' през 1831 г. То е предсказано и от Франческо Зантедеши. През 1829 г. Фарадей открива, че електродвижещото напрежение (е.д.н.) по затворен контур е пропорционално на степента на промяна на магнитния поток (промяната може да бъде както по големина, така и по посока) през произволна повърхност, заградена от контура. На практика това означава, че електрически ток ще протича във всеки затворен проводник (затворена навивка), когато магнитният поток, минаващ през оградената от проводника повърхност, се променя. Това е в сила при промяна на интензитета на магнитното поле, както и при движение на проводник в последното. На принципа на електромагнитната индукция се основават: действието на генераторите, индукционните мотори (електродвигателите), трансформаторите и повечето електрически машини.

:Φ_B е магнтитниятмагнитният поток във [[Вебер (единица)|вебери]] (Wb)

:''Индуктираното в електрическа верига е.д.н. е винаги с такава посока, че токовете, които то поражда, действат против промяната на магнитнитния поток, коятокойто е възбудител на електродвижещото напрежение.

Според закона на Фарадей, е.д.н. се генерира и във верига, която се движи в магнитно поле, което е постоянно във времето. Как се обяснява явлението: ще бъде разгледана проста верига, в която проводящ прът с дължина ''l'' се плъзга по проводяща рамка с U-форма в хомогенно магнитно поле.

Проводящият прът изминава разстояние <math>\Delta x=v\Delta t</math> за време <math>\Delta t</math>, така за същото време магнитният поток, обхванат от веригата, се увеличава:

Така индуктираното във веригата електродвижещо напрежение вследствие на движението на проводника е равно просто на произведението на магнитната индукция <math>B</math>, дължината на пръта <math>l</math> и скоростта на движение на последния <math>v</math>.Да Трябва да се прави разлика между електромагнитна индукция , като физическо явление, и магнитна индукция ,като физическа величина - силова характеристика на магнитното поле или плътност на магнитния поток.

[[Еднополюсен генератор|Еднополюсната машина]] е електрически генератор, състоящ се от проводящ маховик, който се върти в магнитно поле с един електрически контакт близо до оста на въртене, и друг, разположен близо до периферията на маховика. За разлика от другите видове генератори, изходното напрежение на еднополюсният генератор не може да сменя полярността си, откъдето идва и името на машината (еднополярна или еднополюсна). Разделянето на заряда е в резултат на Лоренцовата сила върху свободните заряди във диска. Движението е ъглово (азимутално), а полето аксиално, следователно електродвижещото напрежение е радиално. Електрическите контакти трябва да са четкови (плъзгащи), което води до големи загуби при малко по стойност генерирано напрежение.

Еднополюсният генератор е изобретен от Майкъл Фарадей през 1831 и още се нарича Фарадеев диск в негова чест. Той е първото динамо - електрически генератор, използващ магнитно поле. Тази машина е с ниско КПД и не е използвана за практически източник на енергия. Униполярният генератор показва възможностите за генериране на електрическа енергия, използвайки магнетизма, и прокарва пътя на комутационните постояннотокови машини, както и на променливотоковите динамо-машини.

Никола Тесла се интересува от ФарадеевиятФарадеевия диск и патентова (както той твърди) усъвършенствана версия на устройството. Неговият патент в САЩ номер 406968 ("ДинамоДинамоелектрическа Електрическа Машинамашина") описва разположението на два паралелни диска на отделни паралелни оси, съединени като ролка с метален ремък. Това съществено намалило загубите от триене. Във всеки случай няма данни за работата на машината, както и никой друг не се е опитвал да създаде такава.

Дълго след това оригиналният Фарадеев диск е изоставен като практически генератор. Създадена е променена версия, комбинираща магнита и диска в единична въртяща се част (ротор). Понякога за тази конфигурация се използва името "хомополярен" генератор. Такава машина се използва за генериране на токове с много високи стойности при ниски напрежения, което се прилага при електрическото заваряване, електролизата и изследванията с индукционни оръдия. За приложения с импулсна енергия, ъгловият момент на ротора се използва за съхраняване на енергията за дълъг период и понататъшнотопо-нататъшното иѝ освобождаване за кратко време.

Както всяко динамо, Фарадеевият диск преобразува кинетичната енергия в електрическа енергия. Обаче непривично на всички останали динамомашини, тази машина не може да бъде анализирана чрез законътЗакона на Фарадей за електромагнитната индукция. Веригата на ФарадеевиятФарадеевия диск е паралелна на вектора на магнитния поток и следователно не обхваща магнитен поток. Следователно законът на Фарадей не е в сила за тази машина.

Вместо това за обяснението на поведението на устройството се използва законът за Лоренцовата сила. Този закон, открит 30 години след смъртта на Фарадей, показва, че силата върху електрона е пропорционална на векторното произведение на скоростта му и вектора на магнитния поток. В геометричен смисъл това означава, че силата сключва прави ъгли със скоростта (ъгловата скорост) и магнитниятмагнитния поток (в аксиално направление), което означава, че силата е в радиална посока. Движението на електрона в радиално направление поражда електрически ток между центъра на диска и ръба на последния.

Има сериозни и объркващи трудности при разясняването на принципа на работа на машината. Ключовата дума в предшестващият параграф е скорост, което води до въпроса: "скорост относителна към какво". Ако скоростта отнесена към магнита е считана като причина на Лоренцовата сила, тогава обяснението е в противоречие със специалната теория на относителността, която твърди, че е невъзможно да се каже дали равномерното магнитно поле е стационарно или се движи. Това допускане предполага и че, че въртейки на магнита, а не диска, ще се предизвика протичането на ток, което не се потвърждава от експеримента.

Правилната интерпретация за скоростта на електрона е, че тя е относителна спрямо статичните части на машината, които са плъзгащите контакти, и веригата, към която са свързани. На езика на специалната относителност тези обекти изпълняват ролята на "наблюдател". Скоростта на електрона, относителна към тези компоненти, е причина електронаелектронът да изпитва Лоренцова сила.