Nume: Bîrgăoanu Andrea-Diana

Clasa: a X-a Ştiinţe

Profesor îndrumător: Apostol Ghiță

INDUCŢIA ELECTROMAGNETICĂ

Cuprins• Fenomenul de inducție electromagnetică

• Sensul curentului indus

• Regula mâinii stângi

• Regula lui Lentz

• Legea inducției electromagnetice

• Fluxul magnetic

• Autoinducția. Inductanța unui conductor

• Efectul Hall

• Energia câmpului magnetic

• Aparate electrice de măsură

• Aplicații

• Bibliografie

Inducția electromagnetică

Fenomenul de inducţie electromagnetică a fost pus în evidenţă de către fizicianul Michael Faraday în anul 1831. Experimental, prin introducerea unui magnet permanent în formă de bară într-o bobină ce are în circuitul său un galvanometru, se constată că acul acestuia deviază într-un sens, iar la scoaterea magnetului din bobină, acul deviază în sens opus

Michael Faraday

Fenomenul de inducţie electromagnetică

Fenomenul de inducţie electromagnetică constă în apariţia unei tensiuni electromotoare într-un circuit străbătut de un flux magnetic variabil în timp.

În interiorul pieselor metalice aflate în mişcare într-un câmp magnetic sau în interiorul pieselor metalice aflate într-un câmp magnetic variabil pot apare curenţi electrici induşi numiţi curenţi turbionari sau curenţi Foucault.

Fizicianul J.C. Maxwell a arătat că în jurul unui flux magnetic variabil în timp apare un câmp electric cu liniile de câmp închise

Faraday analizează fenomenul de inducţie electromagnetică şi stabileşte legea care guvernează acest fenomen: tensiunea electromotoare indusă într-un circuit este egală cu viteza de variaţie a fluxului magnetic prin acel circuit.

Pentru un conductor rectiliniu, de lungime l ce se mişcă cu viteza v într-un câmp magnetic de inducţie B, se găseşte uşor că t.e.m. indusă are expresia:

Dacă inducţia magnetică face unghiul a cu direcţia vitezei, atunci tensiunea indusă se calculează cu ajutorul expresiei:

Sensul curentului indus

Pentru deducerea sensului curentului indus se efectuează următoarea experienţă: o bobină (primar) este alimentată de la o sursă de curent continuu prin intermediul unui întrerupător, pe acelaşi miez se află un inel din aluminiu (secundar), suspendat cu ajutorul unui fir izolator. La închiderea circuitului primar se constată că inelul este respins, deci în el ia naştere un curent de sens opus celui din primar iar la deschiderea circuitului inelul este atras, deci curentul indus este de acelaşi sens cu cel din bobina primar.

Regula mâinii stângi

Sensul curentului indus într-un conductor liniar se stabileşte cu ajutorul regulii mâinii stângi: se aşează palma stângă cu degetele în sensul deplasării conductorului, încât inducţia să intre în podul palmei, degetul mare va indica sensul curentului indus.

Regula lui Lentz

Sensul curentului indus în circuit este stabilit cu ajutorul regulii lui Lenz: tensiunea electromotoare indusă şi curentul indus au un astfel de sens, încât fluxul magnetic produs de curentul indus să se opună variaţiei fluxului magnetic inductor. Astfel, se explică semnul minus în legea lui Faraday, ca o opoziţie a t.e.m. indusă la variaţia fluxului magnetic inductor.

"Eu, curentul cel indus, / Totdeauna m-am opus / Cauzei ce m-a produs."

Legea inducţiei electromagnetice(legea Faraday)

Forţa pe care o exercită câmpul magnetic asupra unui conductor străbătut de un curent electric, numită şi forţă electromagnetică, este perpendiculară pe direcţia conductorului şi pe liniile de câmp magnetic

Ecuaţia acesteia este: F=BIl

Dacă în figura de mai sus se acţionează asupra conductorului cu o forţă, punând în mişcare conductorul în câmpul magnetic, se constată că prin acesta va trece un curent electric.

W F x BIlx BI S IB S I Ie

Q Q Q Q Q Q I t t

Din ecuaţia de definiţie a tensiunii electrice, obţinem:

Fluxul magnetic

Legătura între vectorul inducţie magnetică şi suprafeţele intersectate de liniile de câmpmagnetic se realizează prin introducerea unei mărimi fizice numită flux magnetic.

Fluxul magnetic al unui câmp uniform se defineşte prin produsul scalar dintre vectorul inducţie magnetică şi vectorul suprafaţă orientată.

reprezintă o suprafaţă orientată şi poate fi scris astfel: S S n

.

Fluxul magnetic in S.I. se măsoară in Wb (Weber)

1 Wb = 1 T · m2

Autoinducția.Inductanța unui circuit

Fenomenul de autoinducţie este un caz particular de inducţie electromagnetică la care circuitul inductor este în acelaşi timp şi circuit indus. Acest fenomen apare ori de câte ori fluxul magnetic propriu ce străbate un circuit este variabil, la orice variaţie a intensităţii curentului din circuit, la închiderea sau deschiderea întrerupătorului

Autoinducţia este fenomenul de inducţie electromagnetică produs într-un circuit datorită variaţiei intensităţii curentului din acel circuit.

Sensul t.e.m. autoinduse se determină cu ajutorul regulii lui Lenz. Fluxul magnetic propriu prin suprafaţa unui circuit este proporţională cu intensitatea curentului din acel circuit: L I unde L este specifică fiecărui circuit şi se numeşte inductanţa circuitului. Din ecuaţia fluxului, rezultă că inductanţa este dată de raportul dintre fluxul magnetic propriu prin suprafaţa unui circuit şi intensitatea curentului ce-l străbate L / I

.

Unitatea de măsură pentru inductanţă în S.I. este: SI

Wb[L] H

A

Henry (H) este inductanţa unei spire prin a cărei suprafaţă fluxul magnetic propriu este 1 Wb atunci când spira este parcursă de un curent de 1 A. Din legea inducţiei electromagnetice în care variaţia fluxului se scrie în funcţie de inductanţa circuitului obţinem:

Ie L

t t

,

Ie L

t

sau

Efectul Hall

Dacă într-un câmp magnetic uniform se introduce un conductor în formă de bandă, astfel încât planul conductorului să fie perpendicular pe liniile de câmp magnetic, iar prin conductor trece un curent electric constant de intensitate I, între două puncte situate pe marginea superioară şi respectiv inferioară a conductorului se stabileşte o diferenţă de potenţial transversală Hall (tensiunea Hall)

Pentru tensiunea Hall se obţine relaţia: H

BdIU

nqS

Efectul Hall poate fi folosit pentru măsurarea câmpurilor magnetice,sau la realizarea de generatoare Hall.

Energia câmpului magnetic

Lucrul mecanic efectuat pentru deplasarea sarcinii electrice prin circuit după deconectarea sursei este efectuat pe seama energiei câmpului magnetic. Energia câmpului magnetic se determină calculând energia electrică (W), transferată circuitului după deconectarea sursei, când prin circuit este deplasată sarcina electrică q datorită t.e.m. autoinduse e: W=e·q .

T.e.m. se poate scrie: e L I / t LI / t , iar sarcina electrică m

Iq I t t.

2

2

m

LIW

2Energia câmpului magnetic devine:

Energia câmpului magnetic (Wm) dintr-un circuit de inductanţă L, străbătut de un curent de intensitate I, este dată de semiprodusul dintre inductanţa bobinei şi pătratul intensităţii curentului electric.

Aparate electrice de măsură

Aparatele electrice de măsură funcţionează în general pe baza interacţiunii dintre curentul electric şi câmpul magnetic. O parte din energia electrică se transformă în energie mecanică de deplasare a acului indicator. Aparatele au două părţi principale, una fixă, iar cealaltă mobilă. În funcţie de acestea se clasifică în:

• aparate magnetoelectrice în care cadrul mobil se deplasează într-un câmp creat de un magnet permanent fix

• aparate electromagnetice la care magnetul permanent de care este prins acul indicator formează partea mobilă, iar bobina parcursă de curent formează partea fixă.

La aceste aparate, deviaţia acului indicator este proporţională cu intensitatea curentului electric (ampermetru), sau cu tensiunea electrică (voltmetru). Aparate electrodinamice care în loc de magnet permanent au două bobine parcurse de curent electric, una fixă, iar cealaltă mobilă

Aplicații

Un motor electric poate functiona si ca generator electric convertind energie cinetică mecanică în energia cinetică a particulelor electrizate si anume curent electric.

Transformatorul electric este un aparat care transferă energie electrică dintr-un circuit electric (primarul transformatorului) în altul (secundarul transformatorului), funcționând pe baza fenomenului inducției electromagnetice. Un curent alternativ care străbate înfășurarea primară produce un câmp magnetic variabil în miezul magnetic al transformatorului, acesta la rândul lui producând o tensiune electrică alternativă în înfășurarea secundară.

Debitmetrul electromagnetic permite măsurarea debitului de curgere datorită tensiunii electromotoare produse de un fluid conductor electric în mișcare.

Generatorul electric

Transformatorul electric

Debitmetrul electromagnetic

Bibliografie

• http://msabau.xhost.ro/• http://moroianuion.wordpress.com/.