Основа современной электротехники - явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции в электротехнике является одним из базовых. Оно было опытным путем открыто в далеком 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем. В то время было известно, что между проводником с током и находящимся рядом магнитом происходит взаимодействие. Считалось, что неподвижные заряды взаимодействуют посредством электрического поля, а их движение (ток) проявляется через магнитное поле. Однако перспектива практического использования этих знаний до результатов эксперимента Фарадея была весьма туманной. Фактически, ученый, открыв явление электромагнитной индукции, положил начало основам современной электротехники.

Видео: Явление электромагнитной индукции Взаимоиндукция

Сам опыт был довольно прост: брусок постоянного магнита задвигался и выдвигался в центральное пространство между витками катушки. Выводы катушки были подключены к чувствительному прибору для измерения малых значений тока и напряжения.

Было замечено, что при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется от нулевой точки. Причем отклонение было тем больше, чем интенсивнее двигался магнит. Если вспомнить, что он имеет два полюса и линии напряженности поля, то становится очевидна зависимость между магнитным потоком и создающимся индукционным током.

Видео: Теоретические основы электротехники 4. Взаимная индуктивность. Явление взаимоиндукции.

Так как самопроизвольно ток в цепи возникнуть не может, был сделан логичный вывод о появлении электродвижущей силы (ЭДС), которая, в свою очередь, позволяет появиться току. Закон электромагнитной индукции Фарадея позволяет утверждать, что воздействие на проводник изменяющегося во времени магнитного поля служит причиной появления изменяющегося электрического поля и, при наличии замкнутой цепи, тока.

Явление электромагнитной индукции позволило ученому сделать революционный вывод: причиной электрического поля могут быть не только заряды, но и изменяющееся магнитное поле. В дальнейшем им было сформулировано обобщение. Таким образом, закон Фарадея для электромагнитной индукции гласит: создающаяся магнитным полем ЭДС находится в прямой зависимости от быстроты изменения магнитного потока. Сила генерируемого тока для замкнутого контура вычисляется по закону Ома.

Явление электромагнитной индукции характерно не только для проводников, но и для массивных токопроводящих тел. Так, изменяющееся магнитное поле создает в толще проводника (стальная пластина и пр.) вихревые токи. Они вызывают нежелательный нагрев, поэтому применяют различные методы для их устранения (в трансформаторах шихтованные пластины электротехнической стали). Отметим, что в некоторых приборах вихревые токи используются (дисковые счетчики учета).

Вскоре, в 1833 году, физик Э. Ленц вывел правило, исходя из которого, ЭДС индукции создает ток такого направления, чтобы нейтрализовать причину его появления. Например: изменяющееся магнитное поле создает в проводнике ток. Он направлен таким образом, чтобы его собственное магнитное поле (оно присутствует вокруг проводников с током) противодействовало первопричине.

Явление электромагнитной индукции позволило развиться электротехнике до своего нынешнего состояния. Сложно представить полный список оборудования, его использующего. К примеру, работа генераторов на электростанциях основана на данном явлении. Правда, конструкция генерирующих мощностей претерпела значительные изменения со времен Фарадея, однако, общий принцип остался прежним: линии напряженности магнитного поля с высокой частотой пересекают токопроводящие обмотки, в результате чего возникает ЭДС и, при наличии замкнутого контура, электрический ток. Кроме генераторов и двигателей, явление индукции используется, например, в трансформаторах.