XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции, например в двигателе или генераторе электрического тока, в трансформаторах, радиоприемниках и многих других устройствах [1].

Начнем с определения электромагнитной индукции.

Электромагни́тная инду́кция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении магнитного поля во времени или при движении материальной среды в магнитном поле [2].

То есть благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую, и это замечательно. Ведь до открытия этого явления люди не знали о методах получения электрического тока кроме как от источников тока [1].

Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого проводящего контура в нем возникает электрический ток, который назвали индукционным током [1].

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1833-1834 годах ученый установил законы электролиза. Затем заменил проводящую жидкость в электролитической ванне непроводящей и на опытах доказал, электростатическая индукция зависит от среды. Аналогично, установил он, от среды зависит и взаимодействие магнитных полюсов. Доказывая, что все без исключения вещества в природе приобретают компоненту намагниченности против направления внешнего магнитного поля, открыл явление диамагнетизма. И, наконец, Фарадей открыл вращение плоскости поляризации света в магнитном поле. В каждом случае он устанавливал факт взаимодействия между сущностями, до того не связанными между собой [4].

Майкл Фарадей провел ряд опытов, которые помогли открыть явление электромагнитной индукции [5].

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется вдвигается (выдвигается) относительно катушки [5].

Вот, что показали эти опыты:

Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.

Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.

Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле [5].

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Наиболее популярными направлениями, где используются законы ЭМИ, считается область работы большинства двигателей, а также генераторов тока. В вышеназванные устройства закладывается достаточно простой принцип действия, который без применения ЭДС был бы недоступен [3].

Применение электромагнитной индукции позволяет создавать различные по конструкции, но схожие по принципу действия механизмы. Вышеупомянутые электродвигатели и генераторы также отличаются конструктивно, но имеют подобное внутреннее устройство. Они оснащаются статором, а ещё подвижным ротором, взаимодействующим друг с другом благодаря вращающимся электромагнитным полям [3].

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

РАДИОВЕЩАНИЕ

Электромагнитная волна — это обоюдно порождающие себя поля, которые в итоге формируют единое переменное электромагнитное поле [3].

Оно в свою очередь возбуждается изменяющимся током, образует в своём окружении электрополе, которое в дальнейшем возбуждает магнитное поле. В случае возникновения в зоне, где располагается провод с электротоком, электромагнитное поле способно распространяться по пространству со скоростью света [3].

Рис. 1. Радиоприемник

МАГНИТОТЕРАПИЯ

Радиоволны, излучение рентгена, а ещё свет занимают различные позиции в спектрах частот [3].

К этому перечню причисляются всевозможные электромагнитные излучения. Как правило, они характеризуются магнитными, электрическими полями, что в непрерывном режиме обоюдно связаны [3].

СИНХРОФАЗОТРОНЫ

Электромагнитная индукция находит своё применение и в таких видах устройств, как синхрофазотроны [3].

В данном подходе магнитным полем считают специфичную форму материи, которая состоит из заряженных частиц. Для доступа вглубь атомов со стремлением их исследования применяют заряженные частицы. Вводится определение силы Лоренца. Это сила, с которой некое магнитное поле воздействует на отдельную заряженную частицу в момент движения [3].

Рис. 2. Синхрофазотрон

РАСХОДОМЕРЫ - СЧЁТЧИКИ

Применяется рассматриваемый принцип в некоторых измерительных приборах. Алгоритм работы основывается на задействовании закона Фарадея непосредственно для проводника, пребывающего в магнитном поле [3].

ЭДС наводится в массиве электропроводящего вещества, что движется в магнитном поле. Она пропорциональна скорости потока и преобразуется электроникой в электронный сигнал (аналоговый либо же цифровой). Далее необходимые сведения отображаются на экране или циферблате [3].

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Это устройство создаётся достаточно просто. Прежде всего, понадобится спровоцировать изменение магнитного поля, как вариант при помощи перемещаемого магнита. Этого можно добиться сторонним воздействием на магнит, находящийся в пределах замкнутой цепи. Подобные манипуляции спровоцируют образование электрического тока в системе. Созданный таким образом генератор позволит в дальнейшем при его применении на электростанциях трансформировать механическую энергию в электрическую. После этого выработанное электричество направляется к пользователям. Передача осуществляется по проводам, энергия может быть использована для различных нужд [3].

Источниками механической энергии могут быть следующие явления:

Сжигание угля.

Движение воды.

Сила ветра.

Сгорание дизельного топлива.

Это наиболее распространённые источники механической энергии, в действительности их может быть гораздо больше [3].

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы имеют широкое применение. Они задействуются в процессе передачи электричества на большие дистанции и его распределения между приёмниками [3].

Находят трансформаторы применение в таких категориях механизмов:

сигнализационных;

усилительных;

выпрямительных.

Главным свойством, на котором основывается вся работа трансформаторных устройств, считается именно взаимоиндукция. Принцип действия трансформатора базируется на видоизменении энергии переменным магнитным полем [3].

Рис. 3. Схема трансформатора

Внутри конструкции расположен сердечник, состоящий из изолированных между собой пластин. На него помещаются несколько обмоток в виде катушек изготовленных из изолированного провода. Выделяется понятие первичной и вторичной обмотки. Первичная — это та, к которой непосредственно подключается переменный электроток. Количество витков на вторичной обмотке может в несколько раз повысить электронапряжение, либо понизить. Это происходит благодаря тому, что в сердечнике первичной обмотки создаётся магнитное поле, которое непосредственно пересекает витки вторичной [3].

ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ

Свойства электромагнитной индукции находят применение не только в области использования проводов, обмоток. Оно также проявляет себя внутри разных массивных металлических объектов. Возникающие в таких предметах электротоки называют вихревыми. В момент работы некоторых видов оборудования они могут провоцировать нагрев как магнитопровода, так и всего корпуса в целом [3].

Чтобы предотвратить подобное негативное явление, требуются сердечники из тонколистного металла. Дополнительно используется изолирование при помощи нанесения слоя лака, что препятствует проникновению наведенных токов. Для индукционного нагрева можно не лимитировать вихревые электротоки, а создавать условия для их полноценного прохождения. Это помогает в создании повышенных температур, необходимых для промышленных нужд [3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Явление электромагнитной индукции имеет широкое применение в техники и различных областях промышленности. Для преобразования механической энергии в энергию электрического тока используются синхронные генераторы. Для повышения или понижения напряжения переменного тока применяются трансформаторы. Использование трансформаторов позволяет экономично передавать электроэнергию от электрических станций к узлам потребления. 

Это объясняется простотой воссоздания необходимых условий для полноценной работы данного принципа, возможностью его применения, как в компактных, так и массивных конструкциях [3].

Список литературы

Явление электромагнитной индукции // ФОКСФОРД URL: https://foxford.ru/wiki/fizika/yavlenie-elektromagnitnoy-induktsii(дата обращения: 13.12.2022).

Электромагнитная индукция // Википедия Свободная энциклопедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электромагнитная_индукция (дата обращения: 13.12.2022).

Где находит применение явление электромагнитной индукции // проФазу.ру URL: https://profazu.ru/knowledge/electrical/primenenie-elektromagnitnoj-induktsii.html(дата обращения: 13.12.2022).

17.10.2021 23:30 // КАИ URL: https://kai.ru/web/naucno-tehniceskaa-biblioteka/events/event?id=12139442(дата обращения: 13.12.2022).

Закон электромагнитной индукции // skysmartURL: https://skysmart.ru/articles/physics/zakon-elektromagnitnoj-indukcii(дата обращения: 13.12.2022).

Код для цитирования: Скопировать