XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Электромагниитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении магнитного поля во времени или при движении материальной среды в магнитном поле. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током [1].

Рис.1 - Закон электромагнитной индукции Фарадея [7]

Использование электромагнетизма играет ведущую роль во многих отраслях науки и техники. С электромагнетизмом связывают развитие энергетики, транспорта, вычислительной техники, физики плазмы, термоядерного синтеза и т.д. Магнитные разведка, дефектоскопия, магнитные линзы и магнитная запись информации, магнитная обработка воды, поезда на магнитной подушке – вот далеко не полный перечень перспективных областей промышленного применения магнитного поля. Неотъемлемой частью компьютерного томографа, без которого невозможна современная медицинская диагностика, является также источник магнитного поля [3].

Важной характеристикой магнитного поля является магнитный поток. Зрительно его можно представить, как силовые линии, пронизывающие перпендикулярную плоскую фигуру, ограниченную замкнутой линией. Эти линии выражают вектор магнитной индукции [4].

Рассмотрим правило Ленца (см. рис. 2). Это правило даёт возможность правильно определить направление индукционного тока в различных ситуациях. Оно формулируется следующим образом: направление тока, порождённого индукцией, создаёт такое изменение магнитного потока, препятствующее изменению внешнего поля, благодаря которому оно возникло. [4].

Рис.2 - Правило Ленца [4]

В начале прошлого века горничные в богатых домах, а у бедняков - сами хозяйки, для разглаживания замятин на белье или одежде пользовались тяжелым чугунным утюгом, который нужно было нагревать на плите или каминной решетке. Потом пришло время электрической бытовой техники, и об этих опасных девайсах благополучно забыли. Однако ненадолго. Ведь идея создания концептуального утюга Induction Iron, спроектированного дизайнером по имени Therese Glimskar, родом как раз из прошлого [5].

Концепт, по задумке автора, должен работать с помощью электромагнитной индукции. Ставим девайс на "плиту", ждем положенное время, - и получаем нагретый утюг, которым можно спокойно гладить вещи [5].

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 [6].

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 [6].

Рис.3 - Опыты Фарадея [4]

Из закона об электромагнитной индукции следует, что внутри каждого замкнутого контура может возникать ЭДС. Одновременно с этим величина её будет определена скоростью изменения магнитного потока, пронизывающего конкретный контур. Но вышеупомянутое значение берётся со знаком «минус», что является общепринятой практикой [6].

Многие, наверное, слышали о индукционных печах, индукционный способ плавки, а индукционные счетчики электрической энергии, уже устаревшие [2].

Принцип работы многих электрических аппаратов основывается на явлении магнитной индукции, это такие как магнитные пускатели, контакторы, различные типы реле и современные датчики положения [2].

В современной технике данное явление применяется в беспроводных зарядках для телефонов, в микроволновых печах и так далее. Но существует и обратная сторона медали. Из-за явления электромагнитной индукции в электроэнергетике существуют колоссальные потери. На всем известные вихревые токи, которые наводятся практически везде. Хотя с этим видом потерь активно борются и находят те или иные способы уменьшения таких потерь, все же они вещественны и ощутимы [2].

Список литературы

1. [Электронный ресурс]

URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электромагнитная_индукция

2. [Электронный ресурс]

URL: https://white-santa.ru/jelektromagnitnaja-indukcija/

3. [Электронный ресурс]

URL: https://znanio.ru/media/elektromagnitnaya-induktsiya-v-sovremennoj-tehnike-2665021

4. [Электронный ресурс]

URL: https://nauka.club/fizika/elektromagnitnaya-induktsiya.html

5. [Электронный ресурс]

URL: https://novate.ru/blogs/260709/12570/

6. [Электронный ресурс]

URL: https://profazu.ru/knowledge/electrical/primenenie-elektromagnitnoj-induktsii.html

7. Закон электромагнитной индукции Фарадея [Электронный ресурс] URL: https://electric-220.ru/news/zakon_ehlektromagnitnoj_indukcii_faradeja/2018-09-29-1576