Elektromanyetik indüksiyon olgusu, sürekli değişen bir manyetik alan içinde bulunan bir vücutta bir elektromotor kuvvet veya voltajın meydana gelmesinden oluşan bir olgudur. Bir vücut statik ve düzgün olmayan bir manyetik alanda hareket ederse veya bir manyetik alanda dönerse, elektromanyetik indüksiyonun bir sonucu olarak bir elektromotor kuvveti de ortaya çıkar, böylece çizgileri kapalı bir döngü ile kesişir.
Endüklenmiş elektrik akımı
"Tümevarım" kavramı altında, başka bir sürecin etkisi sonucu bir sürecin ortaya çıkması kastedilmektedir. Örneğin, bir elektrik akımı indüklenebilir, yani bir iletkenin özel bir şekilde bir manyetik alana maruz bırakılması sonucu ortaya çıkabilir. Böyle bir elektrik akımına indüklenmiş denir. Elektromanyetik indüksiyon olgusunun bir sonucu olarak bir elektrik akımının oluşum koşulları makalenin ilerleyen kısımlarında tartışılacaktır.
Manyetik alan kavramı
ÖnceElektromanyetik indüksiyon fenomenini incelemeye başlamak için manyetik alanın ne olduğunu anlamak gerekir. Basit bir ifadeyle, bir manyetik alan, manyetik bir malzemenin manyetik etkilerini ve özelliklerini sergilediği bir uzay bölgesidir. Bu uzay bölgesi, manyetik alan çizgileri adı verilen çizgiler kullanılarak gösterilebilir. Bu çizgilerin sayısı, manyetik akı adı verilen fiziksel bir miktarı temsil eder. Manyetik alan çizgileri kapalıdır, mıknatısın kuzey kutbunda başlar ve güneyde biter.
Manyetik alan, elektrik akımının demir iletkenleri gibi manyetik özelliklere sahip herhangi bir malzeme üzerinde hareket etme yeteneğine sahiptir. Bu alan, B ile gösterilen ve teslas (T) cinsinden ölçülen manyetik indüksiyon ile karakterize edilir. 1 T'lik bir manyetik indüksiyon, 1 m / s hızında, yani 1 T'lik bir hızda manyetik alan çizgilerine dik uçan 1 coulomb'luk bir nokta yükü üzerinde 1 Newton'luk bir kuvvetle hareket eden çok güçlü bir manyetik alandır.=1 Ns / (mCl).
Elektromanyetik indüksiyon fenomenini kim keşfetti?
Birçok modern cihazın temel aldığı elektromanyetik indüksiyon, XIX yüzyılın 30'lu yıllarının başlarında keşfedildi. Elektromanyetik indüksiyon fenomeninin keşfi genellikle Michael Faraday'a atfedilir (keşif tarihi - 29 Ağustos 1831). Bilim adamı, içinden bir elektrik akımının aktığı bir iletkenin oluşturduğunu keşfeden Danimarkalı fizikçi ve kimyager Hans Oersted'in deneylerinin sonuçlarına dayanıyordu.kendi etrafında bir manyetik alan yani manyetik özellikler göstermeye başlar.
Faraday ise Oersted tarafından keşfedilen olgunun tam tersini keşfetti. İletkendeki elektrik akımının parametrelerini değiştirerek oluşturulabilecek değişen bir manyetik alanın, herhangi bir akım iletkeninin uçlarında potansiyel bir farkın ortaya çıkmasına neden olduğunu fark etti. Bu uçlar örneğin bir elektrik lambası aracılığıyla bağlanırsa, böyle bir devreden bir elektrik akımı akacaktır.
Sonuç olarak, Faraday, elektromanyetik indüksiyon olgusu olan manyetik alandaki bir değişiklik nedeniyle bir iletkende bir elektrik akımının ortaya çıktığı fiziksel bir süreç keşfetti. Aynı zamanda, indüklenen bir akımın oluşumu için neyin hareket ettiği önemli değildir: manyetik alan veya iletkenin kendisi. Bu, elektromanyetik indüksiyon fenomeni üzerinde uygun bir deney yapılarak kolayca gösterilebilir. Böylece mıknatısı metal spiralin içine yerleştirdikten sonra onu hareket ettirmeye başlıyoruz. Spiralin uçlarını bir elektrik akımı göstergesi aracılığıyla bir devreye bağlarsanız, akımın görünümünü görebilirsiniz. Şimdi mıknatısı kendi haline bırakmalı ve spirali mıknatısa göre yukarı ve aşağı hareket ettirmelisiniz. Gösterge ayrıca devrede akımın varlığını da gösterecektir.
Faraday deneyi
Faraday'ın deneyleri, bir iletken ve kalıcı bir mıknatısla çalışmaktan oluşuyordu. Michael Faraday ilk olarak bir iletken manyetik alan içinde hareket ettiğinde uçlarında potansiyel bir farkın ortaya çıktığını keşfetti. Hareket eden iletken, simüle eden manyetik alan çizgilerini geçmeye başlar.bu alanı değiştirmenin etkisi.
Bilim adamı, ortaya çıkan potansiyel farkın pozitif ve negatif işaretlerinin iletkenin hareket ettiği yöne bağlı olduğunu keşfetti. Örneğin, iletken bir manyetik alanda yükseltilirse, ortaya çıkan potansiyel fark +- polariteye sahip olacaktır, ancak bu iletken indirilirse, o zaman zaten bir -+ polariteye sahip olacağız. Farkı elektromotor kuvvet (EMF) olarak adlandırılan potansiyellerin işaretindeki bu değişiklikler, alternatif bir akımın, yani yönünü sürekli olarak tersine değiştiren bir akımın kapalı bir devresinde görünmesine yol açar.
Faraday tarafından keşfedilen elektromanyetik indüksiyonun özellikleri
Elektromanyetik indüksiyon fenomenini kimin keşfettiğini ve neden indüklenmiş bir akımın olduğunu bilerek, bu fenomenin bazı özelliklerini açıklayacağız. Bu nedenle, iletkeni bir manyetik alanda ne kadar hızlı hareket ettirirseniz, devrede indüklenen akımın değeri o kadar büyük olacaktır. Olayın bir başka özelliği de şudur: Alanın manyetik indüksiyonu ne kadar büyükse, yani bu alan ne kadar güçlüyse, iletkeni alanda hareket ettirirken yaratabileceği potansiyel fark o kadar büyük olur. İletken bir manyetik alanda hareketsiz durumdaysa, iletkeni geçen manyetik indüksiyon çizgilerinde herhangi bir değişiklik olmadığından, içinde EMF oluşmaz.
Elektrik akımı yönü ve sol el kuralı
Elektromanyetik indüksiyon olgusunun bir sonucu olarak oluşan elektrik akımının iletkenindeki yönü belirlemek için şunları yapabilirsiniz:sözde sol el kuralını kullanın. Aşağıdaki gibi formüle edilebilir: sol el, mıknatısın kuzey kutbundan başlayan manyetik indüksiyon çizgileri avuç içine girecek ve çıkıntılı başparmak iletkenin hareket yönüne yönlendirilecek şekilde yerleştirilirse. mıknatısın alanı, ardından sol elin kalan dört parmağı iletkende indüklenen akımın hareket yönünü gösterecektir.
Bu kuralın başka bir versiyonu daha var, şu şekildedir: sol elin işaret parmağı manyetik indüksiyon çizgileri boyunca yönlendirilirse ve çıkıntılı başparmak iletken yönünde yönlendirilirse, o zaman orta parmak avuç içine 90 derece döndürüldüğünde iletkende görünen akımın yönü gösterilir.
Kendini tümevarım fenomeni
Hans Christian Oersted, akımı olan bir iletken veya bobin etrafında bir manyetik alanın varlığını keşfetti. Bilim adamı ayrıca, bu alanın özelliklerinin, akımın gücü ve yönü ile doğrudan ilişkili olduğunu buldu. Bobin veya iletkendeki akım değişken ise durağan olmayacak yani değişecek bir manyetik alan oluşturacaktır. Buna karşılık, bu alternatif alan, indüklenen bir akımın (elektromanyetik indüksiyon olgusu) ortaya çıkmasına yol açacaktır. İndüksiyon akımının hareketi her zaman iletken boyunca dolaşan alternatif akımın tersi olacaktır, yani iletken veya bobindeki akımın yönündeki her değişikliğe direnecektir. Bu işleme kendi kendine indüksiyon denir. Ortaya çıkan elektrik farkıpotansiyellere öz-indüksiyonun EMF'si denir.
Kendi kendine endüksiyon olgusunun yalnızca akımın yönü değiştiğinde değil, aynı zamanda değiştiğinde de, örneğin devredeki direncin azalması nedeniyle arttığında meydana geldiğine dikkat edin.
Kendi kendine indüksiyon nedeniyle bir devredeki akımdaki herhangi bir değişiklik tarafından uygulanan direncin fiziksel açıklaması için, henry cinsinden ölçülen endüktans kavramı tanıtıldı (Amerikalı fizikçi Joseph Henry'nin onuruna). Bir Henry öyle bir endüktanstır ki, akım 1 saniyede 1 amper değiştiğinde, kendi kendine endüksiyon sürecinde 1 volta eşit bir EMF ortaya çıkar.
Alternatif akım
Bir indüktör, elektromanyetik indüksiyon olgusunun bir sonucu olarak bir manyetik alanda dönmeye başladığında, indüklenmiş bir akım oluşturur. Bu elektrik akımı değişkendir, yani sistematik olarak yön değiştirir.
Alternatif akım, doğru akımdan daha yaygındır. Dolayısıyla merkezi elektrik şebekesinden çalışan birçok cihaz bu tip akımı kullanır. Alternatif akımın indüklenmesi ve taşınması, doğru akımdan daha kolaydır. Kural olarak, evdeki alternatif akımın frekansı 50-60 Hz'dir, yani 1 saniyede yönü 50-60 kez değişir.
Alternatif akımın geometrik gösterimi, voltajın zamana bağımlılığını tanımlayan sinüzoidal bir eğridir. Ev akımı için sinüzoidal eğrinin tam periyodu yaklaşık 20 milisaniyedir. Termal etkiye göre, alternatif akım akıma benzerGerilimi Umaks/√2 olan DC, burada Umaks AC sinüzoidal eğri üzerindeki maksimum gerilimdir.
Teknolojide elektromanyetik indüksiyon kullanımı
Elektromanyetik indüksiyon olgusunun keşfi, teknolojinin gelişiminde gerçek bir patlama yarattı. Bu keşiften önce, insanlar elektrik pillerini kullanarak yalnızca sınırlı miktarlarda elektrik üretebiliyordu.
Şu anda bu fiziksel fenomen elektrik transformatörlerinde, indüklenen akımı ısıya dönüştüren ısıtıcılarda ve elektrik motorlarında ve araba jeneratörlerinde kullanılmaktadır.
