ファラデーの電磁誘導の法則の実践
ロシア語で「誘導」という言葉は、何かの興奮、方向性、創造のプロセスを意味します。電気工学では、この用語は 2 世紀以上にわたって使用されてきました。
電流が流れる導体の近くの磁針の偏向に関するデンマークの科学者エルステッドの実験を記述した 1821 年の出版物を読んだ後、マイケル ファラデーは、磁気を電気に変換するという課題を自らに課しました。
10 年間の研究の後、彼は電磁誘導の基本法則を定式化し、どの閉ループでも起電力が誘導されることを説明しました。その値は、考慮されているループを通過する磁束の変化率によって決定されますが、マイナス記号が付けられます。
離れた場所での電磁波の伝達
科学者の頭に浮かんだ最初の推測は、実際的な成功を収めませんでした。
彼は 2 本の閉じたワイヤーを並べて配置しました。1本のワイヤーの近くには、通過電流のインジケーターとして磁気針を取り付け、もう1本のワイヤーには、当時の強力なガルバニ電源であるボルト極からのインパルスを与えました。
研究者は、最初の回路に電流パルスが流れると、その中の変化する磁場が 2 番目のワイヤに電流を誘導し、それが磁針を偏向させるだろうと仮説を立てました。しかし、結果はマイナスであることが判明しました - インジケーターは機能しません。むしろ感受性が欠けていた。
科学者の脳は、遠隔地での電磁波の生成と送信を予見しており、電磁波は現在、ラジオ放送、テレビ、無線制御、Wi-Fi 技術などの機器で使用されています。彼は単に当時の測定装置の要素ベースが不完全であることに不満を感じていました。
発電
実験が失敗した後、マイケル・ファラデーは実験の条件を変更しました。
実験では、ファラデーは 2 つの閉ループ コイルを使用しました。最初の回路では電源から電流を供給し、2 番目の回路では EMF の出現を観察しました。コイル #1 の巻線を流れる電流はコイルの周囲に磁束を生成し、コイル #2 を貫通してそこに起電力を形成します。
ファラデーの実験中:
- パルスをオンにして固定コイルを備えた回路に電圧を供給します。
- 電流が印加されると、上部コイルが下部コイルに導入されます。
- コイルNo.1を永久的に固定し、その中にコイルNo.2を導入します。
- コイルの互いに対する移動速度を変更しました。
これらすべての場合において、彼は 2 番目のコイルでの EMF 誘導の兆候を観察しました。また、1 番巻線と固定コイルには直流電流のみが流れるため、起電力は発生しません。
科学者は、2 番目のコイルに誘導される EMF は磁束の変化率に依存すると判断しました。それはその大きさに比例します。
閉じたループを通過するときにも同じパターンが完全に現れます。 永久磁石の磁力線。 EMF の影響により、ワイヤ内に電流が発生します。
考慮した場合の磁束は、閉回路によって作成されるループ Sk 内で変化します。
したがって、ファラデーによって作成された開発により、回転する導電性フレームを磁場内に配置することが可能になりました。
そして、回転軸受に多数のターンを固定し、コイルの端にスリップリングとその上を摺動するブラシを取り付け、ハウジング端子を介して負荷を接続しました。その結果、最新のオルタネーターが誕生しました。
そのシンプルな設計は、コイルが固定ハウジングに固定され、磁気システムが回転し始めるときに作成されます。この場合、電流の生成方法は次のとおりです。 電磁誘導 いかなる形でも違反されていません。
電動モーターの動作原理
マイケル・ファラデーが開拓した電磁誘導の法則により、さまざまな電気モーターの設計が可能になります。これらは発電機と同様の構造を持ち、回転する電磁場によって相互に作用する可動ローターとステーターです。
電流は電気モーターの固定子巻線のみを通過します。ローターの磁場に影響を与える磁束を誘導します。その結果、モーターシャフトを回転させる力が発生します。このトピックについては、「」を参照してください。 電動モーターの動作原理と装置
電力変換
マイケル・ファラデーは、隣接するコイルの磁場が変化したときに、隣接するコイルに誘導起電力と誘導電流が現れることを測定しました。
近くのコイルの電流は、コイル 1 のスイッチ回路がオンになると誘導され、コイル 3 への発電機の動作中は常に存在します。
最新の変圧器デバイスはすべて、この特性、いわゆる相互誘導に基づいて動作します。
変圧器は、相互誘導により、交流電磁場のエネルギーをあるコイルから別のコイルに伝達するため、入力端子と出力端子の電圧値に変化が生じます。
巻線の巻き数の比率によって、変換係数、ワイヤの厚さ、コア材料の構造と体積、つまり送信電力の値、動作電流が決まります。
インダクタの動作
コイルに流れる電流値が変化すると、コイル内で電磁誘導が発生します。このプロセスは自己誘導と呼ばれます。
上の図でスイッチがオンになると、ターンオフ中と同様に、誘導電流によって回路内の動作電流の線形増加の特性が変化します。
コイルに巻いた電線に定数ではなく交流電圧を加えると、誘導抵抗を差し引いた電流値が流れます。自己誘導エネルギーは、印加電圧に対して電流を位相シフトします。
この現象は、特定の動作条件下で発生する大電流を低減するように設計されたチョークで使用されます。特に、このようなデバイスが使用されます 蛍光灯点灯回路内.
チョークの磁気回路設計の特徴はプレートの切り欠きであり、エアギャップの形成による磁束に対する磁気抵抗をさらに高めるために設けられています。
磁気回路の位置を分割して調整できるチョークは、多くのラジオや電気機器で使用されています。多くの場合、それらは溶接変圧器の構造で見られます。これらは、電極を通過する電気アークの大きさを最適値まで減少させます。
誘導オーブン
電磁誘導現象は、ワイヤーやコイルだけでなく、あらゆる巨大な金属物の内部にも現れます。それらに誘導される電流は通常渦電流と呼ばれ、トランスやチョークの動作中に磁気回路や構造全体の加熱を引き起こします。
この現象を防ぐために、コアは薄い金属シートで作られ、ワニスの層で絶縁され、誘導電流の通過を防ぎます。
加熱構造では、渦電流は制限するものではなく、渦電流の通過に最も好ましい条件を作り出します。 誘導オーブン 高温を作り出すために工業生産で広く使用されています。
電気技術測定装置
大規模な誘導装置は電気で動作し続けます。電力リレーの構造に似た回転アルミニウムディスクを備えた電気メーター、減衰ダイヤルシステムは、電磁誘導の原理で動作します。
ガス磁気発電機
閉じたフレームの代わりに、導電性の気体、液体、またはプラズマが磁石の磁場内を移動すると、磁力線の作用下で電荷が厳密に定義された方向に偏り始め、電流が形成されます。取り付けられた電極接触板上の磁場が起電力を誘導します。その作用により、MHD 発電機に接続された回路に電流が生成されます。
このように、電磁誘導の法則は MHD 発電機に現れます。
ローターのような複雑な回転部品はありません。これにより設計が簡素化され、作業環境の温度を大幅に上昇させることができると同時に、発電効率も向上します。 MHD 発電機は、短期間に大量の電力を生成できるバックアップまたは緊急電源として動作します。
したがって、電磁誘導の法則は、かつてマイケル・ファラデーによって実証され、今日でも有効であり続けています。