電磁誘導

指揮者の電磁波の誘導の様子

置いたら 磁場 ワイヤーを動かし、移動するときに磁力線を横切るように動かします。すると、ワイヤーは次のようになります。 起電力EMF誘導と呼ばれます。

導体自体が静止している場合でも、誘導 EMF は導体内で発生し、磁場が移動して導体をその力線と交差します。

誘導EMFが誘導される導体が外部回路に接続されていない場合、このEMFの作用により、回路に電流が流れます。誘導電流。

導体が磁力線を横切るときに導体に起電力が誘導される現象を電磁誘導といいます。

電磁誘導はその逆のプロセス、つまり機械エネルギーを電気エネルギーに変換することです。

電磁誘導現象は広く使われています。 電気工学… さまざまな電気機械の装置は、その用途に基づいています。

EMF 誘導の大きさと方向

ここで、導体に誘導される EMF の大きさと方向がどのようになるかを考えてみましょう。

誘導起電力の大きさは、単位時間当たりにワイヤを横切る力線の数、つまりフィールド内でのワイヤの移動速度に依存します。

誘導された EMF の大きさは、磁場内の導体の移動速度に直接比例します。

誘導された EMF の大きさは、力線が交差するワイヤの部分の長さにも依存します。磁力線が交差する導体の部分が大きくなるほど、導体内に誘導される起電力も大きくなります。最後に、磁場が強いほど、つまりその誘導が大きいほど、この磁場を横切る導体のEMFも大きくなります。

したがって、導体が磁場中を移動するときに導体内で発生する誘導の EMF 値は、磁場の誘導、導体の長さ、およびその移動速度に直接比例します。

この依存性は式 E = Blv で表されます。

ここで、E は誘導起電力です。 B — 磁気誘導。 I はワイヤの長さです。 v はワイヤの速度です。

磁場中を移動する導体では、この導体が磁場の磁力線と交差した場合にのみ誘導EMFが発生することをしっかりと覚えておく必要があります。導体が磁力線に沿って移動する場合、つまり、導体が磁力線と交差せず、磁力線に沿ってスライドするように見える場合、その中に EMF は誘導されません。したがって、上の式は、ワイヤが磁力線に対して垂直に移動する場合にのみ有効です。

誘導起電力 (およびワイヤ内の電流) の方向は、ワイヤの移動方向によって異なります。誘導 EMF の方向を決定するには右手の法則があります。

磁力線が入るように右手の手のひらを持ち、曲げた親指が導体の移動方向を示し、伸ばした 4 本の指が誘導起電力の作用方向と方向を示します。導体に流れる電流の値。

右手の法則

コイル内のEMF誘導

ワイヤ内に誘導の EMF を生成するには、ワイヤ自体または磁場のいずれかを磁場の中に移動させる必要があることはすでに述べました。どちらの場合も、ワイヤーを場の磁力線が横切らなければなりません。そうでないと、起電力は誘導されません。誘導起電力、つまり誘導電流は、直線のワイヤだけでなく、コイル状に撚られたワイヤでも発生する可能性があります。

屋内に移動するとき コイル 永久磁石の場合、磁石の磁束がコイルの巻線を横切るという事実により、つまり磁石の磁界内で直線ワイヤを動かす場合と同じように、その中にEMFが誘導されます。

磁石がコイル内にゆっくりと下げられると、磁石内で発生するEMFは非常に小さくなり、装置の針が狂うことさえない可能性があります。逆に、磁石をコイルに素早く挿入すると、矢印のたわみが大きくなります。これは、誘導EMFの大きさ、そしてそれに伴うコイル内の電流の強さは、磁石の速度、つまり磁場の磁力線がコイルの巻線を横切る速さに依存することを意味します。ここで、最初は強い磁石、次に弱い磁石を交互に同じ速度でコイルに挿入すると、強い磁石の場合、装置の針がより大きな角度でずれることに気づくでしょう。これは、誘導EMFの大きさ、したがってコイル内の電流の強さが磁石の磁束の大きさに依存することを意味します。

最後に、同じ磁石を同じ速度で、最初に多くの巻き数でコイルに導入し、次にはるかに少ない巻き数でコイルに導入すると、最初の場合、装置の針は、前者の場合よりも大きな角度で偏位します。二番目。これは、誘導EMFの大きさ、したがってコイル内の電流の強さがコイルの巻き数に依存することを意味します。永久磁石の代わりに電磁石を使用しても同じ結果が得られます。

コイル内での EMF の誘導方向は、磁石の移動方向によって異なります。誘導起電力の方向を決定する方法は、E. H. レンツによって確立された法則にあります。

レンツの電磁誘導の法則

コイル内の磁束が変化すると、コイル内に誘導 EMF が発生します。コイルを貫通する磁束の変化が速いほど、コイル内の EMF は大きくなります。

誘導起電力が発生するコイルが外部回路に接続されていない場合、コイルの巻線に誘導電流が流れ、ワイヤの周囲に磁場が発生し、これによりコイルがソレノイドになります。外部磁場の変化によりコイル内に誘導電流が誘導され、その結果、コイルの周囲に独自の磁場、つまり電流場が生成されることがわかりました。

E. H. レンツは、この現象を研究して、コイル内の誘導電流の方向、したがって誘導起電力の方向を決定する法則を確立しました。コイル内の磁束が変化するときにコイル内で発生する誘導起電力は、この電流によって生成されるコイルの磁束が外部磁束の変化を妨げるような方向にコイル内に電流を生成します。

レンツの法則は、ワイヤの形状や外部磁場の変化がどのように達成されるかに関係なく、ワイヤ内に電流が誘導されるすべての場合に当てはまります。

検流計の端子に接続されたワイヤーコイルに対して永久磁石が動くとき、またはコイルが磁石に対して動くときに、誘導電流が発生します。

巨大な導体の誘導電流

変化する磁束は、コイルの巻線だけでなく、巨大な金属導体にも EMF を誘発する可能性があります。磁束は巨大な導体の厚さを貫通し、その中に EMF を誘導し、誘導電流を生成します。これらのいわゆる 渦電流 単線上に広がり、その中で短絡されます。

変圧器の鉄心や各種電気機器の磁心などは、太い線材に発生する誘導電流によって発熱するだけであり、誘導電流の大きさを低減するためには、このような現象は望ましくない。電気機械と変圧器のコアはそれほど大きくはありませんが、紙または絶縁ワニスの層で相互に絶縁された薄いシートで構成されています。したがって、導体の塊に沿った渦電流の伝播経路は遮断されます。

しかし、実際には渦電流も有用な電流として使用されることがあります。これらの電流の使用は、たとえば、次のような研究に基づいています。 誘導加熱炉, 電力メーター 電気測定器の可動部のいわゆる磁気ダンパーなどです。

以下も参照してください。 絵画における電磁誘導現象