El fenomen de la inducció electromagnètica és un fenomen que consisteix en l'aparició d'una força o voltatge electromotriu en un cos situat en un camp magnètic en constant canvi. També sorgeix una força electromotriu com a resultat de la inducció electromagnètica si un cos es mou en un camp magnètic estàtic i no uniforme, o gira en un camp magnètic de manera que les seves línies que tallen un llaç tancat canvien.
Corrent elèctric induït
Sota el concepte d'"inducció" s'entén l'aparició d'un procés com a conseqüència de l'impacte d'un altre procés. Per exemple, es pot induir un corrent elèctric, és a dir, pot aparèixer com a resultat d'exposar un conductor a un camp magnètic d'una manera especial. Aquest corrent elèctric s'anomena induït. Les condicions per a la formació d'un corrent elèctric com a resultat del fenomen de la inducció electromagnètica es discuteixen més endavant a l'article.
El concepte de camp magnètic
AbansPer començar a estudiar el fenomen de la inducció electromagnètica, cal entendre què és un camp magnètic. En termes simples, un camp magnètic és una regió de l'espai en què un material magnètic presenta els seus efectes i propietats magnètiques. Aquesta regió de l'espai es pot representar mitjançant línies anomenades línies de camp magnètic. El nombre d'aquestes línies representa una magnitud física anomenada flux magnètic. Les línies del camp magnètic estan tancades, comencen al pol nord de l'imant i acaben al sud.
El camp magnètic té la capacitat d'actuar sobre qualsevol material amb propietats magnètiques, com ara conductors de ferro del corrent elèctric. Aquest camp es caracteritza per la inducció magnètica, que es denota B i es mesura en tesles (T). Una inducció magnètica d'1 T és un camp magnètic molt fort que actua amb una força d'1 newton sobre una càrrega puntual d'1 coulomb, que vola perpendicularment a les línies del camp magnètic a una velocitat d'1 m/s, és a dir, 1 T=1 Ns / (mCl).
Qui va descobrir el fenomen de la inducció electromagnètica?
La inducció electromagnètica, en el qual es basen molts dispositius moderns, es va descobrir a principis dels anys 30 del segle XIX. El descobriment del fenomen de la inducció electromagnètica se sol atribuir a Michael Faraday (data del descobriment - 29 d'agost de 1831). El científic es va basar en els resultats dels experiments del físic i químic danès Hans Oersted, que va descobrir que un conductor pel qual passa un corrent elèctric creaun camp magnètic al seu voltant, és a dir, comença a mostrar propietats magnètiques.
Faraday, al seu torn, va descobrir el contrari del fenomen descobert per Oersted. Va notar que un camp magnètic canviant, que es pot crear canviant els paràmetres del corrent elèctric en el conductor, provoca l'aparició d'una diferència de potencial als extrems de qualsevol conductor de corrent. Si aquests extrems es connecten, per exemple, a través d'una làmpada elèctrica, un corrent elèctric circularà per aquest circuit.
Com a resultat, Faraday va descobrir un procés físic, com a conseqüència del qual apareix un corrent elèctric en un conductor a causa d'un canvi en el camp magnètic, que és el fenomen de la inducció electromagnètica. Al mateix temps, per a la formació d'un corrent induït, no importa el que es mou: el camp magnètic o el propi conductor. Això es pot demostrar fàcilment realitzant un experiment adequat sobre el fenomen de la inducció electromagnètica. Així, un cop col·locat l'imant dins de l'espiral metàl·lica, comencem a moure-lo. Si connecteu els extrems de l'espiral a través d'algun indicador de corrent elèctric en un circuit, podreu veure l'aparició del corrent. Ara hauríeu de deixar l'imant sol i moure l'espiral cap amunt i cap avall en relació amb l'imant. L'indicador també mostrarà l'existència de corrent al circuit.
experiment de Faraday
Els experiments de Faraday van consistir a treballar amb un conductor i un imant permanent. Michael Faraday va descobrir per primera vegada que quan un conductor es mou dins d'un camp magnètic, sorgeix una diferència de potencial als seus extrems. El conductor en moviment comença a creuar les línies del camp magnètic, que simulal'efecte de canviar aquest camp.
El científic va descobrir que els signes positius i negatius de la diferència de potencial resultant depenen de la direcció en què es mou el conductor. Per exemple, si el conductor s'eleva en un camp magnètic, aleshores la diferència de potencial resultant tindrà una polaritat +-, però si aquest conductor es baixa, ja obtindrem una polaritat -+. Aquests canvis en el signe dels potencials, la diferència de les quals s'anomena força electromotriu (EMF), donen lloc a l'aparició en un circuit tancat d'un corrent altern, és a dir, un corrent que canvia constantment de sentit al contrari.
Característiques de la inducció electromagnètica descobertes per Faraday
Coneixent qui va descobrir el fenomen de la inducció electromagnètica i per què hi ha un corrent induït, explicarem algunes de les característiques d'aquest fenomen. Per tant, com més ràpid moveu el conductor en un camp magnètic, més gran serà el valor del corrent induït al circuit. Una altra característica del fenomen és la següent: com més gran és la inducció magnètica del camp, és a dir, com més fort és aquest camp, més gran és la diferència de potencial que pot crear en moure el conductor en el camp. Si el conductor està en repòs en un camp magnètic, no hi ha cap camp magnètic, ja que no hi ha cap canvi en les línies d'inducció magnètica que creuen el conductor.
Direcció del corrent elèctric i regla de la mà esquerra
Per determinar la direcció del conductor del corrent elèctric creat com a resultat del fenomen de la inducció electromagnètica, podeuutilitzar l'anomenada regla de la mà esquerra. Es pot formular de la següent manera: si la mà esquerra es col·loca de manera que les línies d'inducció magnètica, que comencen al pol nord de l'imant, entren al palmell, i el polze que sobresurt es dirigeix en la direcció del moviment del conductor en el camp de l'imant, aleshores els quatre dits restants de la mà esquerra indicaran la direcció del corrent induït pel moviment al conductor.
Hi ha una altra versió d'aquesta regla, és la següent: si el dit índex de la mà esquerra es dirigeix al llarg de les línies d'inducció magnètica i el polze que sobresurt es dirigeix en la direcció del conductor, aleshores el El dit mig girat 90 graus cap al palmell indicarà la direcció del corrent aparegut al conductor.
El fenomen de l'autoinducció
Hans Christian Oersted va descobrir l'existència d'un camp magnètic al voltant d'un conductor o bobina amb corrent. El científic també va trobar que les característiques d'aquest camp estan directament relacionades amb la força del corrent i la seva direcció. Si el corrent a la bobina o conductor és variable, llavors generarà un camp magnètic que no serà estacionari, és a dir, canviarà. Al seu torn, aquest camp altern donarà lloc a l'aparició d'un corrent induït (fenomen de la inducció electromagnètica). El moviment del corrent d'inducció serà sempre oposat al corrent altern que circula pel conductor, és a dir, resistirà cada canvi de sentit del corrent en el conductor o bobina. Aquest procés s'anomena autoinducció. La diferència elèctrica resultantpotencials s'anomena EMF d'autoinducció.
Tingueu en compte que el fenomen d'autoinducció es produeix no només quan canvia la direcció del corrent, sinó també quan canvia, per exemple, quan augmenta a causa d'una disminució de la resistència al circuit.
Per a la descripció física de la resistència exercida per qualsevol canvi de corrent en un circuit degut a l'autoinducció, es va introduir el concepte d'inductància, que es mesura en henries (en honor al físic nord-americà Joseph Henry). Un henry és una inductància per a la qual, quan el corrent canvia d'1 ampere en 1 segon, sorgeix un EMF en el procés d'autoinducció, igual a 1 volt.
Corrent altern
Quan un inductor comença a girar en un camp magnètic, com a resultat del fenomen d'inducció electromagnètica, crea un corrent induït. Aquest corrent elèctric és variable, és a dir, canvia de direcció sistemàticament.
El corrent altern és més comú que el corrent continu. Així doncs, molts aparells que funcionen des de la xarxa elèctrica central utilitzen aquest tipus de corrent. El corrent altern és més fàcil d'induir i transportar que el corrent continu. Per regla general, la freqüència del corrent altern domèstic és de 50-60 Hz, és a dir, en 1 segon la seva direcció canvia de 50 a 60 vegades.
La representació geomètrica del corrent altern és una corba sinusoïdal que descriu la dependència de la tensió en el temps. El període complet de la corba sinusoïdal per al corrent domèstic és d'aproximadament 20 mil·lisegons. Segons l'efecte tèrmic, el corrent altern és similar al correntDC, la tensió del qual és Umax/√2, on Umax és la tensió màxima a la corba sinusoïdal de CA.
L'ús de la inducció electromagnètica en tecnologia
El descobriment del fenomen de la inducció electromagnètica va produir un autèntic auge en el desenvolupament de la tecnologia. Abans d'aquest descobriment, els humans només podien generar electricitat en quantitats limitades mitjançant bateries elèctriques.
Actualment, aquest fenomen físic s'utilitza en transformadors elèctrics, en escalfadors que converteixen el corrent induït en calor i en motors elèctrics i generadors d'automòbils.
