Elektromagnetna indukcija

Uvod
Faradej je 1831. godine otkrio zakon elektromagnetne indukcije i time čovečanstvu dao ključ proizvođenja električne energije. Ovaj zakon je jedan od osnovnih i najvažnijih zakona elektrotehnike. Faradej je na ovo otkriće došao nastojeći da eksperimentalno dokaže jednu pogrešnu naučnu hipotezu.
Neposredno posle otkrića Ersteda i Ampera da stacionarna električna struja stvara magnetno polje, Faradej je pokušao da otkrije suprotan efekt, da pomoću stalnog magnetnog polja izazove stacionarnu električnu struju u kolu koje se nalazi u tom polju. On je postavio u neposrednu blizinu dva kalema. Kroz jedan je propuštao jaku jednosmernu struju i time stvarao stalno magnetno polje. Ovo polje je, prema njegovim očekivanjima, trebalo da izazove u kolu drugog kalema stalnu jednosmernu struju, ali se to nije desilo. Međutim, Faradejevom oku dobrog eksperimentatora nije promaklo da su se,
prilikom uključivanja i isključivanja struje u prvom kalemu, u drugom kalemu javljale kratkotrajne struje suprotnog smera. Pojavu ovih struja Faradej je zapazio i prilikom promene relativnog položaja dva kalema. Isti efekat je zapazio i kada je prvi kalem zamenio stalnim magnetom. Analzirajući okolnosti pod kojima dolazi do pojave indukovanih struja u drugom kalemu, Faradej dolazi do zaključka da je izrok indukcije u svim slučajevima promena magnetnog fluksa kroz provodnu konturu, a da je intenzitet indukovane struje srazmeran brzini promene fluksa, pri čemu je način na koji se ova promena ostvaruje potpuno irelevantan. U opštem slučaju, promena fluksa može nastati I kao rezultat simultanog dejstva više faktora.


Faradejev zakon


Slika 1
• Promena magnetnog fluksa kroz neku provodnu konturu izaziva električnu struju u toj konturi
• Električnu struju u provodnoj konturi pokreće elektromotorna sila koja nastaje u toj konturi usled promene magnetnog fluksa
Pri promeni magnetnog fluksa kroz neku zatvorenu konturu, indukuje se u toj konturi EMS jednaka brzini promene magnetnog fluksa.
Elektromagnetna indukcija je pojava nastajanja elektromotorne sile usled promene magnetnog fluksa

Elektromotorna sila elektromagnetne indukcije

• To je vrtložno električno (ne elektrostatičko) polje koje nastaje u celom provodniku
• Polje nije elektrostatičko jer ga ne stvaraju naelektrisanja, već elektromagnetno
• Nema konzervacije, nema elektrostatičkog potencijala


Slika 2
Elektromagnetna indukcija je pojava nastajanja elektromotorne sile usled promene magnetnog fluksa

Lencovo pravilo


Slika 3
• Određuje smer indukovane elektromotorne sile
Indukovana elektromotorna sila teži da svojim dejstvom poništi uzrok svoga nastanka
• Pravilo iskazuje jedan vid inercije, odnosno zakona o održanju energije
• Kontura reaguje na promenu magnetnog polja stvaranjem sopstvenog magnetnog polja (indukovane struje)
• Ako se spoljašnji fluks uvećava, indukovani fluks teži da to povećanje anulira (odmaže spoljašnjem polju)
• Ako se spoljašnji fluks umanjuje, indukovani fluks teži da to umanjenje anulira (pomaže spoljašnjem polju)


gde je v brzina pojedinih elemenata dl konture, kada se ona pomera.
Prvi član na desnoj strani predstavlja brzinu promene fluksa zbog promene indukcije B sa vremenom, a drugi brzinu promene fluksa zbog pomeranja ili deformisanja konture C.
Izraz za indukovanu elektromotornu silu u opštem slučaju

Prvi član predstavlja e.m.s. nastalu usled promena magnetne indukcije, a drugi e.m.s. zbog pomeranja i deformacije provodne konture u magnetnom polju.
U specijalnom slučaju, kada se menja samo magnetno polje, a kontura je nepokretna, indukovana e.m.s.

Kada je magnetno polje nepromenljivo, e.m.s. indukovana u konturi koja se kreće u tom polju

Indukovana e.m.s. u prvom od ova dva specijalna slučaja naziva se statičkom indukcijom, a u drugom dinamičkom.
Statička indukcija
U slučaju statičke indukcije, kontura u kojoj se indukuje elektromotorna sila ne kreće se.


slika 4

Sadrzaj:
Uvod 3
Faradejev zakon 4
Elektromotorna sila elektromagnetne indukcije 4
Lencovo pravilo 5
Statička indukcija 7
Dinamička indukcija 7
Međusobna indukcija i samoindukcija 8
Induktivnost - Koeficijenti indukcije 9
Energija magnetnog polja strujne konture 11
Povećanje ukupnog fluksa kroz konturu 11
Kalem 12
Strujno-naponska karakteristika kalema 12
R-L kolo 13
R-L kolo sa izvorom jednosmerne struje 14
Vezivanje kalemova 14
Sprezanje kalemova 15
Literarura 16