A MÁGNESES TÉR IDŐBEN MEGVÁLTOZIK Indukciós jelenségek Michael Faraday

Az áram mágneses hatása Oersted kísérlete 1820-ban egy dán fizikus Hans Christian Oersted észrevette, hogy az árammal átjárt vezető közelében elhelyezett iránytű az áram hatására elfordul. Megállapította, hogy az elektromos áram mágneses teret létesít. Hans Christian Oersted ( ) dán fizikus, vegyész

Mágneses indukció A mágneses tér erősségét jellemző vektormennyiség. Jele: B mértékegysége: Tesla (Vs / m 2 ) (A mágneses indukcióvektor a mező erősségét jellemzi a mágneses mező adott pontjaiban. ) A mágneses indukció nagysága, erőhatásokra vezethető vissza ( forgatónyomaték :M ) A mágneses indukció vektor iránya: Az egyensúlyi helyzetbe beállt próbatekercs, vagy iránytű déli pólusából az északi pólusa felé mutató irány.

Mágneses indukció A mágneses indukció mértékegysége: T ( tesla) Horvát születésű fizikus, dolgozott a budapesti Ganz gyárban, majd Párizsban és Londonban től az USA-ban Edison munkatársa volt. Nikola Tesla ( )

Indukált feszültség a tekercsben Faraday-féle indukciós törvény: az indukált feszültség U i nagysága egyenesen arányos a mágneses mező fluxusváltozásával ΔΦ és a menetszámmal N, fordítottan arányos a változás időtartamával Δt. U i = N* ΔΦ/ Δt (Φ=B*A) Michael Faraday

Lenz törvénye: Az indukált feszültség iránya olyan hogy az általa létrehozott áram – (ha zárjuk az áramkört) - mágneses mezeje az őt létrehozó hatást gátolni, rombolni igyekezzék. Emilij Lenz

Indukciós jelenségek: A mágneses tér megváltozása tekintetében megkülönböztetünk a fluxus változás okaként kétféle jelenséget: mágneses indukcióvektor megváltozása : nyugalmi indukció a felület változik: mozgási indukció

Nyugalmi indukció: A vezető áll a mágneses mező pedig mozog  Ha a vezető test vagy alkatrész körül megváltozik a mágneses mező, akkor a vezető anyagban ún. örvényáramok indukálódnak. Az örvényáramok magában a testben (alkatrészben) folynak, és hőt okoznak. A kialakult örvényáram lehet hasznos és káros. Hasznos az ún. örvényáramú kemencében (fémipar). Káros a villamos motorokban, transzformátorokban. Felhasználás:ipar, örvényáramú kemencék Váltakozómágneses térbe helyezett villamos vezető anyagban indukált örvényáramok Joule-hőjét hasznosítja.

Mozgási indukció Indukciótörvény Ha egy mágneses térben egy vezető található és a mágneses tér megváltozik akkor a vezetőben a mágneses fluxusváltozás sebességével arányos feszültség indukálódik.

Az álló mágneses térben vezető anyag mozog  Az l hosszúságú vezetőt úgy mozgatjuk, a nyugvó mágneses térben, hogy a mozgatás iránya merőleges legyen az indukcióvonalakra. Ekkor a vezetékben a töltéshordozók szétválnak és a vezeték két végénél csoportosulnak. A vezetékben feszültség indukálódik.  Ui=B·l·v  Alkalmazási terület:  villamos forgógépek, villamos motorok, dinamók

Önindukció: A tekercs mágneses mezejének megváltozásakor bekövetkező indukció Joseph Henry 1830-ban megfigyelte a jelenséget.  Az áramkör nyitásakor a tekercs mágneses mezejét fenntartó I áram megszűnik. A tekercs mágneses mezeje kezd leépülni, ami fluxusváltozást eredményez, ami a tekercsben fezsültséget indukál. Az indukált feszültség miatti áram a tekercs mágneses mezejét igyekszik fenntartani. (Lenz-törvénye) Önindukciós tényező :L (induktivitás, mértékegysége: H) megmutatja, hogy a tekercsben egységnyi áramváltozás hatására mekkora feszültség indukálódik. Henry Joseph U öi = L*dI/dt (Vs/A=H)

Önindukció: Önindukciós együttható függ: mentszám, tekercshossz, keresztmetszet, tekercset kitöltő anyag minősége Áramjárta tekercs mágneses mezőjének van energiája: Alkalmazási terület: ◦ Villamos forgógépek ◦ villamos energiát előállító generátor ◦ villamos energiát mechanikai munkává alakító villamos motorok. Elektrodinamikus átalakítók pl.: dinamikus mikrofon, régi lemezjátszó hangszedője, dinamikus hangszóró, hanglemez-vágófej Elektromágneses átalakítók: Telefonok, fejhallgató

A váltakozó áram Az indukció legfontosabb gyakorlati alkalmazása az elektromos áram előállítása. Ezt végzi a generátor. A homogén mágneses mezőben vezetőből készült tekercs forog a mágneses mező indukcióvonalaira merőleges tengely körül. Mágneses térben forgatott tekercsben váltakozó irányú feszültség keletkezik. A keletkezett feszültség és áram iránya (+ és -) azonos periódusonként változik A generátor által előállított feszültség nagysága és iránya szinuszosan változik

Effektív feszültség U i =B*l*v k *sinα, α=(ω*t) U max =B*l*v k U=U max *sin(ω*t) I=I max * sin(ω*t)

Kölcsönös indukció: Ha egy tekercs mágneses mezejében egy másik tekercs található és a mágneses mező megváltozik akkor a másik tekercsben feszültség indukálódik. Alkalmazási terület:  Transzformátorok

Transzformátor Sok elektromos eszköz működik kisebb feszültségen, mint a hálózati feszültség. Az ilyen feszültség előállításához a 230 V-os feszültséget le kell csökkenteni. Ezt végzi a transzformátor. Két tekercsből áll. Az első, amelyre rákapcsolják azt a feszültséget, amit át kell alakítani, az a primer tekercs. A másik tekercsben (elnevezése: szekunder tekercs) a mágneses tér változás hatására feszültség keletkezik. A transzformátor mindkét tekercsében az áram teljesítménye ugyanakkora. P p = P s U p · I p = U s · I s

Távvezeték Az áram hővesztesége annál nagyobb, minél nagyobb az áramerősség(I), ezért a nagy távolságokra célszerű kis áramon vezetni az erőművekben előállított feszültséget. Kis áramhoz nagy feszültség tartozik a transzformátorban a fenti teljesítmény képlet szerint. Tehát az erőművekben a generátor által előállított feszültséget, áramot távvezetékeken nagy feszültségre (több ezer Volt) feltranszformálva vezetik. A települések előtt egy transzformátor állomás letranszformálja 230 V-ra. A frekvencia nem változik.

A váltakozó áram hatásai Hőhatása Ez alapján működik a vasaló, hősugárzó, hajszárító, stb. Mágneses hatása : Ha egy tekercsbe váltakozó áramot vezetünk, a vas félperiódusonként átmágneseződik, és így a tekercs váltakozó áram esetén is képes mágneses hatást kifejteni. A váltakozó áram mágneses hatása alapján működnek a váltakozó áramú motorok. Élettani hatás: A váltakozó áram élettani hatása az egyenáraméhoz hasonló. Vegyi hatás: Váltakozó áram esetén félperiódusonként pólusváltás történik. Ennek következtében ez egyik félperiódusban kivált anyag a másik félperiódusban visszaalakul.