Elektromagnetisk induksjon

Den elektromagnetiske induksjonen er et fysisk fenomen som fører til forekomsten av en elektromotorisk kraft i en elektrisk leder utsatt for et variabelt magnetfeltstrøm. Denne elektromotoriske kraften kan generere en elektrisk strøm i lederen.

Dette fenomenet er av største praktisk betydning. Den brukes spesielt i generatorer og elektriske transformatorer , spoler eller til og med induksjonsplater takket være virvelstrømmer .

Fysisk opprinnelse

Dette fenomenet stammer fra Lorentz-kraften , påført frie elektroner i den elektriske lederen: F→{\ displaystyle {\ vec {F}}}

F→ = qE→ + qv→∧B→{\ displaystyle {\ vec {F}} \ = \ q \, {\ vec {E}} \ + \ q \, {\ vec {v}} \ wedge {\ vec {B}} \,}

eller:

q{\ displaystyle q \,}er ladningen til partikkelen (uttrykt i coulombs ), E→{\ displaystyle {\ vec {E}} \,}det elektriske feltet ( volt per meter ), v→{\ displaystyle {\ vec {vb}} \,}partikkelens hastighet ( meter per sekund ), og magnetisk induksjon ( teslas ).B→{\ displaystyle {\ vec {B}} \,}

Disse størrelsene måles alle i den samme galileiske referanserammen på det punktet hvor partikkelen er lokalisert. Begrepet referanseramme er veldig viktig her, for avhengig av referanserammen man plasserer seg i, er det to måter å tolke det samme fenomenet på. I disse to synspunktene er det modellert av loven til Lenz-Faraday , eller en av de fire ligningene til Maxwell .

Forstå fenomenet

Vi betrakter en elektrisk leder plassert i et magnetfelt. Avhengig av den valgte arbeidsrammen, er det mulig å markere to spesielle tilfeller av induksjonsfenomenet:

• Lorentz induksjon  : vi snakker om Lorentz induksjon når vi arbeider i en referanseramme der magnetfeltet er stasjonært og den elektriske lederen beveger seg eller deformeres. I denne referanserammen har elektronene en hastighet, gjennomgår en kraft som tilsvarer den magnetiske delen av Lorentz-kraften ( ). Denne spesielle saken kalles også "emosjonell induksjon". Fenomenet utnyttes i likestrømsmaskiner . For en trådlignende krets, emf induserte uttrykket: .F→=qv→∧B→{\ displaystyle {\ vec {F}} = q \, {\ vec {v}} \ wedge {\ vec {B}}}e=∮(v→∧B→)dℓ→{\ displaystyle e = \ textstyle \ anoint ({\ vec {v}} \ wedge {\ vec {B}}) \, \ mathrm {d} {\ vec {\ ell}}}

• Neumann-induksjon  : i tilfelle Neumann- induksjon , anses den elektriske lederen som stiv og fast i arbeidsrammen, og magnetfeltet er variabelt over tid. I denne referanserammen har elektronene ingen hastighet, så bidraget fra Lorentz-kraften er null. Imidlertid observerer vi variasjonen i strømmen til magnetfeltet . Fenomenet utnyttes i generatorer , asynkrone motorer og induksjonsmotorer samt elektriske transformatorer .

Induksjonslover

Det er to former, integrerte og lokale, som er likeverdige.

Lokal lov

Den Ohms lov er skrevet lokalt:

j→=σ(-∇→V+E→em){\ displaystyle {\ vec {j}} = \ sigma (- {\ vec {\ nabla}} V + {\ vec {E}} _ {em})}

hvor er lederens elektriske ledningsevne , er volumtettheten til den elektriske strømmen . I fravær av en elektrokjemisk generator (som skaper en potensiell gradient ), er det bare induksjonsfenomener som kan forklare fødselen av strøm via det elektromotoriske feltet σ{\ displaystyle \ sigma}j→{\ displaystyle {\ vec {j}}}∇→V{\ displaystyle {\ vec {\ nabla}} V}

E→em=-∂PÅ→∂t+v→∧B→{\ displaystyle {\ vec {E}} _ {em} = - {\ frac {\ partial {\ vec {A}}} {\ partial t}} + {\ vec {v}} \ wedge {\ vec { B}}}.

Faradays lov

Den integrerte formen, eller Faradays lov, er som følger: en krets utsatt for en variabel magnetisk fluks (resulterende fra et variabelt magnetfelt B ) gjennomgår en elektromotorisk kraft  : (i volt) orientert i henhold til en generatorkonvensjon som: Φ{\ displaystyle \ Phi}ε{\ displaystyle \ varepsilon}

ε=-dΦdt{\ displaystyle \ varepsilon = - {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} t}}}

hvor er strømmen av B gjennom kretsen. Φ{\ displaystyle \ Phi}

I et elektrisk diagram er denne elektromotoriske kraften alltid pilt med generatorkonvensjonen. Når mottakerkonvensjonen blir brukt, er spenningen ved terminalene i denne kretsen lik summen av spenningsfallene knyttet til strømmen som strømmer gjennom den, trukket fra denne elektromotoriske kraften. u{\ displaystyle u \,}Jeg{\ displaystyle i \,}

I likestrømsmodus kan vi da skrive det som kalles generalisert Ohms lov :

U=R⋅Jeg-ε{\ displaystyle U = R \ cdot I- \ varepsilon}

hvor er lederens elektriske motstand . R{\ displaystyle R \,}

Auto induksjon

Vi snakker om selvinduksjon når kilden til magnetfeltet ved opprinnelsen til en elektromotorisk kraft i en krets er den elektriske strømmen som strømmer gjennom den samme kretsen. Magnetfeltet gir tilbakemelding om endringer i strømmen i kretsen til seg selv.

Selvinduksjon er den bemerkelsesverdige elektromagnetiske egenskapen som en leder som krysses av en elektrisk strøm, har motstridende variasjoner derav.

Faktisk genererer en leder som krysses av en elektrisk strøm et magnetfelt (jf. Loven til Biot og Savart ). Den lov Lenz-Faraday beskriver følgende fenomen: når strømmen av det magnetiske felt går gjennom en lederkobling varierer over tid, vises det i denne krets en spenning som kalles elektromotorisk kraft . Den således skapte elektromotoriske kraften (ofte forkortet fem) er orientert slik at den genererer strømmer som motsetter variasjonen i strømmen:

ε=-dϕdt{\ displaystyle \ varepsilon = - {\ frac {d \ phi} {dt}}}

Enhver variasjon av strømmen produserer en variasjon av dette induserte feltet , som har den effekten at det produseres en spenning som motsetter seg variasjonen i feltet, derfor som motarbeider variasjonen av strømmen:

u=-LdJegdt{\ displaystyle u = -L {\ frac {di} {dt}}}

hvor kalles selve induktans koeffisienten til kretsen eller egen induktans av kretsen. Det avhenger bare av kretsens geometriske konfigurasjon, og er alltid strengt positiv. L{\ displaystyle L \,}

applikasjoner

Vi kan sitere:

• de spoler , den transformator , at dynamoer  ;
• den sensoren skriver magnetiske fluks meter  ;
• de magnetiske pickups  ;
• de induksjonslyskilder  ;
• den induksjon og bremse induksjon hvis virkemåte er på grunn av virvelstrømmene  ;
• noen komponenter i telefoner fra 1970 til i dag;
• den trådløse strømmen .

Elektromagnetisk induksjon spiller inn i mange elektriske maskiner .

Merknader og referanser

1. Dictionary of physics . Richard Taillet, Loïc Villain, Pascal Febvre. 2 nd edition. De Boeck, 2009, side 284.
2. Elektromagnetisme. Fundamenter og applikasjoner . 3 e utgave. J.-P. Pérez, R. Carles og R. Fleckinger. Masson, 1997, side 254.
3. se artikkelen Magnetfeltstrøm

Se også

Bibliografi

• John David Jackson ( overs.  Fra engelsk), klassisk elektrodynamikk ["  Klassisk elektrodynamikk  "] [ publiseringsdetaljer ]

Relaterte artikler

• Indusert strøm
• Gjensidig induksjon
• Elektromotorisk kraft
• Virvelstrømmer
• Induksjonsoppvarming
• Lenz-Faradays lov

Ekstern lenke

• Spørsmål om induksjon ( nyheter: fr.sci.physique , melding fra Julien Arlandis fra12. mai 2009)

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">