Cosa sono gli induttori e cos'è l'induzione?

Come temprare il ferro o l'acciaio (Luglio 2019).

Anonim

Tra il 1828 e il 1831, Michael Faraday diresse quelle che ora vengono chiamate le sue conferenze di Natale a Londra. Nelle lezioni, Faraday avrebbe dimostrato le sue buffonate con fili di rame e magneti a barre. Faraday, come un mago venerato, avrebbe preso l'orgoglio immenso in queste dimostrazioni. Queste mostre erano così selvaggiamente popolari che persino la regina non poteva resistere a una visita.

Con la regina presente, Faraday decise di dimostrare una delle sue opere preferite in esclusiva per lei. Posò una bobina di filo di rame ad un'estremità del suo tavolo collegata ad un'altra bobina di filo di rame posta all'altra estremità. Oltre alla bobina più lontana, posò una piccola bussola sul tavolo. Questo è tutto ciò di cui aveva bisogno. Faraday quindi si precipitò verso la prima bobina e mosse una barra magnetica avanti e indietro all'interno di essa. Come per magia, l'ago della bussola dall'altra parte deviava!

Tuttavia, la Regina, essendo pacifica quanto gli inglesi, non era impressionata. Non era assolutamente influenzata dal modo in cui spostare una calamita da una parte poteva in qualche modo intaccare la bussola dall'altra parte con nient'altro che aria sottile tra di loro. Casualmente interrogava l'utilità di qualunque cosa avesse appena assistito, ma Faraday, essendo arguto come gli inglesi, piuttosto che essere inorridito, semplicemente chiedeva: "Signora, ma a cosa serve una bambina appena nata?"

La storia è stata narrata dal fratello maggiore di Bill Nye. Bill Nye, tuttavia, in seguito scoprì che il racconto era stato leggermente abbellito. Faraday non ha dimostrato questo atto alla Regina, ma al suo pubblico quotidiano, tra cui una donna curiosa si è ritrovata confusa. Mentre la storia è abbellita, la sua scoperta non lo è. Faraday aveva appena scoperto che non solo un campo elettrico in movimento genera un campo magnetico, ma che anche un campo magnetico in movimento genera un campo elettrico. Era davvero monumentale: elettricità e magnetismo sono fondamentalmente inseparabili.

L'induttore

Quando un induttore è collegato a un alimentatore CC, porta un campo magnetico mentre la corrente passa attraverso di esso. La corrente che lo attraversa non raggiunge il suo valore massimo istantaneamente. Pertanto, una lampadina collegata in serie non si illumina immediatamente come ci si aspetterebbe, ma solo dopo un certo ritardo. Allo stesso modo, quando l'alimentazione CC è disattivata, la corrente non raggiunge lo zero istantaneamente. La memorizzazione e il rilascio di corrente è lento, il che significa che c'è un ritardo nell'output della corrente. Se questa corrente rilasciata non può uscire attraverso un'altra presa, come una lampadina in parallelo, la corrente potrebbe causare una scintilla attraverso l'interruttore e minacciare chiunque entri in contatto con esso.

L'ascesa e la caduta della corrente sono lente perché l'unico scopo di un induttore è quello di produrre un campo magnetico che resiste a qualsiasi cambiamento nella corrente che lo attraversa. La tensione indotta in un induttore è proporzionale alla velocità di variazione della corrente che scorre attraverso di esso. La costante di proporzionalità è denotata da "L" e viene indicata come induttanza della bobina o misura della sua capacità di resistere a qualsiasi cambiamento di corrente. Questo è misurato in Henrys (H).

Essenzialmente, tutto ciò che fa un induttore è convertire l'energia elettrica in energia magnetica e quindi convertire questa energia magnetica in energia elettrica. Quindi, proprio come un condensatore immagazzina energia elettrica, per un breve periodo, un induttore immagazzina energia magnetica.

Legge di Induzione di Faraday

Si noti che la tensione indotta è negativa. Il segno negativo segnala che il trasferimento di energia obbedisce alla legge della conversazione di energia. Questa è nota come legge di Lenz, secondo la quale la tensione indotta guida una corrente che genera un campo magnetico nella direzione opposta del campo magnetico a cui deve la sua esistenza.

Se l'equazione non contenesse un segno negativo o il campo magnetico non neutralizzasse o resistesse al campo magnetico genitore, allora la tensione indotta non solo aumenterebbe con un aumento del flusso genitore, ma anche con il flusso che la corrente genera ! Un pranzo gratis! Sarebbe come dire che la palla che rotola sul terreno non si fermerà mai, ma sarà accelerata in quanto l'attrito - piuttosto che opporsi al suo movimento - lo incoraggerebbe!

L'induzione è il motivo per cui un campo elettrico nella prima bobina sul tavolo è stato indotto quando Faraday ha spostato un magnete al suo interno. La bobina portava una corrente che viaggiava fino alla seconda bobina, provocando la generazione attorno ad esso di un campo magnetico. Era il campo magnetico generato da questa bobina che disturbava l'ago.

Ciò che Faraday aveva dimostrato era profondo, ma quello che fece dopo fu rivoluzionario. Faraday si chiedeva se questo meccanismo potesse essere usato per trasferire energia elettrica da un circuito a un altro

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senza fili. La tensione non potrebbe essere indotta nella seconda bobina se il campo magnetico generato dalla prima bobina dovesse cambiare nelle sue vicinanze?

Il raggiungimento di una corrente costante nella seconda bobina ci obbliga a spostare il magnete continuamente dentro e fuori la prima bobina? Bene, non esattamente. Non è necessario produrre necessariamente un campo magnetico mutevole muovendo instancabilmente un magnete. Si può anche spostare la bobina stessa o la corrente in essa.

The Transformer e 'The Act's Utility'

I trasformatori sono dispositivi che aumentano o diminuiscono la tensione applicata a un altro circuito. Ad esempio, se un'alimentazione da 200 V potrebbe essere eccessiva per una macchina che funziona con un'alimentazione a 50 V, un trasformatore collegato tra questi alimentatori potrebbe ottenere questa riduzione.

Un trasformatore non è altro che un induttore immensamente arrotolato. Funziona non su un DC, ma su un alimentatore CA. Un'alimentazione CA si alterna tra la fonte di alimentazione e la destinazione, emulando l'effetto "acceso e spento" perpetuo.

Nel primo ciclo dell'alimentazione AC, la corrente attraverso di esso aumenta, come accade in qualsiasi induttore, causando un aumento di un campo magnetico. Tuttavia, quando la corrente si alterna nel secondo ciclo o quando cambia direzione, la direzione del campo magnetico dell'induttore cambia con esso. Mentre la corrente si alterna continuamente, il campo magnetico non è in grado di saturarsi, poiché è costretto a alternarsi di riflesso.

Questo mutevole campo magnetico ha, su un altro induttore, lo stesso effetto di un magnete mobile. Il flusso indurrà una tensione in esso. Tuttavia, si può dedurre dalla formula di Faraday che questa tensione è proporzionale al numero di giri dell'induttore. Ciò significa che la tensione può essere aumentata se il secondo induttore ha più giri rispetto al primo. Tale trasformatore è chiamato trasformatore step-up. Allo stesso modo, la tensione può essere ridotta utilizzando un trasformatore con svolte minori rispetto al primo. Questo è chiamato trasformatore step-down.

Per quanto riguarda la risposta alla domanda della donna, gli induttori sono indispensabili per gli umani. Senza di loro, motori, generatori, telefoni, laptop, tablet, telecomandi

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l'intera gamma di tecnologie di comunicazione wireless, tra cui la connessione internet wireless e quindi i meme, sarebbe stata imperscrutabile. Senza induttori, la conversione di tensioni mortali dai generatori di energia a tensioni domestiche sicure sarebbe stata impossibile. In effetti, senza la conoscenza dell'induzione, non si sarebbe potuto generare una tensione CA stessa! Faraday era un visionario, un genio, molto più avanti del suo tempo.