Formula e unità di induzione elettromagnetica, come funziona ed esempi

il induzione elettromagnetica è definito come l'induzione di una forza elettromotrice (tensione) in un mezzo o corpo vicino a causa della presenza di un campo magnetico variabile. Questo fenomeno è stato scoperto dagli inglesi il fisico e chimico Michael Faraday nel corso dell'anno 1831, dalla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.

Faraday ha eseguito test sperimentali con un magnete permanente circondato da una bobina di filo e ha osservato l'induzione di una tensione su detta bobina e la circolazione di una corrente sottostante.

Questa legge indica che la tensione indotta su un anello chiuso è direttamente proporzionale alla velocità di cambiamento del flusso magnetico quando si attraversa una superficie, rispetto al tempo. Pertanto, è possibile indurre la presenza di una differenza di tensione (tensione) su un corpo adiacente a causa dell'influenza di campi magnetici variabili.

A sua volta, questa tensione indotta provoca la circolazione di una corrente corrispondente alla tensione indotta e l'impedenza dell'oggetto di analisi. Questo fenomeno è il principio di azione dei sistemi di alimentazione e dei dispositivi di uso quotidiano, quali: motori, generatori e trasformatori elettrici, forni ad induzione, induttori, batterie, ecc.

indice

• 1 formula e unità
  • 1.1 Formula
  • 1.2 Unità di misura
• 2 Come funziona?
• 3 esempi
• 4 riferimenti

Formula e unità

L'induzione elettromagnetica osservata da Faraday è stata condivisa con il mondo della scienza attraverso la modellizzazione matematica che consente di replicare questo tipo di fenomeni e predire il loro comportamento.

formula

Per calcolare i parametri elettrici (tensione, corrente) associati al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, dobbiamo prima definire qual è il valore dell'induzione magnetica, attualmente noto come campo magnetico.

Per sapere cosa il flusso magnetico sta attraversando una certa superficie, allora il prodotto dell'induzione magnetica deve essere calcolato da detta area. in tal modo:

dove:

Φ: Flusso magnetico [Wb]

B: induzione magnetica [T]

S: Superficie [m²]

La Legge di Faraday indica che la forza elettromotrice che è indotta sui corpi circostanti è data dalla velocità di cambiamento del flusso magnetico rispetto al tempo, come dettagliato di seguito:

dove:

ε: forza elettromotrice [V]

Quando si sostituisce il valore del flusso magnetico nell'espressione precedente, abbiamo il seguente:

Se gli integrali vengono applicati su entrambi i lati dell'equazione per delimitare una traiettoria finita per l'area associata al flusso magnetico, si ottiene un'approssimazione più accurata del calcolo richiesto.

Inoltre, anche il calcolo della forza elettromotrice in un circuito chiuso è limitato in questo modo. Pertanto, quando si applica l'integrazione in entrambi i membri dell'equazione, si ottiene che:

Unità di misura

L'induzione magnetica è misurata nel Sistema internazionale di unità (SI) in Tesla. Questa unità di misura è rappresentata dalla lettera T e corrisponde all'insieme delle seguenti unità di base.

Un tesla equivale all'induzione magnetica di un carattere uniforme che produce un flusso magnetico di 1 weber su una superficie di un metro quadrato.

Secondo il Sistema di Unità Cegesimale (CGS), l'unità di misura dell'induzione magnetica è gauss. La relazione di equivalenza tra le due unità è la seguente:

1 tesla = 10 000 gauss

L'unità di misura dell'induzione magnetica deve il suo nome all'ingegnere, fisico e inventore serbo-croato Nikola Tesla. Fu così chiamato a metà dell'anno 1960.

Come funziona?

Si chiama induzione perché non esiste una connessione fisica tra gli elementi primari e secondari; di conseguenza, tutto avviene attraverso connessioni indirette e intangibili.

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica avviene data l'interazione delle linee di forza di un campo magnetico variabile sugli elettroni liberi di un elemento conduttivo vicino.

Per questo, l'oggetto o il mezzo su cui avviene l'induzione deve essere disposto perpendicolarmente rispetto alle linee di forza del campo magnetico. In questo modo, la forza esercitata sugli elettroni liberi è maggiore e, di conseguenza, l'induzione elettromagnetica è molto più forte.

A sua volta, la direzione di circolazione della corrente indotta è data dalla direzione data dalle linee di forza del campo magnetico variabile.

D'altra parte, ci sono tre metodi attraverso i quali il flusso del campo magnetico può essere variato per indurre una forza elettromotrice su un corpo o oggetto vicino:

1- Modificare il modulo del campo magnetico, attraverso variazioni nell'intensità del flusso.

2- Modificare l'angolo tra il campo magnetico e la superficie.

3- Modifica la dimensione della superficie inerente.

Poi, dopo aver modificato un campo magnetico, una forza elettromotrice è indotta nell'oggetto adiacente, a seconda della resistenza al flusso di corrente quanto possiedono (impedenza) produce una corrente indotta.

In questo ordine di idee, la proporzione di questa corrente indotta sarà maggiore o minore del primario, a seconda della configurazione fisica del sistema.

Esempi

Il principio dell'induzione elettromagnetica è la base operativa dei trasformatori elettrici di tensione.

Il rapporto di trasformazione di un trasformatore di tensione (riduttore o elevatore) è dato dal numero di avvolgimenti che ogni avvolgimento del trasformatore ha.

Pertanto, a seconda del numero di bobine, la tensione nel secondario può essere più elevata (trasformatore step-up) o inferiore (trasformatore step-down), a seconda dell'applicazione all'interno del sistema elettrico interconnesso.

Allo stesso modo, le turbine che generano elettricità nei centri idroelettrici operano anche grazie all'induzione elettromagnetica.

In questo caso, le pale della turbina muovono l'asse di rotazione che si trova tra la turbina e il generatore. Quindi, questo si traduce nella mobilitazione del rotore.

A sua volta, il rotore è costituito da una serie di avvolgimenti che, quando sono in movimento, danno origine a un campo magnetico variabile.

Quest'ultimo induce una forza elettromotrice nello statore del generatore, che è collegato a un sistema che consente di trasportare l'energia generata durante il processo.

Per mezzo dei due esempi prima esposti è possibile rilevare come l'induzione elettromagnetica faccia parte delle nostre vite in applicazioni elementari della vita quotidiana.

riferimenti

1. Induzione elettromagnetica (s.f.). Estratto da: electronics-tutorials.ws
2. Induzione elettromagnetica (s.f.). Estratto da: nde-ed.org
3. Oggi nella storia 29 agosto 1831: viene scoperta l'induzione elettromagnetica. Estratto da: mx.tuhistory.com
4. Martín, T. e Serrano, A. (s.f.). Induzione magnetica Università Politecnica di Madrid. Madrid, Spagna Estratto da: montes.upm.es
5. Sancler, V. (s.f.). Induzione elettromagnetica Estratto da: euston96.com
6. Wikipedia, l'enciclopedia libera (2018). Tesla (unità). Estratto da: en.wikipedia.org