6.1 INDUKCIJA ELEKTRIČNE NAPETOSTI

KAZALO

    

 

6.1.1 INDUKCIJA NAPETOSTI ZARADI PREČKANJA MAGNETNEGA PRETOKA

      

Poskus 6.1.1:

HITRE POVEZAVE

Linearni generator

Induciran tok
 

SLIKA

Slika 6.1.1.1: Poskus 6.1.1

 

SLIKA

Slika 6.1.1.2: Indukcija napetosti v vodniku

 

SLIKA

Slika 6.1.1.3: Pravilo desne roke

 

VIDEO

Video 6.1.1.1: Indukcija el napetosti zaradi gibanja tuljavice v magnetnem polju trajnega magneta

 

VIDEO

Video 6.1.1.2: Generatorski način indukcije električne napetosti

 
       
 
►

Vodnik, ki prečka magnetni pretok, je izvor električne napetosti.

  
► 

Napetosti, ki jo v vodniku vzbudimo s prečkanjem magnetnega polja, pravimo inducirana1 napetost.

  

 
       
 

Pri razjasnitvi inducirane napetosti v vodniku si pomagajmo s sklepanjem na osnovi slike 6.1.1.2. Za vsak elektron, ki se z vodnikom premika v smeri hitrosti v, lahko rečemo, da predstavlja majhen tok I. Smer magnetne sile na »tok« elektrona določimo po pravilu leve roke. Prosti elektroni ustvarijo pod vplivom magnetnih sil na eni strani vodnika presežek in na drugi strani primanjkljaj negativne elektrine, kar je vzrok električne napetosti med koncema vodnika.

     
       
 
► 

Smer inducirane napetosti v vodniku je odvisna od smeri magnetnih silnic in smeri prečkanja magnetnega pretoka.

  

 
       
 

Če bi obravnavani vodnik bil sestavni del električnega tokokroga s porabnikom, bi v vodniku inducirana napetost pognala v tokokrogu električni tok, katerega smer bi bila odvisna od smeri inducirane napetosti. Za ugotavljanje smeri inducirane napetosti zaradi prečkanja magnetnega pretoka uporabljamo pravilo desne roke (sl. 6.1.1.3):

      
       
 
► 

Če položimo odprto dlan desne roke v magnetni pretok ob vodniku tako, da silnice magnetnega pretoka vstopajo v dlan, iztegnjeni palec pa kaže smer gibanja vodnika, kažejo iztegnjeni prsti smer toka, ki bi ga pognala inducirana napetost.

  

 
       
 

Smer inducirane napetosti prečkanja magnetnih silnic lahko določimo tudi na osnovi naravne zakonitosti ohranjanja ravnovesnih stanj, ki se za naš primer inducirane napetosti glasi:

      
       
►

V vodniku, ki prečka silnice magnetnega pretoka se inducira napetost take smeri, da magnetna sila na električni tok, ki ga požene inducirana napetost, gibanje vodnika zavira.

  
► 

Pravilu določanja smeri inducirane napetosti in toka na osnovi ohranjanja ravnovesja sil, pravimo Lenzevo 2 pravilo.

  

 
       
 

Poglejmo, od česa je odvisna velikost inducirane napetosti. Poskus 6.1.1 z močnejšim magnetom bi nas prepričal o tem, kar je pričakovati, da je inducirana napetost pri enaki hitrosti prečkanja magnetnega pretoka večja, če je gostota magnetnega pretoka večja. Podobno velja za dolžino vodnika l, ki prečka magnetni pretok.

      
       
 

Do odvisnosti inducirane napetosti pa lahko pridemo na matematično nekoliko bolj oprijemljiv način. Opisani magnetni sili na elektron vodnika (sl. 6.1.1.2) namreč nasprotuje sila električnega polja ločenih elektrin. Za ravnovesje omenjenih sil lahko na osnovi enačb 4.1.1 in 5.2.5 napišemo in, poenostavljeno (!), sklepamo:

      
       
  q · E = q · B · v     =>     E = B · v     =>     E · l = B · v · l          ali    
       
 
Ui   = 
B · l · v
V
B(T); l(m); v(m/s)
   
  Enačba 6.1.1    
       
 
► 

Inducirana napetost s prečkanjem silnic magnetnega pretoka je premo sorazmerna z gostoto in hitrostjo prečkanja magnetnega pretoka ter dolžino vodnika v magnetnem pretoku.

  

 
       
 

Dobljena enačba za računanje inducirane napetosti pa velja le za primer pravokotnosti vodnika na magnetne silnice in smeri prečkanja silnic. V nasprotnem primeru je inducirana napetost manjša, računati pa jo moramo s projekcijama dolžine vodnika in hitrosti, ki sta pravokotni na magnetne silnice. Pri vzporednem gibanju vodnika s silnicami je inducirana napetost Ui = 0.

     
       

Poskus 6.1.2:

  
       
 

Na obravnavanem načinu magnetne indukcije električne napetosti temelji delovanje pretvornikov mehanske energije v električno. Najpogostejši primeri takšnih pretvornikov so generatorji električne napetosti, zato pravimo opisanemu načinu indukcije napetosti tudi generatorski način.

      
       
       
  6.1.1.1 Generator enosmerne električne napetosti    
  6.1.1.2 Generator izmenične napetosti    
  6.1.1.3 Elektrodinamični mikrofon    
       
     
 

1 inductio, lat. = vzbujanje

2 Lenz, nemški fizik, 1804−1865