Električnu struju možemo stvoriti na sledeća dva načina:

1. Kretanjem magneta u blizini provodnika,
2. Kretanjem provodnika u magnetnom polju.

 Vremenski promenljiva magnetna polja izazivaju pojavu promenljivih električnih i magnetskih polja. Ova uzajamna povezanost vremenski promenljivih električnih i magnetskih polja ukazuje da su električno i magnetsko polje dva vida jednog jedinstvenog polja, koje se naziva elektromagnetno polje.

 Uzajmnu povezanost ovih polja prvi je primetio engleski fizičar Majkl Faradej. On je 1831. godine na osnovu niza ekperimenata, otkrio i kvantitativno formulisao zakon elektromagnetske indukcije, jedan od osnovnih i najvažnijih zakona elektrodinamike i elektrotehnike.

 Zanimljivo je da je Faradej do ovog otkrića došao skoro slučajno, nastojeći da eksperimentalno dokaže jednu pogrešnu naučnu hipotezu. Neposredno posle otkrića Ersteda i Ampera da stacionarna električna struja stvara magnetsko polje, Faradej je pokušao da otkrije suprotan efekat, tj. da pomoću stalnog magnetnog polja izazove stacionarnu električnu struju u kolu koje prožima magnetno polje. Poveden ovom idejom, Faradej je konstruisao dva kalema i, postavivši ih u neposrednu blizinu, kroz jedan od njih (primar) propuštao jaku jednosmernu struju. Stalno magnetno polje primara, koji je u ovom eksperimentu igrao ulogu elektromagneta, trebalo je, prema očekivanju, da u sekundarnom kolu izazove stalnu jednosmernu struju. Iako je očekivani efekat izostao, Faradej je primetio da se prilikom uspostavljanja i isključivanja struje u primaru i sekundaru javljaju kratkotrajne prelazne struje suprotnog smera. Pojavu ovih tzv. indukovanih struja u sekundaru Faradej je zapazio i prilikom menjanja relativnog položaja primara u odnosu na sekundar, pri čemu je struja u primaru-elektromagnetu održavana konstantnom. Sličan efekat indukcije u sekundaru zapazio je kada je primar zamenio stalnim magnetom i menjao relativni položaj magneta i sekundarnog kola.

 Analizirajući na prvi pogled različite okolnosti pod kojima dolazi do pojave elektromagnetne indukcije, Faradej dolazi do zaključka da je uzrok indukcije u svim slučajevima promena magnetskog fluksa kroz posmatranu provodnu konturu, a da je intenzitet indukovane struje srazmeran brzini promene fluksa. Način na koji se ostvaruje ova promena je potpuno irelevantan. Ona može da bude ostvarena menjanjem pobudne struje u sistemu koji stvara magnetno polje, pomeranjem ovog sistema u odnosu na provodnu konturu ili deformacijom i pomeranjem konture u nepromenljivom magnetnom polju. U opštem slučaju, promena fluksa može nastati i kao rezultat simultanog dejstva dva ili više pobrojanih faktora. Isto tako, promene fluksa mogu nastati i zbog promena struje u posmatranoj konturi (samoindukcija).

 Indukovana struja, koja se javlja u zatvorenoj provodnoj konturi prilikom menjanja fluksa, posledica je indukovane elektromotorne sile koja postoji i u slučaju kada je kontura prekinuta. S obzirom da Faradej, iako genijalni eksperimentator, nije vladao jezikom vektorske analize, on svoj zakon nije iskazivao u matematičkoj formi. Nojman je 1845. godine dao matematičku formulaciju Faradejevog zakona, koja glasi:

Slika br.1 Faradejev zakon (formula)

The post Zakon elektromegnetne indukcije – Faradejev zakon appeared first on Automatika.rs.

Gubici energije u magnetnom kolu usled vrtložnih struja

 Vrtložne, vihorne struje poznate su još i pod nazivom Fukoove struje. To su struje indukovane u masivnim provodnicima. Dobile su naziv po francuskom fizičaru Leonu Fuko-u koji je poznat još i po Fukoovo klatnu, klatno pomoću koga je dokazao da se Zemlja okreće oko svoje ose.

 Feromagnetni materijali od kojih se prave magnetna kola, imaju i to svojstvo da su dobri električni provodnici. Imajući to u vidu, interesantno je razmotriti, šta se događa u poprečnom preseku magnetnog kola, kada se kroz njega zatvara naizmenični fluks, kad je gustina magnetnog fluksa u svim tačkama preseka jednaka (Slika br.1a).

Slika br.1 Vrtložne struje u: a) Punom magnetnom kolu i b) Magnetnom kolu sačinjenom od limova.

 S obzirom na osobinu električne provodnosti feromagnetnog materijala, čitav poprečni presek može se posmatrati kao zbir, proizvoljno mnogo, provodnih kontura. Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, u svakoj od tih provodnih kontura, zbog promenljivog fluksa, indukovaće se elektromotorna sila – EMS što će, s obzirom da su provodne konture zatvorene, u njima izazvati pojavu struja, i to takvog smera da iste teže da stvore sopstveno polje, koje će uticati na suzbijanje promene fluksa, koji ih je uzrokovao.

 Takve struje nazivaju se vrtložne (vihorne) struje. S obzirom da svaka provodna kontura pruža otpor proticanju struje kroz nju, očigledno je da vrtložne struje uzrokuju pretvaranje dela energije u toplotu, prema Džulovom zakonu. Snaga tih gubitaka, obično se označava sa PF, i naziva se snaga gubitaka usled vrtložnih struja (gubici usled vihornih struja). Otpornost kojom se strujna kontura suprostavlja proticanju vrtložne struje utoliko je veća ukoliko je njena dužina veća. Sa rastom otpornosti, opada snaga gubitaka, jer, pri istoj EMS-i, struja opada, a gubici su direktno proporcionalni kvadratu struje. Iz ovog razloga, kao mera za sniženje gubitaka usled vrtložnih struja, primenjuje se mera izvođenja magnetnih kola od tankih limova, koji su među sobom izolovani (Slika br.1b). Što su limovi tanji, to su, za: istu masu, istu učestanost f i isto Bm, gubici usled vrtložnih struja manji. Takođe, da bi smanjile vrtložne struje, gvožđe se meša sa niskim procentom silicijuma.

 Gubici usled vrtložnih struja, po jedinici mase, mogu se izraziti kao:

 gde je σ koeficijent snage gubitaka usled vrtložnih struja, koji karakteriše svojstva materijala feromagnetnog kola. U katalozima proizvođača, navodi se podatak o gubicima usled vrtložnih struja po jedinici mase, za standardnu učestanost i konstantnu maksimalnu indukciju.

Primena vrtložnih struja

 Postoje slučajevi kada je vrtložna struja korisna. Pomoću vrtložne struje se topi gvožđe, tako što se u keramičku posudu stavljaju komadi gvožđa, a kroz navoj oko lonca se propušta naizmenična struja. Promenljiva struja stvara promenljivo elektromagnetno polje, što proizvodi vrtložne struje, koje zagrevaju i tope materijal u posudi. Ovako istopljeno gvožđe može da se lije u kalupe. Po istom principu se topi i zlato koje se koristi u stomatologiji. Vrtložnie struje se još koriste i za direktno zagrevanje provodnog materijala kod indukcione peći.

 Vrtložne struje imaju primenu u izradi vrtložnih kočnica, kod šinskih vozila, rolerkostera i asinhronih mašina. Koriste se i za ispitivanje defekata kao što su naprsline, na materijalima, tako što se meri vrtložna struja, koja ima prekide u koliko postoji defekt.

The post Vrtložne ili vihorne struje appeared first on Automatika.rs.