Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice

Tipuri de cureni de magnetizare

Student : Stefan Octavian Catalin Master ECMP, an I

An universitar 2014-2015

INDUCIA ELECTROMAGNETIC1. Fenomenul de inducie electromagnetic

Fenomenul de inducie electromagnetic a fost pus n eviden de ctre fizicianul Michael Faraday n anul 1831. Experimental, prin introducerea unui magnet permanent n form de bar ntr-o bobin ce are n circuitul su un galvanometru, se constat c acul acestuia deviaz ntr-un sens, iar la scoaterea magnetului din bobin, acul deviaz n sens opus (vezi figura 1).

Figura 1Fenomenul de inducie electromagnetic const n apariia unei tensiuni electromotoare ntr-un circuit strbtut de un flux magnetic variabil n timp.Fizicianul J.C. Maxwell a artat c n jurul unui flux magnetic variabil n timp apare un cmp electric cu liniile de cmp nchise (vezi figura 2).

Figura 2Sub forma general, fenomenul de inducie electromagnetic const n apariia unui cmp electric cu linii de cmp inchise n regiunea n care exist un flux magnetic variabil n timp.n interiorul pieselor metalice aflate n micare ntr-un cmp magnetic sau n interiorul pieselor metalice aflate ntr-un cmp magnetic variabil pot apare cureni electrici indui numii cureni turbionari sau cureni Foucault.

2. Sensul curentului electric indus. Regula lui Lenz

Sensul curentului indus depinde de felul n care variaz fluxul magnetic inductor. Astfel, lacreterea fluxului magnetic inductor curentul indus are un sens, iar n cazul scderii fluxului magnetic, curentul indus i schimb sensul(vezi figura 3).

Figura 3

H. F. E. Lenz stabilete o regul pentru determinarea sensului curentului indus ce-i poart numele.Tensiunea electromotoare indus i curentul indus au un astfel de sens, nct fluxul magnetic produs de curentul indus s se opun variaiei fluxului magnetic inductor.

3. Fluxul magnetic

Legtura ntre vectorul inducie magnetic i suprafeele intersectate de liniile de cmpmagnetic se realizeaz prin introducerea unei mrimi fizice numit flux magnetic.Fluxul magnetic al unui cmp uniform se definete prin produsul scalar dintre vectorul inducie magnetic i vectorul suprafa orientat.

reprezint o suprafa orientat i poate fi scris astfel: .

Pentru o suprfa S care nu este normal la diercia cmpului magnetic, fluxul magnetic prin aceasta se scrie: , unde este unghiul dintre suprafaa S i planul normal la vectorul B(vezi figura 4).

Figura 4Fluxul magnetic in S.I. se msoar in Wb (Weber).1 Wb = 1 T m24. Legea induciei electromagnetice (legea Faraday)

Fora pe care o exercit cmpul magnetic asupra unui conductor strbtut de un curent electric, numit i for electromagnetic, este perpendicular pe direcia conductorului i pe liniile de cmp magnetic(vezi figura 5).

Figura 5Ecuaia acesteia este: F=BIlDac n figura de mai sus se acioneaz asupra conductorului cu o for, punnd n micare conductorul n cmpul magnetic, se constat c prin acesta va trece un curent electric. Cmpul magnetic variabil permite transformarea energiei mecanice (L) n energie electric (W), dispozitivul avnd rolul de generator de energie electric. Energia mecanic se transform n energie electric i invers.Din ecuaia de definiie a tensiunii electrice, obinem:

Avnd n vedere regula lui Lenz, tensiunea electromotoare indus (e) este dat de relaia:

Tensiunea electromotoare indus ntr-un circuit este egal cu viteza de variaie a fluxului magnetic prin suprafaa acelui circuit, luat cu semn schimbat (legea Faraday).

Pentru un conductor rectiliniu, perpendicular pe liniile de cmp magnetic i deplasat cu o vitez ce face un unghi cu vectorul inducie magnetic, tensiunea electromagnetic indus (t.e.m.) are expresia: .

5. Autoinducia. Inductana unui circuit

Fenomenul de autoinducie este un caz particular de inducie electromagnetic, la carecircuitul inductor este n acelai timp i circuit indus. Acest fenomen apare ori de cte ori fluxul magnetic propriu ce strbate un circuit este variabil, la orice variaie a intensitii curentului din circuit, la nchiderea sau deschiderea ntreruptorului K(vezi figura 6).

Figura 6

Autoinducia este fenomenul de inducie electromagnetic produs ntr-un circuit datorit variaiei intensitii curentului din acel circuit.

Sensul t.e.m. autoinduse se determin cu ajutorul regulii lui Lenz. Fluxul magnetic propriu prin suprafaa unui circuit este proporional cu intensitatea curentului din acel circuit: , unde L este specific fiecrui circuit i se numete inductana circuitului. Din ecuaia fluxului, rezult c inductana este dat de raportul dintre fluxul magnetic propriu prin suprafaa unui circuit i intensitatea curentului ce-l strbate: . Unitatea de msur pentru inductan n S.I. este:

Henry (H) este inductana unei spire prin a crei suprafa fluxul magnetic propriu este 1 Wb atunci cnd spira este parcurs de un curent de 1 A. Din legea induciei electromagnetice n care variaia fluxului se scrie n funcie de inductana circuitului obinem:

, sau Tensiunea autoindus ntr-un circuit este direct proporional cu viteza de variaie a intensitii curentului din acel circuit, factorul de proporionalitate fiind inductana circuitului.Pentru o bobin, expresia inductanei se poate calcula folosind legea autoinduciei.

6. Energia cmpului magneticLucrul mecanic efectuat pentru deplasarea sarcinii electrice prin circuit dup deconectarea sursei este efectuat pe seama energiei cmpului magnetic. Energia cmpului magnetic se determin calculnd energia electric (W), transferat circuitului dup deconectarea sursei, cnd prin circuit este deplasat sarcina electric q datorit t.e.m. autoinduse e: W=eq .

T.e.m. se poate scrie: , iar sarcina electric

Energia cmpului magnetic devine:

Energia cmpului magnetic (Wm) dintr-un circuit de inductan L, strbtut de un curent de intensitate I, este dat de semiprodusul dintre inductana bobinei i ptratul intensitii curentului electric.

7. Efectul Hall * (tem de aprofundare)

Dac ntr-un cmp magnetic uniform se introduce un conductor n form de band, astfel nct planul conductorului s fie perpendicular pe liniile de cmp magnetic, iar prin conductor trece un curent electric constant de intensitate I, ntre dou puncte situate pe marginea superioar i respectiv inferioar a conductorului se stabilete o diferen de potenial transversal Hall (tensiunea Hall) vezi figura 7.

Figura 7

Pentru tensiunea Hall se obine relaia:

Efectul Hall poate fi folosit pentru msurarea cmpurilor magnetice,sau la realizarea de generatoare Hall.

8. Aparate electrice de msur. Norme de protecie pentru prevenirea scurtcircuitelor i a electrocutrilor.

8.1 Aparate electrice de msur

Aparatele electrice de msur funcioneaz n general pe baza interaciunii dintre curentul electric i cmpul magnetic. O parte din energia electric se transform n energie mecanic de deplasare a acului indicator. Aparatele au dou pri principale, una fix, iar cealalt mobil. n funcie de acestea se clasific n: aparate magnetoelectrice n care cadrul mobil se deplaseaz ntr-un cmp creat de un magnet permanent fix aparate electromagnetice la care magnetul permanent de care este prins acul indicator formeaz partea mobil, iar bobina parcurs de curent formeaz partea fix.La aceste aparate, deviaia acului indicator este proporional cu intensitatea curentului electric (ampermetru), sau cu tensiunea electric (voltmetru). aparate electrodinamice care n loc de magnet permanent au dou bobine parcurse de curent electric, una fix, iar cealalt mobil.

8.2 Norme de protecie

n circuitele electrice pot aprea supracureni, supratensiuni sau subtensiuni care pot duce la defectarea unor componente i uneori la electrocutarea persoanelor ce intr n contact cu circuitul. Atunci cnd valoarea curentului depete valoarea nominal, apar supracureni.Scurtcircuitul, generat de defecte de izolaie sau alte cauze realizeaz contacte nedorite care duc la creterea semnificativ a intensitii curentului.Pentru protecia circuitelor se folosesc: sigurane fuzibile, relee termice sau magnetice.

9. Bibliografie

http://electricalandelectronics.org/2008/09/10/faraday%E2%80%99s-law-of-electromagnetic-induction/http://skullsinthestars.com/2009/03/06/michael-faraday-grand-unified-theorist-1851/http://physique.chimie.pagesperso-orange.fr/Cours_de_physique/Physique_16_AUTO-INDUCTION_DIPOLE_LR.htmwww.wikipedia.orghttp://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Electromagnetismul914191916.php