Inductia electromagnetica

Incă dela începutul secolului trecut, savanţii au încercat să creeze curentul electric cu ajutorul variaţiei cîmpului magnetic. Intr-o bobină legată cu un galvanometru sensibil, adică cu un aparat care măsoară curenţi foarte slabi, se introducea un magnet puter.nic (fig. 25). S-a observat că galvanometrul indica existenţa curentului numai atunci cînd magnetul se deplasa în interiorul bobinei. Cînd magnetul rămînea nemişcat, nu se obţinea curent.

Curentul care apare în bobină la mişcarea magnetului, poartă denumirea de curent indus sau de inducţie. La introducerea magnetului în bobină, curetul trece într-un sens, iar la scoaterea magnetului din bobină, sensul curentului se inversează. In afară de aceasta. sensul curentului depinde şi de semnul polului care este introdus în bobină.

Curentul indus este cu atît mai mare cu cît magnetul este mai puternic, cu cît numărul spirelor bobinei şi viteza de mişcare a magneţilor este mai mare şi cu cît rezistenţa circuitului este mai mică. întrucît rezistenţa circuitului poate fi diferită, este mai corect să spunem că mişcarea magnetului în bobină provoacă apariţia unei f.e.m., care este numită f.e.m. indusă, iar cînd există un circuit închis, se creează un curent, care potrivit legii lui Ohm, este determinat de valoarea f.e.m. şi a rezistenţei circuitului.

Cînd magnetul se deplasează în bobină se produce o variaţie a cîmpului magnetic şi din această cauză, conductorul bobinei este străbătut de liniile de forţă magnetice. Atîta timp cît magnetul se află în afara bobinei, cîmpul magnetic din ea este foarte slab, iar cînd magnetul este introdus în interiorul bobinei, cîmpul magnetic din bobină se intensifică. Dimpotrivă, scoaterea magnetului provoacă o slăbire a cîmpului magnetic din bobină. Variaţia cîmpului magnetic induce în bobina o f.e.m., iar creşterea şi descreşterea cîmpului magnetic dă f.e.m. cu sensuri diferite.

Aşadar, fenomenul inducţiei constă în aceea că variaţia cîmpului magnetic din jurul conductorului sau intersectarea conductorului de către liniile de forţă magnetice, provoacă apariţia f.e.m. în acest conductor.

Pentru a obţine o forţă electromotoare indusă, este indiferent dacă magnetul se deplasează faţă de conductor, sau conductorul se deplasează faţă de cîmpul magnetic imobil. Principalul este ca liniile de forţa magnetice să fie intersectate de către conductor.

Apariţia f.e.m. indusă se explică prin faptul că în conductorul care întretaie liniile de forţă magnetice există electroni liberi asupra cărora cîmpul magnetic are o acţiune cu acelaşi efect mecanic ca şi în cazul cînd un conductor străbătut de curent se află într-un cîmp magnetic (fig. 24). Sub acţiunea acestei forţe, electronii se deplasează într-un singur sens şi de aceea la capetele conductorului se obţine o diferenţă de potenţial care este cu atît mai mare, cu cît cîmpul magnetic este mai intens şi cu cît conductorul se deplasează mai repede. Pe lîngă aceasta, f.e.m. va fi maximă cînd conductorul se deplasează în unghi drept faţă de liniile de forţă magnetice.

La fenomenul inducţiei, energia mecanică a mişcării magnetului se transformă, cu ajutorul cîmpului magnetic, în energie electrică. Această lege a inducţiei, cu unele modificări, este folosită la obţinerea energiei electrice în dinamuri sau generatori. Aceştia sînt prevăzuţi cu un magnet, sau cu un electromagnet fix, care creează un cîmp magnetic puternic, în care se află un electromagnet mobil care poartă denumirea de rotor. Cînd acesta se roteşte, în înfăşurarea lui se formează un curent indus.

Cea de a doua lege a inducţiei este bazată pe faptul că un curent indus se obţine cu ajutorul unui alt curent, adică are loc transformarea energiei electrice a unui curent în energia unui alt curent, numită şi transformare de curent. Aceasta se realizează cu ajutorul transformatorilor, care se compun din două bobine I şi II (fig. 26). Bobina primară este alimentată cu curent de la sursă şi creează în jurul său un cîmp magnetic. Pentru intensificarea acestui cîmp, se introduce în bobină un miez din oţel special de transformator. Peste bobina primară, sau alături de ea se în
făşoară bobina secundară, care are în circuit receptorul de curent.

Curentul indus în bobina secundară poate fi obţinut la orice variaţie a curentului din bobina primară, de exemplu, prin închiderea şi deschiderea circuitului primar. închiderea circuitului, care creează cîmpul magnetic, echivalează cu introducerea magnetului, iar deschiderea, care face să dispară cîmpul magnetic, echivalează cu scoaterea magnetului din bobină. închiderea şi deschiderea se petrece, însă,, mult mai repede decît de-plasarea magnetului şi de aceea se obţine un curent indus mai mare.

Sensul curentului indus produs de f.e.m. indusă, este determinat de principiul stabilit de către fizicianul rus E. H. Lenţ în anul 1833.
F.e.m. indusă are totdeauna un astfel de sens, încît curentul creat de ea se opune prin cîmpul său magnetic, cîm.pului magnetic principal, care a provocat fenomenul inducţiei.

Să explicăm acest principiu prin exemplul inducţiei în transformator. La închiderea curentului din bobina primară, se creează un cîmp magnetic. F.e.m. indusă în circuitul secundar închis va crea un curent al cărui cîmp magnetic va avea un sens opus cîmpului primar. La întreruperea circuitului, cînd cîmpul magnetic al curentului primar dispare, curentul indus va circula in sens opus şi va crea un cîmp magnetic, care coincide ca sens cu cîmpul magnetic primar şi care tinde să împiedice dispariţia acestui cîmp. Aşadar, cînd cîmpul magnetic creşte, f.e.m. indusă are un sens, iar cînd cîmpul slăbeşte, f.e.m. are un sens opus.

Pentru o singură spiră de sîrmă, valoarea f.e.m. indusă depinde numai de viteza variaţiei fluxului magnetic din interiorul spirei, adică de numărul intersectărilor conductorului într-o secundă de către liniile de forţă magnetice. La creşterea numărului acestor intersectări, în mod corespunzător creşte şi f.e.m. Dacă într-o bobină cu mai multe spire, fluxul magnetic variază, în fiecare spiră va apare o f.e.m. Toate spirele sînt legate între ele în serie şi de aceea f.e.m. totală care apare în bobină, este egală cu suma f.e.m. din spire, adică ea este cu atît mai mare, cu cît bobina are mai multe spire. De exemplu, dacă bobina are 50 spire, iar viteza variaţiei fluxului magnetic este astfel încît într-o spiră să se inducă o f.e.m. de 0,1 V, f.e.m. totală va fi de 5 V.

Prin urmare cu cît variaţia fluxului magnetic din bobină este mai rapidă şi cu cît aceasta are mai multe spire, cu atît valoarea f.e.m. indusă va fi mai mare.