V současné době je mnoho zařízení založeno na fenoménu elektromagnetické indukce, například v motoru nebo generátoru elektrického proudu, v transformátorech, rádiových přijímačích a mnoha dalších zařízeních [1].
Začněme definicí elektromagnetické indukce.
Elektromagnetická indukce je jev výskytu elektrického proudu, elektrického pole nebo elektrické polarizace při změně magnetického pole v čase nebo při pohybu hmotného prostředí v magnetickém poli [2].
To znamená, že díky tomuto jevu můžeme přeměnit mechanickou energii na elektrickou, a to je úžasné. Ostatně před objevením tohoto jevu lidé neznali způsoby získávání elektrického proudu jinak než z proudových zdrojů [1].
Fenomén elektromagnetické indukce objevil Michael Faraday v roce 1831. Experimentálně zjistil, že při změně magnetického pole uvnitř uzavřené vodivé smyčky v ní vzniká elektrický proud, který se nazývá indukční proud [1].
HISTORIE OTEVŘENÍ
V letech 1833-1834 vědec stanovil zákony elektrolýzy. Poté vyměnil vodivou kapalinu v elektrolytické lázni za nevodivou a experimentálně dokázal, že elektrostatická indukce závisí na médiu. Podobně zjistil, že interakce magnetických pólů závisí na prostředí. Dokázal, že všechny látky v přírodě bez výjimky získávají magnetizační složku proti směru vnějšího magnetického pole, objevil fenomén diamagnetismu. A nakonec Faraday objevil rotaci roviny polarizace světla v magnetickém poli. V každém případě prokázal fakt interakce mezi entitami, které spolu dříve nesouvisely [4].
Michael Faraday provedl řadu experimentů, které pomohly objevit fenomén elektromagnetické indukce [5].
Jednou zažít. Na jedné nevodivé základně byly navinuty dvě cívky: závity první cívky byly umístěny mezi závity druhé. Závity jedné cívky byly uzavřeny na galvanometr a druhá byla připojena ke zdroji proudu.
Když byl klíč zavřený a proud protékal druhou cívkou, v první vznikl proudový impuls. Při rozepnutí spínače byl také pozorován proudový impuls, ale proud galvanometrem protékal v opačném směru.
Zažijte dva. První cívka byla připojena ke zdroji proudu a druhá ke galvanometru. V tomto případě se druhá cívka pohybovala vzhledem k první. Jak se cívka přibližovala nebo vzdalovala, proud byl zaznamenán.
Zažijte tři. Cívka je uzavřena vůči galvanometru a magnet se pohybuje směrem dovnitř (prodlužuje se) vzhledem k cívce [5].
Tyto experimenty ukázaly:
K indukčnímu proudu dochází pouze při změně čar magnetické indukce.
Směr proudu se bude lišit, když se počet vedení zvýší a když se sníží.
Síla indukčního proudu závisí na rychlosti změny magnetického toku. Samotné pole se může měnit, nebo se obvod může pohybovat v nerovnoměrném magnetickém poli [5].
VLASTNOSTI APLIKACE
Nejoblíbenější oblasti, kde se používají zákony EMR, jsou považovány za oblast provozu většiny motorů a generátorů proudu. Výše zmíněná zařízení jsou založena na vcelku jednoduchém principu činnosti, který by bez použití EMF nebyl dostupný [3].
Použití elektromagnetické indukce umožňuje vytvořit mechanismy, které se liší konstrukcí, ale podobným principem činnosti. Výše uvedené elektromotory a generátory jsou také konstrukčně odlišné, ale mají podobnou vnitřní strukturu. Jsou vybaveny statorem a také pohyblivým rotorem, který na sebe vzájemně působí díky rotujícím elektromagnetickým polím [3].
PRAKTICKÉ POUŽITÍ
Elektromagnetická vlna je vzájemně generující pole, která nakonec tvoří jediné střídavé elektromagnetické pole [3].
Ta je zase buzena měnícím se proudem a ve svém okolí vytváří elektrické pole, které následně vybudí magnetické pole. Pokud k němu dojde v oblasti, kde se nachází vodič s elektrickým proudem, může se elektromagnetické pole šířit prostorem rychlostí světla [3].
Rýže. 1. Rádiový přijímač
MAGNETOTERAPIE
Rádiové vlny, rentgenové záření a také světlo zaujímají různé pozice ve frekvenčních spektrech [3].
Tento seznam zahrnuje všechny druhy elektromagnetického záření. Zpravidla se vyznačují magnetickým a elektrickým polem, které jsou vzájemně spojeny ve spojitém režimu [3].
SYNCHROFASOTRONY
Elektromagnetická indukce nachází své uplatnění i v takových typech zařízení, jako jsou synchrofasotrony [3].
V tomto přístupu je magnetické pole považováno za specifickou formu hmoty, která se skládá z nabitých částic. Nabité částice se používají k přístupu do hlubin atomů za účelem jejich studia. Je zavedena definice Lorentzovy síly. Jedná se o sílu, kterou působí určité magnetické pole na jednotlivou nabitou částici v okamžiku pohybu [3].
Rýže. 2. Synchrofasotron
PRŮTOKOMĚRY – POČÍTAČE
Tento princip se používá v některých měřicích přístrojích. Operační algoritmus je založen na použití Faradayova zákona přímo pro vodič umístěný v magnetickém poli [3].
EMF se indukuje v poli elektricky vodivé látky, která se pohybuje v magnetickém poli. Je úměrný rychlosti proudění a je elektronikou převáděn na elektronický signál (analogový nebo digitální). Dále se potřebné informace zobrazí na obrazovce nebo číselníku [3].
DC GENERÁTOR
Toto zařízení je vytvořeno zcela jednoduše. Nejprve budete muset vyvolat změnu magnetického pole, případně pomocí pohyblivého magnetu. Toho lze dosáhnout vnějším působením na magnet umístěný v uzavřeném okruhu. Takové manipulace vyvolají tvorbu elektrického proudu v systému. Takto vytvořený generátor umožní v budoucnu při použití v elektrárnách transformovat mechanickou energii na elektrickou. Vyrobená elektřina je poté odeslána uživatelům. Přenos se provádí po drátech, energii lze využít pro různé potřeby [3].
Zdrojem mechanické energie mohou být následující jevy:
Spalování motorové nafty.
Jedná se o nejběžnější zdroje mechanické energie, ve skutečnosti jich může být mnohem více [3].
TRANSFORMÁTORY
Transformátory mají širokou škálu aplikací. Jsou zapojeny do procesu přenosu elektřiny na velké vzdálenosti a její distribuce mezi přijímače [3].
Transformátory se používají v následujících kategoriích mechanismů:
Hlavní vlastností, na které je založen celý provoz transformátorových zařízení, je vzájemná indukce. Princip činnosti transformátoru je založen na modifikaci energie střídavým magnetickým polem [3].
Rýže. 3. Obvod transformátoru
Uvnitř konstrukce je jádro skládající se z desek navzájem izolovaných. Na něm je umístěno několik vinutí ve formě cívek vyrobených z izolovaného drátu. Je zdůrazněn koncept primárního a sekundárního vinutí. Primární je ten, ke kterému je přímo připojen střídavý proud. Počet závitů na sekundárním vinutí může několikrát zvýšit nebo snížit elektrické napětí. K tomu dochází díky tomu, že v jádru primárního vinutí vzniká magnetické pole, které přímo protíná závity sekundárního [3].
INDUKČNÍ TROUBA
Vlastnosti elektromagnetické indukce se využívají nejen v oblasti použití vodičů a vinutí. Projevuje se i uvnitř různých masivních kovových předmětů. Elektrické proudy vznikající v takových objektech se nazývají vířivé proudy. Při provozu některých typů zařízení mohou vyvolat zahřívání jak magnetického obvodu, tak celého pouzdra jako celku [3].
Aby se předešlo takovému negativnímu jevu, jsou zapotřebí jádra z tenkého plechu. Dodatečně se využívá izolace nanesením vrstvy laku, která zabraňuje pronikání indukovaných proudů. Pro indukční ohřev je možné vířivé elektrické proudy neomezovat, ale vytvořit podmínky pro jejich plný průchod. To pomáhá při vytváření zvýšených teplot potřebných pro průmyslové potřeby [3].
Fenomén elektromagnetické indukce má široké uplatnění v technologii a různých oblastech průmyslu. Synchronní generátory se používají k přeměně mechanické energie na elektrickou energii. Transformátory se používají ke zvýšení nebo snížení střídavého napětí. Použití transformátorů umožňuje hospodárně převádět elektřinu z elektráren do odběrných uzlů.
To je vysvětleno jednoduchostí znovuvytvoření nezbytných podmínek pro plné fungování tohoto principu, možností jeho aplikace v kompaktních i masivních konstrukcích [3].
Fenomén elektromagnetické indukce // FOXFORD URL: https://foxford.ru/wiki/fizika/yavlenie-elektromagnitnoy-induktsii (datum přístupu: 13.12.2022).
Elektromagnetická indukce // Wikipedia Free Encyclopedia URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction (datum přístupu: 13.12.2022).
Kde se využívá fenomén elektromagnetické indukce // profazu.ru URL: https://profazu.ru/knowledge/electrical/primenenie-elektromagnitnoj-induktsii.html (datum přístupu: 13.12.2022).
17.10.2021 23:30 // KAI URL: https://kai. ru / web / naucno – tehniceskaa – biblioteka / akce / akce ? (datum přístupu: 13.12.2022).
V současné době se stále více objevuje zařízení využívající fenomén elektromagnetické indukce: sporáky, nabíječky, elektroměry, kávovary, ohřívače vody, toustovače, mixéry, žehličky, stolní lampy a kuchyňské spotřebiče atd. Jak se liší od „dobrých“ starých elektrických sporáků a drátových nabíječek? Jaké jsou jejich výhody? Nebo možná mají i své nevýhody? Pro moderní spotřebitele je stále obtížnější vybrat si mezi technologií využívající fenomén elektromagnetické indukce a konvenční technologií. Vzniká rozpor mezi přáním kupujícího koupit moderní, spolehlivý, energeticky účinný produkt a jeho nedostatkem potřebných informací k informovanému výběru konkrétního modelu z velkého množství analogů. Ve své práci chci spotřebiteli pomoci tento problém vyřešit.
Stáhnutí:
| Příloha | velikost |
|---|---|
| výzkumný projekt | 89 KB |
Náhled:
Vzdělávací oddělení městské správy Jekatěrinburgu
MBOU DOD Městský palác kreativity dětí a mládeže
“Talent a technologie”
Konference o výzkumu otevřeného města
“Rozsviť svou hvězdu”
akademický rok 2012-2013
Směr: fyzika a chemie
Elektromagnetická indukce v každodenním životě
Autor: Sopova Ekaterina Evgenievna,
MBOU střední škola č. 200, 9. tř
Vědecký vedoucí: Vera Sergeevna Negatina,
Učitel fyziky nejvyšší kategorie
Kapitola 1. Elektromagnetická indukce
1.1. Koncept elektromagnetické indukce 4
1.2. Objev elektromagnetické indukce 5
1.3. Elektromagnetická indukce v každodenním životě 6
1.3.1. Desky založené na jevu elektromagnetické indukce 7
1.3.2. Nabíječky založené na fenoménu elektromagnetické indukce 8
1.3.3. Nápad z minulosti na železo budoucnosti 9
Kapitola 2. Praktická část
2.1. Výroba modelu 10
2.2. Srovnávací analýza výrobků s využitím elektromagnetické indukce a bez ní 15
Seznam zdrojů 19
V současné době se stále více objevuje zařízení využívající fenomén elektromagnetické indukce: sporáky, nabíječky, elektroměry, kávovary, ohřívače vody, toustovače, mixéry, žehličky, stolní lampy a kuchyňské spotřebiče atd. Jak se liší od „dobrých“ starých elektrických sporáků a drátových nabíječek? Jaké jsou jejich výhody? Nebo možná mají i své nevýhody? Pro moderní spotřebitele je stále obtížnější vybrat si mezi technologií využívající fenomén elektromagnetické indukce a konvenční technologií. Vzniká rozpor mezi přáním kupujícího koupit moderní, spolehlivý, energeticky účinný produkt a jeho nedostatkem potřebných informací k informovanému výběru konkrétního modelu z velkého množství analogů. Ve své práci chci spotřebiteli pomoci tento problém vyřešit.
Předpokládejme, že k dosažení stejného výsledku můžete použít různá zařízení, „stará“ a „nová“ – všechna zařízení poskytnou rychlé a vysoce kvalitní výsledky. To je hypotéza této práce.
Účel práce: provést srovnávací popis indukčních a neindukčních elektrických spotřebičů a vyvinout vlastní modely indukčních zařízení.
Na základě stanoveného cíle byly stanoveny a formulovány následující úkoly:
- Prostudujte si informace na toto téma.
- Zjistěte výhody a nevýhody indukčních zařízení, které jsou v současnosti nejrozšířenější.
- Vytvořte funkční modely zařízení, které využívají fenomén elektromagnetické indukce.
Předmětem výzkumu jsou indukční domácí spotřebiče.
Předmětem studia jsou výhody a nevýhody domácích spotřebičů, jejichž princip činnosti je založen na využití jevu elektromagnetické indukce.
Hlavními zdroji k tématu byly: naučná literatura, internetové zdroje. Pracovní metody: teoretické a praktické.
Tato práce se skládá z úvodu, 2 kapitol a závěru.
Kapitola 1. Elektromagnetická indukce
- Pojem elektromagnetické indukce
Jev výskytu elektrického proudu v uzavřeném vodivém obvodu při změně magnetického pole pronikajícího obvodem se nazývá elektromagnetická indukce.
V roce 1831 Faraday (Příloha 1) zjistil, že elektrický proud vzniká v uzavřeném vodivém obvodu při změně magnetického pole. Tento proud se nazýval indukovaný proud.
Indukovaný proud v cívce kovového drátu vzniká při zatlačení magnetu do cívky a při vytažení magnetu z cívky (příloha 2), jakož i při změně síly proudu v druhé cívce, magnetické pole která proniká první cívkou (příloha 3).[1]
Objev elektromagnetické indukce
Dalším důležitým krokem ve vývoji elektrodynamiky po Ampereových experimentech byl objev jevu elektromagnetické indukce. Fenomén elektromagnetické indukce objevil anglický fyzik Michael Faraday (1791 – 1867).
Faraday, ještě jako mladý vědec, se stejně jako Oersted domníval, že všechny přírodní síly jsou propojeny, a navíc, že jsou schopny se proměnit jedna v druhou. Je zajímavé, že Faraday vyslovil tuto myšlenku ještě před zavedením zákona zachování a přeměny energie. Faraday věděl o Amperově objevu, že obrazně řečeno přeměnil elektřinu na magnetismus. Faraday se zamyslel nad tímto objevem a dospěl k myšlence, že pokud „elektřina vytváří magnetismus“, pak naopak „magnetismus musí vytvářet elektřinu“. A v roce 1823 si do deníku zapsal: „Přeměňte magnetismus na elektřinu“. Osm let Faraday pracoval na vyřešení problému. Dlouho ho pronásledovaly neúspěchy a nakonec to v roce 1831 vyřešil – objevil fenomén elektromagnetické indukce.
Za prvé, Faraday objevil fenomén elektromagnetické indukce pro případ, kdy jsou cívky navinuty na stejný buben. Pokud se v jedné cívce objeví nebo zanikne elektrický proud v důsledku připojení nebo odpojení galvanické baterie z ní, pak v té druhé cívce vzniká krátkodobý proud. Tento proud je detekován galvanometrem, který je připojen k druhé cívce.
Poté Faraday také zjistil přítomnost indukovaného proudu v cívce, když se k ní přiblížila nebo od ní vzdalovala cívka, ve které protékal elektrický proud.
Konečně třetím případem elektromagnetické indukce, který Faraday objevil, bylo to, že se v cívce objevil proud, když z ní byl přidán nebo odstraněn magnet. [2]
Elektromagnetická indukce v každodenním životě
Na jedné z přednášek Michaela Faradaye o novém fenoménu byl přítomen budoucí anglický premiér William Gladstone, který se zeptal:
– Řekněte mi, pane, jaké praktické výhody může váš objev přinést?
“To ještě nevím,” odpověděl Faraday. “Ale jednou to budeš moci zdanit.”
Vzhled transformátorů, elektrických strojů a dalších zařízení využívajících elektromagnetickou indukci na sebe nenechal dlouho čekat.
Pokud jde o využití indukce v každodenním životě, teprve v roce 1906 podal Angličan Arthur Berry žádost GB190612333 na „přístroj pro elektrické vytápění pro vaření a jiné účely“.
A v roce 1938, více než sto let po Faradayovi, získal Američan Harry Waters patent č. 2133494 (příloha 4) na „bezdrátově poháněné domácí spotřebiče“, mezi které zařadil kávovary, ohřívače vody, toustovače, mixéry, žehličky, stolní lampy a kuchyňské spotřebiče. [3]
1.3.1. Desky založené na jevu elektromagnetické indukce
K přenosu tepla v indukčním sporáku dochází pomocí elektromagnetických vln. Uvnitř desky je malá cívka – vodič kvalitního elektrického proudu. Elektromagnetické vlny procházejí nerušeně sklokeramickým povrchem a pokračují v cirkulaci vířivých proudů ve spodní vrstvě dna kovového nádobí. Ohřívají dno misky a s ní i jídlo. V tomto případě nedochází k přenosu tepla přes sklokeramiku. Pokud po dokončení vaření zůstává povrch mírně teplý, je to jen proto, že byl ohříván ode dna pánve, a ne naopak.
Indukční vařič má řadu nepopiratelných výhod: úplnou kontrolu nad procesem vaření, rychlý a rovnoměrný ohřev, fantastickou úsporu času a energie, absolutní bezpečnost. Jediné pravidlo, které je nutné dodržovat, je používání nádobí s kovovým dnem (nerez), které má výrazné feromagnetické vlastnosti. Jinak se „zázrak“ prostě nestane. A abyste neudělali chybu s nádobím, je lepší ho koupit u stejné firmy, která vyrábí samotné indukční vařiče.
Zvláštní pozornost bych chtěl věnovat otázce bezpečnosti indukčních sporáků. Skutečnost, že tento inovativní „zástupce“ kuchyňských spotřebičů snižuje možnost popálení téměř na nulu. Nemusíte se bát magnetických vln! Faktem je, že frekvence magnetického pole používaného při indukčním ohřevu je ve stejném rozsahu jako frekvence ultrazvukových vln, které netopýři a delfíni používají k echolokaci. A to je 100 000krát nižší než frekvence vln používaných například v mikrovlnných troubách.
Navíc je povzbudivé, že proces „čištění povrchu sporáku od vodního kamene“ u indukčních sporáků prostě neexistuje. Snadnost vaření je doplněna snadnou údržbou sporáku: jeho povrch stačí otřít vlhkým hadříkem.
Závěr: škodlivé účinky indukčních vařičů jsou absolutně vyloučeny a je těžké argumentovat jejich výhodami! [4]
1.3.2. Nabíječky založené na jevu elektromagnetické indukce
V současné době dochází k neustálému rozvoji bezdrátových nabíječek a opouštění jakýchkoliv drátových. Brzy budeme moci doma bezdrátově nabíjet jakýkoli druh zařízení. Někteří vývojáři již našli řešení pro připojení téměř všech zařízení bez drátů. A nezbývá než počkat, až se tyto technologie dostanou na trhy všech zařízení. Například bezdrátové nabíječky pro mobilní telefony a tablety existují již dlouhou dobu, ale tento segment trhu se začal rozvíjet teprve nedávno.
Metoda elektromagnetické indukce se používá v příslušenství pro většinu nejnovějších gadgetů. Elektřina je do zařízení dodávána díky magnetickému poli vytvářenému speciálním vysílačem. V tomto případě musí být přijímací strana (baterie smartphonu) ve velmi těsné vzdálenosti, což vám neumožňuje plně si užít svobodu. Další nevýhodou je malá přenášená energie. Převážná část vynaložených prostředků je promarněna, zatímco pouze malá část se dostane do zařízení.
Jedním z hlavních důvodů nízkého rozšíření bezdrátových nabíječek je chybějící jednotný standard. Pro každé jednotlivé zařízení musí být vydána samostatná nabíječka, která podporuje jeho frekvenci. To brání velkým výrobcům příslušenství vytvářet univerzální bezdrátové nabíječky. Teprve nedávno přijalo Wireless Power Consortium soubor průmyslových standardů pro bezdrátové nabíječky, nazývané Qi (vyslovováno Chee). V tuto chvíli tyto standardy podporuje 84 výrobců, ale masová výroba těchto produktů je ještě daleko.
Je zřejmé, že bezdrátový přenos energie je velmi perspektivní směr. A přestože v tuto chvíli tato technologie ještě není ve světě tak populární jako například Wi-Fi, doufáme, že se vše brzy změní. [5]
1.3.3. Nápad z minulosti na železo budoucnosti
Počátkem minulého století služky v bohatých domech a v chudinských – samy hospodyňky, používaly k vyhlazení pomačkání prádla nebo šatů těžkou litinovou litinu, která se musela roztápět na kamnech nebo krbovém roštu. Pak přišel čas elektrických domácích spotřebičů a tato nebezpečná zařízení byla šťastně zapomenuta. Ne však na dlouho. Koneckonců, myšlenka vytvořit koncepční žehličku Induction Iron, kterou navrhla designérka jménem Teresa Glimscar, pochází z minulosti.
Koncept, jak jej autor koncipoval, by měl fungovat pomocí elektromagnetické indukce. Položíme zařízení na „sporák“ (příloha 5), počkáme na přidělený čas a dostaneme vyhřívanou žehličku, se kterou můžete věci bezpečně žehlit.
Je zajímavé, jak dlouho teplo zůstává v „podešvi“ žehličky a na jakou teplotu se zahřeje, ale odpověď na tyto otázky lze získat až poté, co koncept projde testy a pevnostními kontrolami.
Fenomén elektromagnetické indukce v různých oblastech domácností má tedy různý vývoj: sporáky založené na fenoménu elektromagnetické indukce lze označit za lídry v oblasti vaření, jsou bezpečné, doba vaření je velmi krátká, ale sporáky samotné jsou drahé a musíte si pro ně zakoupit další nádobí, protože musí být speciální; zatímco nabíječky založené na fenoménu elektromagnetické indukce jsou stále horší než jejich drátoví „bratři“, ale probíhají velmi aktivní hledání s cílem zlepšit jejich účinnost. Tento fenomén se snaží začít využívat i v dalších výrobcích pro domácnost, existují již prototypy akumulátorových žehliček, které jsou ve fázi testování. S takovým vývojem lze předpokládat, že fenomén elektromagnetické indukce zažívá znovuzrození a má velké vyhlídky do budoucna. [6]
2.2. Srovnávací analýza výrobků s využitím elektromagnetické indukce a bez ní
