A m ágn eses és elektrom os kölcsönhatils több féle hasonlóságot m utat (vonzás-taszítás, kétféle pólus, m eg o sztás je len ség e, m ező közvetíti). E ltérés viszont, hogy am íg a kétféle elek tro m o s tö ltés szétvá lasztható. a m ágnesek m indig dipólusok.
A m ágn eses m ező erő sség éi a m ezőnek a vizsgáló m ágneses dipólusra k ifejtett forgatónyom aié- kával m érhetjük. A m á g n e se s m exot jc ll-e m /o ll/ik a i m e n n y isé g a m á g n e s e s in d u k c ió , m elynek nagysiiga
B = ^ , N - h A
ahol l é s A a m agnetom éter (m érőtekerc s) menetsziíma. líramerőssége és keresztm etszete. M a mag-
n elo m éterre a m axim ális fo rgatónyom atékú helyzetben ható forgatónyom aték. A m ág n eses indukció m értékegysége a tesla (T).
A m ág n eses indukció vektorm ennyiség, irányát az egyensúlyi h ely zetben lév ő m érődipól észa ki p ó lu sa m utatja.
A h og yan az elektrom os m ezőt az erőv on alakkal, a m ágneses m ezőt a z indukcióvonalakkal lehet szem léletesen jellem ezni.
M íg a z elektrom os m ező erővonalai n y ito ttak (egyik töltéstől a m ásik fe lé vagy a végtelen felé haladnak), a m ágneses indukcióvonalak m ind ig visszatérő, önm agukban ziíródó görbék: a m á g n e se s m c / ő m in d ig ö n é n y c s .
E g y felületen áthaladó ö sszes indukcióvonal szám a ad ja a felület flu x u s á t (O ). A m ágneses in d u k ció ra m erőleges felület fluxusa:
<I> = 5 ■ A.
A m ág n eses fluxus m értékegysége a w^eber (W b).
M ág n eses m ezőt leggy<ikrabban <írammal átjíírt tekercs segítségével hozun k létre. H o sszú , egy e n e s te k e r c s b e lse jé b e n h o m o g é n m á g n e se s m e /o j ö n lé tre , am elyben a m ág neses indukció irányát (egyúttal a tekercs északi pólusának h ely ét) a jo bb kéz-szab ály adja meg.
A m ág n eses indukció nagysága a tek ercsben
I - N
ahol l, N éfi I a tekercs áram erősségéi, m enetsziím át é s hosszait je lö lik . jUq állandó, a légüres tér perm eabilitá.sa, pedig a tekercs b elsejét k itöltő anyagra je lle m z ő relatív pem ieabilitás.
A ferrom ágneses anyagok k is m ágneses tartom ányai m ágneses m ezőben rendeződnek, é s je le n tősen erő sítik az eredeti m ágneses m ezőt. E zek relatív m ágneses perm eab ilitása nagy érték.
A lágyvasm agoi tartalm azó tekercseket, az e le k tro m á g n e s e k e t sokféle céllal alkalnictzzíík a tech nikában.
A m á g n e s e s m ező e r ő t fejt k i a m o x g ó tö lté s e k re , é s így a z áram v ezető re is. A L o re n tz -e ro n ag y ság a, ha a fi m ágneses indukció m erő leges a Q töltés v sebességére (v ag y az / áram erősségű, / hosszúságú vezetőre),
F = B Q ' V vagy F = B I L
ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ
H a m ágn eses m ezőben úgy m ozgatunk e g y vezetőt, hogy a z m etszi a m ág n eses indukcióvonalakat, akk or a L orentz-erő elm ozdítja (szétválasztja) a vezetőben a töltéseket. A v ezető végei között elek t rom os m ező, elektrom os feszültség jö n létre. E z a m ozgási e lc k lro m á g n e s e s in d u k c ió .
A z indukált feszü ltség nagysága;
U = B l v .
feltév e, hogy a B m ágneses in dukció, a z / hosszúsiígú v ezető é s en n ek v seb essége m erőleg es eg ym ásra.
A z indukált áram iránya m indig o ly an , hogy m ágneses hatásával ak ad ályo zza a z indukáló folya m atot. Ez I a 'h z lö rv c n y c , am ely az energiam eg m aradás kifejezője.
E lek tro m os feszültség et és áríim ot létreho zhatu nk nyngH Ím i e le k tro m á g n e s e s In d u k c ió v a l is. E nnek lényege, hogy változó m ágneses m ező ko m i m indig örvén yes elekti-om os m ező alakul ki. Ha
N m en etes tekercsben Ar idő alatt A<1> a fluxusváltozás, akkor a tekercs végpontjai között
A<I>
Ar
az ind ukált feszültség (F araday törvénye). A nyugalm i indukciónál is teljesü l L enz törvénye. A nyugalm i indukció speciális esete az önindukció^ ami azt jelenti, hogy a tekercs áram ának m eg v áltozása következtében indukálódik a tek ercsben feszültség. A z ön in d u k ció következm énye, hogy a tek ercs áram a késik a feszültséghez képest.
A z önin duk ció s feszültséget az
U = L — , Aj
összefü gg éssel szám oljuk, ahol L a tek ercs induktivitása, am elynek m értékeg ység e a henry (H).
A z elektrom os é s m ágneses m ezőnek egy aránt van energiája, m elyet a k ondenzittor és a tekercs esetén hason ló összefüggéssel szám olhatunk:
^elektrwiios ~ ~2 ^ ^ ’ ^mágneses ~
2
^^
A VÁLTAKOZÓ FESZÜLTSÉGŰ ÁRAMKÖRÖK
A m ozgási indukció felhasználásával állítu nk elő v á lta k o z ó feszü ltsé g et, illetve váltakozó iíramot.
H a hom ogén m ágneses m ezőben állan d ó szögsebességgel forgatunk egy tekercset, a tekercs v é gei k ö zö tt létrejövő feszültség az id ő függvényében:
U = U ^ ^ - % i n ( o r .
A fe sz ü ltsé g V p illa n a tn y i é r te k e a t id ő n e k szin u szo s f ü ^ v é n y e .
A v áltako zó feszültség kö rfrekvenciája
(0 ---= 2 - n - f , T
A váltako zó feszültség, illetve ánim h ő h atás szem pontjából vett átlagos értékét e ffck tív é r te k n e k nevezzük.
/ / ^inax I Anax í / e r r - ^ . / e r r - ^ .
A v áltako zó áram ú m űszerek a feszü ltség vagy áram erősség effektív érték ét m utatják.
A v áltak o zó áram ú áram körben az elek tro m o s ellen állást általáno s esetb e n im p e d a n c iá n a k nevezzük , é s Z-vel jelöljük:
z A
h a
A z im pedancia speciális típusai:
(i) O h m o s e lle n á llá s szám ítása: R = O ' — .
A
A z o hm os ellenálláson a feszültség é s a z ánim erősség azonos fázisban van. h) In d u k tív e lle n á llá s szám ítása: = L-(o.
A z induktív ellenálláson az áram erősség 90°-ot késik a feszültséghez képest. tí) K a p a c itív cUeiiHllás szám ítása: = ---.
C - ( ú
A kapacitív ellenálláson az áram erősség 90°-ot siet a feszültséghez képest.
A z induktív ellenállás a m ágneses m ező. a kapacitív ellenállás a z elektrom os m ező felépítéséhez igényel energiát, de a m ezők m egszűnéskor ezt v issza is táplálják az áram forrásba. A z o h m o s eilenállás a z e le k t ro m o s m ezőből folyjunatosan vesz fel energiát, és - ugyanúgy, m int az egyeniíram ú árjim körben - hő for- mitpában átadja ezt a környezetének.
A z időegy.ségre ju tó átlagos energiafelhasználást kifejező cITckiív te lje sítm é n y (hőteljesítm ény):
^cflf = ■ KfS ^
általán o s esetben
^ c f f = ^ c f f / c f f - c o s v ’ .
ahol (p a feszültség é s áram erősség k ö zö tti fázisszög. a c o s ^ neve teljesítm énytényező.
A v áltak ozó feszültséget a villam os erőm űvekben különböző energiaforrá.sok felhasználásiíval (fo.sszilis, atom -, víz-, szél-, napen ergiáb ól) állítják elő, é s h á ro m fá z is ú á r a m r c n d s /e r h c n ju tta t já k el a fogyasztókhoz. A váltakozó áram ú energiaszállításban és átalakítá.sban fontos szerep ju t a tra n K x fo rm á lo n ik n a k , am elyek gyakorlatilag teljesítiiiényveszteség nélkül m űködnek: az effektív feszült-séget a m enetszíím okkal egyenes, a z effektív áram erősséget pedig a inenetsziím okkal fordí tott arán y b an változtatják: