電磁誘導について詳しく解説

導入

電磁誘導(磁気誘導とも呼ばれます) は、導体間の電位差、または導体内の電流の生成によって現れる物理現象です。

この現象は、渦電流のおかげで、特に変圧器、コイル、さらには誘導板で使用されます。

物理的起源

この現象はローレンツ力に由来すると指摘されています。

導電体の自由電子に適用されます。

$$ { \vec F \ = \ q \, \vec E \ + \ q \, \vec v \wedge \vec B \,} $$

または

• $$ {q \;} $$
  粒子の電荷 (クーロン単位)
• $$ {\vec E} $$
  は電場で、単位はメートルあたりのボルトです
• $$ {\vec v} $$
  粒子の速度 (メートル/秒)
• $$ {\vec B} $$
  磁気誘導、単位はテスラ

これらの量はすべて、粒子が位置する点で同じガリレオ座標系で測定されます。ここでは基準枠の概念が非常に重要です。なぜなら、私たちが自分自身を置く基準枠に応じて、同じ現象を解釈する方法が 2 つあるからです。これら 2 つの観点では、これはレンツ・ファラデーの法則、またはマクスウェルの 4 つの方程式の 1 つによってモデル化されます。

帰納法

整数とローカルの 2 つの形式があり、これらは同等です。

現地法

オームの法則はローカルで記述されます。

$$ {\vec{j}=\sigma (-\vec{\nabla} V + \vec{E}_{em})} $$

ここで、 σは導体の導電率、

は電流の体積密度です。電気化学発電機（電位勾配を生成する）がない場合 ）、電気運動場を介した電流の発生を説明できるのは誘導現象だけです

$$ {\vec{E}_{em}= – \frac{\partial \vec{A}}{\partial t} + \vec{v} \wedge \vec{B}} $$

。

ファラデーの法則

積分形式、つまりファラデーの法則は次のとおりです。 (可変磁場Bからの)磁束Φにさらされた回路は、起電力e (ボルト、発電機の規則に従って e の向き、記事「磁束」を参照) を経験します。磁場）、次のようになります。

$$ {e = – \frac{\mathrm d \Phi}{\mathrm dt}} $$

電気回路図では、この起電力は常に発電機の規則で矢印で示されます。したがって、受信機規則を使用する場合、電圧は

この回路の両端の電圧降下の合計は、強度に関係する電圧降下の合計に等しくなります。 この起電力から取り除かれたものは、それを通過します。

直流方式では、いわゆる一般化オームの法則を書くことができます。

$$ {U=R.I-e \,} $$

または

導体の電気抵抗です。

現象を理解する

次の実験を考えます: 導電体が固定された磁場内で移動します。私たちが自分自身を置くことを選択した基準枠に応じて、同じ現象を表す 2 つのタイプの帰納法が観察されます。

ローレンツ帰納法

一定の磁場を考慮し、電気導体を移動または変形させる場合、ローレンツ誘導について話します。この基準系では、電子は速度を持ち、ローレンツ力の磁気部分に対応する力を受けます。

$$ { \vec F \ = \ q \, \vec v \wedge \vec B \,} $$

これは直流機械の場合に当てはまります。

ノイマン帰納法

ノイマン誘導の場合、導電体は剛性があり、固定されていると見なされます。この基準系、つまり移動する導体の基準系では、電子には速度がないため、ローレンツ力の寄与はゼロです。ただし、磁束の変化が観察されます。

これは、変圧器だけでなく、オルタネーター、非同期モーター、誘導モーターにも当てはまります。