과학자 마이클 패러데이는 1831년에 전자기 유도를 발견하고 발표했습니다. 1832년, 미국 과학자 조셉 헨리(Joseph Henry)가 독자적으로 발견되었다. 전자기 유도의 기본 개념은 힘선의 아이디어에서 유래했습니다. 발견 당시에는 과학자들이 수학적으로 창조되지 않았기 때문에 그의 아이디어를 단순히 버렸습니다. 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 패러데이(Faraday)의 아이디어를 그의 정량적 전자기 이론의 기초로 활용했다. 1834년에 하인리히 렌츠(Heinrich Lenz)는 회로 전체의 플럭스를 설명하는 법칙을 발명했습니다. 유도된 e.m.f 방향은 렌츠의 법칙(Lenz's law)과 전류는 전자기 유도(electromagnetic induction)에서 얻을 수 있습니다.
1. 전자기 유도란?
전자기 유도의 정의는 다양한 자기장 내에서 도체를 가로 지르는 전압 또는 기전력의 생성입니다. 일반적으로 마이클 패러데이는 1831년 인덕션의 혁신으로 인정받고 있습니다. 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 패러데이의 귀납법칙(Faraday's law of induction)을 과학적으로 설명했다. 유도 필드 방향은 Lenz의 법칙을 통해 발견 할 수 있습니다. 그 후, 패러데이의 법칙은 맥스웰-패러데이 방정식으로 일반화되었습니다. 전자기 유도의 응용 분야에는 변압기, 인덕터와 같은 전기 부품과 발전기 및 모터와 같은 장치가 포함됩니다.
1) 패러데이의 유도법칙(Faraday's Law of Induction)과 렌츠의 법칙(Lenz's law)
패러데이의 유도 법칙은 와이어 루프로 둘러싸인 공간 영역 전체에 걸쳐 ΦB 자속을 사용합니다. 여기서 플럭스는 표면 적분으로 설명할 수 있습니다.
'dA'는 표면 요소
‘Σ’는 와이어루프
'B'는 자기장
'B•dA'는 자속의 양과 통신하는 내적
와이어 루프 전체의 자속은 루프 전체를 초과하는 자속선의 수에 비례할 수 있습니다.
표면 동안의 플럭스가 변경될 때마다 패러데이의 법칙에 따르면 와이어 루프는 EMF(기전력)를 얻습니다. 가장 널리 퍼진 법칙은 폐쇄 회로 내에서 유도된 EMF가 회로에 포함된 자속의 변화율과 동일할 수 있다는 것입니다.
여기서 'ε'는 EMF이고 'ΦB'는 자속입니다. 기전력 방향은 렌츠의 법칙에 의해 주어질 수 있으며, 이 법칙은 유도 전류가 그것을 생성한 변환에 저항하는 방식으로 흐를 것이라고 명시합니다. 이는 이전 방정식 내의 음수 신호 때문입니다.
생성되는 전자기력을 높이기 위해 일반적인 접근 방식은 N개의 동일한 꼬임으로 수집된 와이어의 단단히 감긴 루프를 만들어 플럭스 연결을 개발하는 것이며, 각 루프는 유사한 자속이 통과합니다.
그러면 결과 EMF는 1-단선의 N배가 됩니다.
EMF는 와이어 루프 표면 전체의 자속 편차를 통해 생성될 수 있으며 다양한 방법으로 얻을 수 있습니다.
- 자기장(B)이 변합니다
- 와이어 루프가 변형될 수 있을 뿐만 아니라 표면(Σ)이 변경될 수 있습니다.
- 표면의 방향(dA)이 변경되고 위의 조합이 변경됩니다.
2) 렌츠의 법칙 전자기 유도
렌츠의 법칙 전자기 유도는 패러데이의 법칙에 따라 자속을 조정하여 전자기력이 생성될 때마다 유도된 emf 극성이 전류를 생성하고 자기장이 전류를 생성하는 변화에 저항한다는 것입니다.
위의 전자기 유도 방정식에서 음의 신호는 유도 된 emf를 나타내며 자속 (δΦB) 내에서 수정되어 역 신호를 갖습니다.
Ε은 유도 emf.
δΦB는 변형된 자속
N은 코일 내의 꼬임 수
3) 맥스웰-패러데이 방정식
일반적으로 Σ와 같은 표면에 대한 와이어 루프 내의 ε로 알려진 전자기력과 와이어 내의 전기장(E) 사이의 관계는 다음과 같이 지정할 수 있습니다.
위의 방정식에서 'dl'은 'Σ'로 알려진 표면의 곡선 요소로, 이를 플럭스 정의와 결합합니다.
맥스웰-패러데이 방정식의 적분 형식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
위의 방정식은 4개의 방정식 중 Maxwell 방정식 중 하나이므로 고전 전자기학 이론에서 필수적인 역할을 합니다.
4) 패러데이의 법칙 & 상대성 이론
패러데이의 법칙은 두 가지 다른 사실을 나타냅니다. 하나는 움직이는 전선을 통한 자기력을 통해 전자기력이 생성될 수 있고, 변압기의 EMF는 자기장 변화로 인해 전기력으로 생성될 수 있다는 것입니다.
1861년에, 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 물리적으로 관찰할 수 있는 별개의 사실에 주목했다. 이것은 물리학 개념에서 독점적 인 예로 간주 될 수 있으며, 그러한 기본 법칙이 제기되어 두 가지 상이한 사실을 명확히합니다.
알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 두 가지 조건이 모두 자석과 도체 사이의 비교 운동으로 통신하는 것을 관찰했으며, 그 결과는 어느 쪽이 여행하는지에 따라 변하지 않았습니다. 이것은 그가 특정 상대성 이론을 확장하도록 이끈 주요 차선 중 하나였습니다.
2. 전자기 유도 실험
전기가 전자의 흐름에 의해 전달될 수 있다는 것을 알고 있습니다. 전류의 주요하고 매우 유용한 기능 중 하나는 여러 유형의 모터와 가전 제품에 적용할 수 있는 자체 자기장을 생성한다는 것입니다. 여기서 전자기 유도 실험을 설명함으로써 이 개념에 대한 아이디어를 제공할 것입니다.
필요한 재료는 주로 얇은 구리선, 12V 랜턴 배터리, 긴 금속 못, 9V 배터리, 토글 스위치, 와이어 커터, 전기 테이프 및 종이 클립입니다.
- 긴 길이의 전선을 토글 스위치의 양극 o/p에 연결합니다.
- 금속 못 주위를 와이어를 최소 50회 돌려 솔레노이드를 만듭니다.
- 전선 꼬기가 완료되면 전선을 배터리의 음극 단자에 연결합니다.
- 와이어 조각을 가져다가 이것을 배터리의 양극 단자와 토글 스위치 음극 단자에 연결합니다.
- 스위치를 활성화합니다.
- 종이 클립을 금속 못 근처에 놓습니다.
회로 내의 전류 흐름은 금속 못을 자성으로 만들고 종이 클립을 자화합니다. 여기서 12V 배터리는 9V 배터리에 비해 더 강한 자석을 생성합니다.
3. 응용 프로그램
전자기 유도 원리는 시스템뿐만 아니라 수많은 장치에 적용될 수 있습니다. 전자기 유도 예시 중 일부는 다음과 같습니다.
- 트랜스 포머
- 인덕션 모터
- 발전기
- 전자기 형성
- 홀 효과 미터
- 전류 클램프
- 인덕션 요리
- 전자식 유량계
- 그래픽 타블렛
- 유도 용접
- 유도 충전
- 인덕터
- 기계적으로 전원이 공급되는 손전등
- 로우랜드 반지
- 픽업
- 경두개 자기 자극
- 무선 에너지 전송
- 인덕션 씰링
도체가 다양한 자기장 내에 위치하여 도체 양단의 전압을 발생시키는 방법입니다. 이것은 전류를 유발할 것입니다. 전자기 유도의 원리는 변압기, 인덕터 등과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
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