Il funzionamento dei motori elettrici è regolato da varie leggi dell’elettricità e del magnetismo, tra cui la legge di Faraday dell’induzione, Ampère del circuitali legge di Lenz’ legge, e la forza di Lorentz. I primi due-la legge di Faraday e la legge circuitale di Ampère-sono inclusi nelle equazioni di Maxwell., Insieme alla legge di Lenz e alla forza di Lorentz, questi principi costituiscono la base dell’elettromagnetismo.
La legge di induzione di Faraday
La legge di induzione di Faraday è la legge fondamentale su cui operano i motori elettrici. Michael Faraday è accreditato con la scoperta di induzione nel 1831, ma James Clerk Maxwell lo descrisse matematicamente e lo usò come fondamento della sua teoria elettromagnetica quantitativa nel 1860.
L’induttanza è una proprietà di un dispositivo che dice quanto efficacemente induce un emf in un altro dispositivo (o su se stesso).,
La legge di Faraday afferma generalmente che in una bobina chiusa (loop) di filo, un cambiamento nell’ambiente magnetico della bobina provoca una tensione, o emf (forza elettromotrice), da indurre nella bobina.
Il cambiamento nell’ambiente magnetico può essere causato cambiando l’intensità del campo magnetico, spostando il magnete verso o lontano dalla bobina, spostando la bobina dentro o fuori dal campo magnetico o ruotando la bobina nel campo.,
La fem indotta è uguale al tasso negativo di variazione del flusso magnetico, volte il numero di giri della bobina:
Dove:
E = emf (V)
N = numero di spire nella bobina
Φ = flusso magnetico (weber (Wb)
t = tempo (s)
si noti che il flusso magnetico è uguale alla media di campo magnetico, B, (tesla, o Wb/m2) moltiplicato per la perpendicolare area della bobina che penetra il campo magnetico (m2).,
Legge di Lenz
La legge di Lenz dimostra la ragione del segno negativo nella legge di induzione di Faraday. In altre parole, la legge di Lenz spiega perché l’emf generato secondo la legge di Faraday è negativo.
Un modo comune per affermare la legge di Lenz è: “Quando l’emf è generato da un cambiamento nel flusso magnetico, la polarità dell’emf indotta è tale da generare una corrente il cui campo magnetico è in una direzione che si oppone al cambiamento che lo ha prodotto (il campo magnetico originale).”Cioè, il campo magnetico indotto funziona sempre per mantenere costante il flusso magnetico.,
Credito di immagine: CR Nave, Georgia State University
La legge di Lenz è analoga alla terza legge di Newton in meccanica, che afferma che per ogni azione, c’è una reazione uguale e opposta.,
Forza di Lorentz
C’è disaccordo sul fatto che la forza di Lorentz sia stata originariamente derivata da James Clerk Maxwell o da Oliver Heaviside, ma il credito è tipicamente dato a Heaviside. Hendrik Lorentz ha derivato la forma moderna dell’equazione nel 1891.
La forza di Lorentz è la forza che una particella sperimenta a causa di campi elettrici e magnetici. I campi elettrici esercitano una forza su una particella sia che si muova o meno, mentre i campi magnetici esercitano una forza solo quando la particella è in movimento.,gnetic campi è data come:
Che si semplifica in:
Dove:
F = forza (N)
q = particella di carica (coulomb, C)
E = campo elettrico (N/C)
v = velocità perpendicolare al campo magnetico (m/s)
B = campo magnetico (tesla, T)
Dal momento che la corrente è essenzialmente un flusso di movimento, particelle cariche, inoltre, esperienze di una forza dovuta al campo magnetico., Nel caso di una corrente in un campo magnetico, la forza di Lorentz equazione diventa:
Dove:
I = corrente (A)
l = lunghezza del filo attraverso il campo (m)
La direzione della forza di Lorentz è derivato usando la regola della mano destra: punto il pollice nella direzione della corrente, il vostro primo dito nel direciton del campo magnetico, e il secondo (mezzo dito) punterà nella direzione della forza.,
La legge circuitale di Ampère
Nonostante il suo nome, la legge circuitale di Ampère non fu derivata da André-Marie Ampère, ma da James Clerk Maxwell nel 1860, ed è una delle equazioni di Maxwell dell’elettromagnetismo. (Ampère ha formulato la legge della forza di Ampère, che descrive la forza attraente o repulsiva tra due fili che trasportano corrente.)
Un campo magnetico esercita una forza su un filo dritto che trasporta corrente., Con Ampère del circuitali legge, la forza del campo magnetico può essere determinato da:
Dove:
B = campo magnetico (T)
μ0 = permeabilità magnetica dell’aria, T-m/A
I = corrente (A)
r = distanza dal filo (m)
Quando il filo è un ciclo, il campo magnetico provoca una forza in una direzione su un lato del loop, e nella direzione opposta sull’altro lato del loop., Questo crea una coppia, che fa girare la bobina. Si noti che se viene applicata corrente continua, la bobina oscillerà avanti e indietro, ma non farà giri completi – questo è il motivo per cui i motori DC usano i commutatori. I motori azionati con corrente alternata (motori AC) non presentano questo problema.
Caratteristica immagine di credito: TutorVista.com
