funcționarea motoarelor electrice este reglementat prin diverse legi de electricitate și magnetism, inclusiv legea lui Faraday de inducție, lui Ampère circuital lege, Lenz legii, și forță Lorentz. Primele două – Legea lui Faraday și Legea circuitală a lui Ampère-sunt incluse în ecuațiile lui Maxwell., Împreună cu legea lui Lenz și forța Lorentz, aceste principii formează baza electromagnetismului.
legea inducției lui Faraday
legea inducției lui Faraday este legea fundamentală pe care funcționează motoarele electrice. Michael Faraday este creditat cu descoperirea inducției în 1831, dar James Clerk Maxwell a descris-o matematic și a folosit-o ca fundament al teoriei sale electromagnetice cantitative în anii 1860.
inductanța este o proprietate a unui dispozitiv care spune cât de eficient induce un emf într-un alt dispozitiv (sau pe el însuși).,Legea lui Faraday afirmă, în general, că într-o bobină închisă (buclă) de sârmă, o schimbare în mediul magnetic al bobinei determină o tensiune sau emf (forță electromotoare) să fie indusă în bobină.
schimbarea mediului magnetic poate fi cauzată de schimbarea intensității câmpului magnetic, mutarea magnetului spre sau departe de bobină, mutarea bobinei în sau din câmpul magnetic sau rotirea bobinei în câmp.,
induse emf este egal negativ rata de schimbare a fluxului magnetic, ori numărul de spire din bobina:
Unde:
E = emf (V)
N = numărul de spire ale bobinei
Φ = fluxul magnetic (weber, Bm)
t = timpul (s)
Rețineți că fluxul magnetic este egal cu valoarea medie a câmpului magnetic, B, (tesla, sau Wb/m2) înmulțit cu perpendicular pe zona de bobina care pătrunde în câmpul magnetic, O (m2).,
Lenz’ law
Lenz’ law demonstrează motivul semnului negativ din legea inducției lui Faraday. Cu alte cuvinte, legea lui Lenz explică de ce emf generat în conformitate cu legea lui Faraday este negativ.
o modalitate comună de a afirma Legea lui Lenz este: „când emf este generat de o schimbare a fluxului magnetic, polaritatea emf indusă este astfel încât generează un curent al cărui câmp magnetic este într-o direcție care se opune schimbării care a produs-o (câmpul magnetic original).”Adică, câmpul magnetic indus funcționează întotdeauna pentru a menține fluxul magnetic constant.,
Imagine de credit: C. R. Naos, Georgia Universitatea de Stat
Lenz’ legea este analogă cu legea a treia a lui Newton în mecanică, care prevede că pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă.,
forță Lorentz
Există un dezacord asupra faptului forță Lorentz a fost inițial derivat de James Clerk Maxwell sau de Oliver Heaviside, dar de credit este de obicei dat la Heaviside. Hendrik Lorentz a derivat forma modernă a ecuației în 1891.forța Lorentz este forța pe care o particulă o experimentează datorită câmpurilor electrice și magnetice. Câmpurile electrice exercită o forță asupra unei particule, indiferent dacă se mișcă sau nu, în timp ce câmpurile magnetice exercită o forță numai atunci când particula este în mișcare.,gnetic domenii este dat ca:
Care simplifică la:
Unde:
F = forță (N)
q = particulă de încărcare (coulomb, C)
E = câmp electric (N/C)
v = viteza de rotație perpendiculară pe câmpul magnetic (m/s)
B = câmp magnetic (tesla, T)
Deoarece curentul este în esență un flux de mișcare, particule încărcate, de asemenea, experiențele o forță datorită unui câmp magnetic., În cazul unui curent într-un câmp magnetic, forței Lorentz ecuația devine:
Unde:
I = curent (a)
l = lungimea firului prin câmp (m)
direcția forței Lorentz este derivat folosind regula mâinii drepte: punctul degetul mare în direcția de curent, primul deget în direciton de câmp magnetic, și al doilea (mijloc) deget va punct în direcția forței.,în ciuda numelui său, Legea circuitală a lui Ampère nu a fost derivată de André-Marie Ampère, ci de James Clerk Maxwell în 1860 și este una dintre ecuațiile Maxwell ale electromagnetismului. (Ampère a formulat legea Forței lui Ampère, care descrie forța atractivă sau respingătoare dintre două fire purtătoare de curent.un câmp magnetic exercită o forță pe un fir drept care transportă curent., Cu lui Ampère circuital lege, puterea câmpului magnetic poate fi determinată prin:
Unde:
B = câmp magnetic (T)
μ0 = permeabilitatea magnetică a aerului, T-m/O
I = curent (a)
r = distanța de la cablu (m)
atunci Când firul este o buclă, câmpul magnetic determină o forță într-o singură direcție, pe de o parte a buclei, și în direcția opusă pe cealaltă parte a buclei., Acest lucru creează un cuplu, ceea ce face ca bobina să se rotească. Rețineți că, dacă se aplică curent continuu, bobina va oscila înainte și înapoi, dar nu va face revoluții complete – acesta este motivul pentru care motoarele DC folosesc comutatoare. Motoarele care funcționează cu curent alternativ (motoare de curent alternativ) nu prezintă această problemă.
imagine caracteristică de credit: TutorVista.com
