2.3 Elektromagnetska indukcija

Primjena elektromagnetske indukcije

Generator izmjenične struje je uređaj koji proizvodi izmjeničnu struju. Električni generator pretvara mehaničku energiju u električnu. Generator se sastoji od rotora i statora. Magnet je na rotoru, a zavojnica na statoru. Rotiranjem magneta nastaje promjenjivo magnetsko polje koje u zavojnici uzrokuje pojavu elektromagnetske indukcije i nastaje izmjenična struja. Ako se zamjene elementi statora i rotora, uređaj će raditi, bitno je da postoji promjenjivo magnetsko polje.

Zanimljivost

Nikola Tesla (1856. - 1943.) bio je veliki zagovornik upotrebe izmjenične struje. Izumio je generator i transformator izmjenične struje te osmislio prijenos višefaznih izmjeničnih struja i njihovu primjenu u izmjeničnim elektromotorima. Prema njegovoj ideji sagrađena je prva hidroelektrana na slapovima Niagare. Ta je hidroelektrana proizvodila izmjeničnu struju koja se dalekovodima vodila do udaljenih gradova. Elektrane koje su proizvodile istosmjernu struju zbog velikih su gubitaka prenosile električnu energiju samo nekoliko kilometara. Teslini izumi vezani za izmjeničnu struju omogućili su proizvodnju, prijenos i upotrebu električne energije.

Teslina zavojnica (Teslin transformator) s promoću elektromagnetske indukcije proizvodi visoke napone velikih frekvencija. Primar se sastoji od zavojnice s malo namotaja, kondenzatora i iskrišta. Sekundarna zavojnica ima puno namotaja i nalazi se unutar primara. Primar i sekundar su u rezonanciji. Teslin transformator nema željeznu jezgru kako bi gubici energije bili što manji. Budući da nastaje visokoinducirani napon, iz sekundara izbijaju iskre, a jako elektromagnetsko polje može izazvati luminiscenciju u fluorescentnim žaruljama (koje nisu vodičem povezane sa sekundarom).

Elektrane proizvode električnu energiju s pomoću generatora.
Hidroelektrane pretvaraju mehaničku energiju vode u električnu energiju. Voda pokreće turbinu koja je povezana s generatorom. Turbina se vrti i pri tome njena kinetička energija prelazi u električnu energiju u generatoru.

Elektromotor je uređaj koji električnu energiju pretvara u mehaničku. Načelo rada elektromotora također je elektromagnetska indukcija. Elektromotore nalazimo u svim uređajima koji se koriste električnom energijom za stvaranje mehaničke energije, npr. ventilator, električni tramvaj, sušilo za kosu.

Zanimljivost

Michael Faraday (1791. - 1867.) bio je britanski fizičar i kemičar, koji je ostvario mnogo otkrića na području elektromagnetizma i elektrokemije. Otkrio je elektromagnetsku indukciju, zakone elektrolize, benzen, Fardayev kavez. Proučavao je difuziju, polarizaciju svjetlosti te različita djelovanja električnih i magnetskih polja.

Transformator je uređaj koji mijenja napon i jakost struje. Sastoji se od primarnog i sekundarnog namotaja žice često povezana željeznom jezgrom. Namotaji se nalaze blizu jedan drugom kako bi se omogućila međusobna elektromagnetska indukcija.Primarnim namotajem teče izmjenična struja, čiji se smjer i iznos mijenjaju u vremenu , te stvara promjenjivo magnetsko polje. Takvo magnetsko polje će inducirati napon u sekundarnom namotaju. Elektromagnetskom indukcijom napon struje primarnog namotaja transformira se u viši ili niži napon u sekundarnom namotaju. Omjer napona u primaru i sekundaru je proporcionalan omjeru broja namotaja u primaru i sekundaru .

$\frac{Up}{Us}=\frac{Np}{Ns}$

Omjer električne struje primara $I{p}_{}$ i sekundara $I{s}_{}$ je obrnuto proporcionalan broju namotaja.

$\frac{Ip}{Is}=\frac{Ns}{Np}$

Dalekovodima teče struja visokog napona (do $400\mathrm{kV}$), čime se smanjuju gubici transporta električne energije od proizvođača do potrošača. U trafostanicama se visoki napon transformatorima prebacuje na $220\mathrm{V}.$