Uzajamna indukcija i samoindukcija

Uzajamna indukcija je pojava višestruke elektromagnetne indukcije u bliskim kalemovima, koji su postavljeni tako da se jedan kalem nalazi u magnetnom polju drugog kalema.

Na zajedničkom gvozdenom jezgru namotani su navojci izilovane žice – kalemi. Prvi kalem nazivamo primar a drugi kalem sekundar. Kada se kroz primar propusti naizmenιčna (promenljiva) električna struja, u kalemu se formira promenljivo magnetno polje. Linije sila ovog magnetnog polja se prostiru kroz gvozdeno jezgro, koje odlično sprovodi magnetno polje, jer i samo poseduje magnetne osobine. Broj linija sila koje prolaze kroz jediničnu površinu nazivamo magntni fluks Φ. Pošto je električna struja kroz primar promenljiva i magnetno polje koje stvara je takođe promenljivo. Namotaji sekundara bivaju zahvaćeni delovanjem promenljivog magnetnog polja (primara), te se u njima po zakonu elektromagnetne indukcije indukuje elektromotorna sila.

Ako se zatvori strujno kolo sekundara, kroz njega će proteći električna struja. Ova struja je takođe promenljiva jer je uzrokovana promenljivim magnetnim poljem (primara) i naziva se struja sekundara. Struja sekundara kreira sopstveno promenljivo magnetno polje, koje u primaru (putem elektromagnetne indukcije) indukuje povratnu struju. Ova pojava naziva se uzajamna indukcija. 

Povratna struja se svojim smerom suprotstavlja promeni koja ju je izazvala – Lencovo pravilo. 

Samoindukcija

Ista pojava primećena je i u jednom kalemu kroz koji protiče promenljiva struja i pri tom stvara promeljivo magnetno polje. Tako nastalo promenljivo magnetno polje indukuje povratnu struju u istom kalemu koji je i formirao magnetno polje. Ova struja se naziva struja samoindukcije, a smer joj se određuje na osnovu Lencovog pravila – protivi se promeni kojom je izazvana.

Princip samoindukcije

Transformator

Transformator

Princip rada transformatora se bazira na Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije. Dva kalema su namotana na istom jezgru od mekog gvožđa. Kroz prvi kalem (primar) se propusti promenljiva struja, koja u gvozdenom jezgru formira promenljivo magnetno polje. Kako se drugi kalem (sekundar) nalazi u magnetnom polju gvozdenog jezgra (koje potiče od promenljive struje primara), u njemu će se indukovati elektromotorna sila, odnosno, na krajevima sekundara će se pojaviti napon. Napon na sekundaru će se menjati na isti način na koji se menja napon primara. Odnos broja namotaja primara i sekundara određuje odnos napona dovedenog na primar i napona koji se indukuje na sekundaru:

$$\frac{U_{p} }{U_{s} } =\frac{n_{p} }{n_{s} } $$

Kako je transformator pasivni element (nema sopstveno napajanje), a na osnovu zakona održanja energije, energija koja “uđe” na primar, u jedinici vremena mora biti jednaka (ako nema gubitaka energije) energiji koja “izađe” na sekundaru, za isto vreme. Drugim rečima, snaga primara i snaga sekundara moraju biti iste:

$$P_{p} =P_{s}$$

Kako je snaga električne energije data izrazom:

$$P=U\cdot I$$

Sledi da je:

$$U_{p} \cdot I_{p} =U_{s} \cdot I_{s}$$

Iz gornjeg izraza sledi da će povećanje napona na sekundaru Us (zbog većeg broja namotaja ns) dovesti srazmernog smanjenja struje sekundara Is, kako bi snaga ostala neizmenjena.

Transformatori omogućuju da se kod naizmenične struje promeni odnos napona i struje, u skladu sa potrebama. Da bi se električna energija prenela na daljinu neophodno je smanjiti jačinu struje, kako bi se smanjili gubici na generisanju toplote, po Džul-Lencovom zakonu. U električnim centralama se putem transformatora višestruko podiže napon a smanjuje jačina struje, te se sa tako promenjenim odnosom napona i struje prenosi putem dalekovoda do naselja i gradova. Na ulazu u naselje se ponovo transformiše napon na niže vrednosti a jačina struje na više, sve dok se ne postignu željene vrednosti za upotrebu u domaćinstvima i industriji.

Princip rada transformatora


Prilikom elektrolučnog zavarivanja potrebno je ostvariti što veću jačinu struje, kako bi se na elektrodama oslobodila što veća količina toplote, što topi supstancu koja se koristi za zavarivanje (od koje su napravljene elektrode). Ovo se postiže transformatorom koji drastično smanjuje vrednost napona na sekundaru, istovremeno povećavajući maksimalnu jačinu električne struje.