Induksjon

Question 1

Hva er induksjon?

Answer 1

Et varierende magnetfelt i en lukket ledersløyfe kan indusere (skape) en elektrisk strøm.

Question 2

Forklar Faradays ring

Answer 2

-Primær og sekundærspole
-Batteri og amperemeter
metallring, ledinger surret rundt til å fungere som spoler
- I det man skrur av og på strømmen, korte utslag, motsatt retning for av og på.

Question 3

Hva er Lenz’ regel

Answer 3

Den induserte strømmen i en lukket ledersløyfe har en retning som er slik at magnetfeltet strømmen danner, motvirker årsaken til at strømmen blir indusert

Question 4

Indusert strømretning

Answer 4

den induserte strømmen bytter retning når magnetfeltet øker eller minker. Magnetfeltet satt opp av den induserte strømmen virker motsatt av endringen i det påførte magnetfeltet.

For å finne strømretningen; høyrehåndsregelen.
krumme fingre strømretning, tommel magnetfeltet (som den induserte strømmen setter opp)

Question 5

Indusert elektromotorisk spenning i en rett leder

Question 6

Forklar magnetisk fluks

Question 7

Hva er enheten for magnetisk fluks?

Answer 7

Enheten for magnetisk fluks er weber, Wb

Question 8

Hva sier Faradays induksjonslov?

Answer 8

Den induserte elektromotoriske spenningen i en ledersløyfe er lik minus den tidsderiverte av fluksen i ledersløyfa.

Question 9

Forklar positiv strømretning og høyrehåndsregelen for positiv strømretning

Question 10

Forklar hva den induserte spenningen til en spole med N vindinger blir

Answer 10

For en spole med N vindinger multipliserer vi den induserte spenningen med antallet vindinger.
𝜺 = -N 𝛷’(t)

Vi kan tenke på spolen som en seriekobling av N enkeltsløyfer. I hver sløyfe blir det indusert en spenning 𝜺 = -𝛷’(t)

Question 11

Forklar hvordan en elektrisk generator fungerer.

Answer 11

En elektrisk generator omformer mekanisk energi til elektrisk energi.
Vi vet fra definisjonen av magnetisk fluks, at den magnetiske fluksen vil endre seg, etterhverts som spolen roterer i magnetfeltet. B og A er konstant, men vinkelen mellom dem endrer seg. Da endrer fluksen seg, og det blir indusert en elektromotorisk spenning i spolen.

Question 12

Forklar hvordan en transformator fungerer

Answer 12

I høyspentledninger er den elektriske spenningen høy, når vi sender den over store avstander. Men hvorfor er det slik?
Selv om resistansen er lav, er det alltid en viss resistans i elektriske ledninger. Jo lengre ledningene er, desto større er resistansen.

Når vi skal overføre elektrisk energi over store avstander, ønsker vi at minst mulig energi skal gå tapt i overføringsledningene. Da må resistansen og strømmen være minst mulig. Vi får lav resistans i ledningene hvis de er tykke og laget av egnet materiale. Men det er grenser for hvor lav resistans vi kan få hvis ledningene ikke skal bli for tunge, eller for dyre å produsere/holde vedlike. Det betyr at strømmen også må være minst mulig. Samtidig vil vi jo overføre mest mulig elektrisk energi gjennom ledningene.

Hvordan skal vi få til det, når strømmen må være liten?
Den elektriske effekten som elverket leverer er gitt ved P = U_e I_e
Hvis spenningen U_e er så høy som mulig, betyr det at aleverket kan levere en gitt effekt ut til forbrukerene samtidig som strømmen I_e er minst mulig.

Dette er grunnen til at spenningen blir transformert opp ved elverket, og transformert ned ved forbrukerene.

En transformator består av en jernkjerne og to spoler.
- Primærspolen har N_p vindinger, og
- sekundærspolen har N_s vindinger.

Når vi kobler primærspolen til en vekselspenning U_p(t), går det en vekselstørm i primærspolen som skaper et varierende magnetfelt i jernkjernen.
De magnetiske feltlinjene følger i stor grad jernkjernen rundt til sekundærsiden. Dermed blir det fluksvariasjoner i sekundærspolen, og det blir indusert en vekselspenning U_s(t) der.

med god tilnærming gjelder denne sammenhengen mellom spenning og vindigstall: U_s/U_p = N_s/N_p

Question 13

Forklar hvordan vi anvender induksjonsfenomenet til lading.

Question 14

Forklar hvordan en induksjonstopp fungerer

Answer 14

Men en induksjonskokeplate blir kjelen eller steikepanna varmet opp ved hjelp av induksjon.

En strømspole under kokeplata lager et varierende magnetfelt når det går vekselstrøm gjennom spolen. Det varierende magnetfeltet induserer virvelstrømmer i metallet i kjelen. Dermed blir kjelen varmet opp selv om kokeplata fortsatt er kald.

Induksjonskokeplater har høyere virkningsgrad enn vanlige kokeplater med varmeelement, og er derfor mer energiøkonomiske.

Question 15

Hva er enheten for magnetisk fluks?

Answer 15

Enheten for magnetisk fluks er weber, forkortet
Wb= T * m^2

Question 16

Forklar forskjellen mellom magnetfelt og magnetisk fluks

Answer 16

Et magnetfelt beskriver hvordan magnetiske krefter virker på ladninger og magneter i et område.
Tettheten av feltlinjene beskriver hvor sterkt feltet er. Magnetfeltet (den magnetiske flukstettheten)
har enheten tesla. Magnetfeltet er en vektor med størrelse og retning, og vi betegner den ofte med B .
Den magnetiske fluksen er et mål på hvor mange magnetiske feltlinjer som krysser et gitt areal.
Den magnetiske fluksen er en skalar, og vi bruker som regel 𝛷 (stor gresk fi) som symbol på den
magnetiske fluksen.
Sammenhengen mellom disse størrelsene er
𝛷 = B A * cos (𝜃)

Question 17

Hvordan definerer vi en arealvektor? Hvordan finner vi positiv retning rundt et areal?

Answer 17

Arealvektoren til en flate er en vektor som står vinkelrett på flaten. Lengden av arealvektoren er lik flatens areal. Vi tenker oss at arealet er omsluttet av en ledersløyfe. Positiv strømretning i sløyfa
bestemmes av en høyrehåndsregel: Når du krummer fingrene i den retningen du velger som positiv strømretning i sløyfa, vil tommelen peke i samme retning som arealvektoren.

Question 18

Skriv opp Faradays induksjonslov, og gi eksempel på minst tre ulike fysiske oppsett for å indusere strøm i en ledersløyfe.

Answer 18

Den gjennomsnittlige induserte elektromotoriske spenningen (emsen) i en ledersløyfe er fluksendring per tidsrom-
𝜺=-N* ∆𝛷/𝛥t

Noen mulige fysiske oppsett for å indusere strøm i en ledersløyfe er:

• å bevege en magnet fram og tilbake gjennom sløyfa
• å endre flukstettheten gjennom sløyfa ved å bruke en elektromagnet som gir variabelt felt
• å føre sløyfa inn i eller ut av et magnetfelt
• å bevege en metallskinne på en leder i magnetfelt slik at arealet endrer seg
• å rotere en spole i et magnetfelt

Question 19

Vi beveger en magnet nedover mot, men ikke gjennom, en ledersløyfe.
Magnetens nordpol er nederst og går først gjennom sløyfa. I hvilken vei går strømmen i sløyfa?

Answer 19

De magnetiske feltlinjene peker ut av nordpolen på en magnet og inn i sørpolen på en magnet.
Magneten beveger seg nedover, og spolen står stille. Antall feltlinjer ned gjennom spolen øker
ettersom magneten nærmer seg spolen. Ifølge Lenz’ regel induseres det en strøm i spolen som
setter opp et magnetfelt i motsatt retning for å motvirke fluksendringen. Spolen vil altså sette opp et magnetfelt som peker oppover. Strømretningen i spolen følger av høyrehåndsregelen for magnetfelt satt opp av strømmen i en spole: Den går mot klokka sett ovenfra.

Question 20

Hvordan ville den teknologiske verdenen sett ut uten induksjon?

Answer 20

Den teknologiske verdenen vi lever i idag, er helt avhengig av induksjonsfenomenet. Uten den hadde strøm bare eksistert i batterier, og høyspenning hadde vært helt uoppnåelig.

Question 21

Hvordan inngår induksjon i bærekraftig energiproduksjon?

Answer 21

Vindkraft:
Vindturbiner bruker induksjon for å generere elektrisitet. Når vind strømmer over turbinbladene, genereres en roterende bevegelse. Denne roterende bevegelsen driver en generator, som bruker elektromagnetisk induksjon til å konvertere mekanisk energi fra vind til elektrisk energi.

Energilagring: Induksjon kan brukes i energilagringssystemer, for eksempel induksjonsspolebaserte ladestasjoner for elektriske kjøretøyer eller induksjonsbaserte batteriladere. Disse systemene kan bidra til å utnytte fornybar energi mer effektivt ved å lagre overskuddsenergi når produksjonen er høy og frigjøre den når etterspørselen er større.

(++)

Question 22

Hvordan er den elektriske effekten i en transformator?

Answer 22

Den elektriske effekten i er ideelt sett den samme på begge sider av en transformator. I en transformator vil spenningen være høy og strømmen lav på en side (primærsiden) og spenningen lav og strømmen stor på den andre (sekundærsiden)

Question 23

Hva er fordelen med vekselstrøm sammenliknet med likestrøm

Answer 23

Så godt som all elektrisitet i verden i dag distrubert som vekselstrøm. De første anleggene som produserte elektrisk energi for salg på slutten av 1800-tallet, var likevel basert på likestrøm. Disse anleggene ble bygd av den amerikanske oppfinneren Thomas Edison. Han var en ivrig forkjemper for likestrøm. Men likestrømsanleggene til Edison ble raskt utkonkurrert av vekselstrømsanlegg. Vekselstrøm har to viktige fordeler sammenliknet med likestrøm:

1. Vekselstrøm blir produsert naturlig av generatoren i energiverkene
2. Det er lett å transformere vekselspenning opp til høy spenning for distribusjon over store avstander med lave energitap. Deretter blir spenningen transformert ned igjen for å gjøre den tryggere for forbrukerene.→ Det er mye vanskeligere å transformere likespenning opp og ned

Mesteparten av elektronikken som vi omgir oss med i det daglige, som mobiltelefoner, datamaskiner, og TV-apparater bruker likestrøm internt.

Hvert produkt inneholder små transformatorer og likerettere som gir den ønskede likespenningen, ofte samlet i en “boks” på ledningen.

Question 24

Energiproduksjon og induksjon

Answer 24

Elektrisk Generator

• Tilgang på elektrisk energi er avgjørende for moderne samfunn, men økt energiforbruk har ført til klimaendringer.
• Over 60% av verdens elektrisitetsproduksjon kommer fortsatt fra fossile kilder (olje, gass, kull).
• Bærekraftige energiløsninger er nødvendige for å bekjempe klimaendringer.
• Uavhengig av energikilde (vind, vann, kull, kjerne), bruker alle energiverk en generator.
• Grunnprinsippet i en generator er elektromagnetisk induksjon.
• En generator konverterer mekanisk energi til elektrisk energi gjennom roterende spoler i et konstant magnetfelt.

• Generatoren har en roterende spole i et magnetfelt, og induksjonen genererer en vekselspenning.
• Indusert spenning i en generator: 𝜺(t) = 𝜺_m \sin(𝝎t) der 𝜺_m er maksimalverdien av spenningen.

• Transformatorer brukes til å endre spenningsnivået i elektriske kretser.
• Transformatorer tillater effektiv overføring av elektrisk energi over lange avstander.
• Forholdet mellom spenninger og vindingstall i en transformator: ${U_p}/{U_s} = {N_p}/{N_s}

Question 25

Moderne teknologi og induksjon

Answer 25

• Induksjon er avgjørende i dagliglivet, brukt i alt fra mobilladere til elbilbremser, lade elektriske tannbørster trådløst og energiproduksjon.
• Teknologiske anvendelser av induksjon inkluderer transformatorer, elektriske motorer, og induksjonskokeplater.
• Induksjonskokeplater bruker induksjon for å varme opp kjeler og panner.
• En strømspole under kokeplaten skaper et varierende magnetfelt, som induserer virvelstrømmer i metallkjeler og gir effektiv oppvarming.