Fråga: Hej! Vet ni hur magnetisk induktion fungerar? Jag skriver en uppsats på gymnasienivå, så därför behöver det vara ganska precis och avancerad fakta. Nyckelord jag funderar över är förutom induktion; växelström, virvelströmmar, resistans och hysteres. Jag tänkte att möjligheten finns att ni vet detta, då induktion utnyttjas vid generatorer vilket jag antar att ni har fakta kring.
Tack på förhand,
Stina
Svar: Det här ligger lite utanför vad Classic Motor sysslar med, men vi svarar ändå. Vi börjar med induktion som mycket riktigt förekommer i generatorer och flera andra sammanhang.
Om en ledare, exempelvis en koppartråd, befinner sig i ett magnetfält så händer egentligen ingenting så länge det är ett statiskt tillstånd, alltså att ingenting förändras. Om nu magnetfältet förändras i styrka så kommer dess kraftlinjer att skära ”genom” ledaren och när detta sker så induceras en spänning, även kallad emk (Elektro Motorisk Kraft) i ledaren. Samma sak sker om ledaren rör sig i ett fast magnetfält. Högsta emk:n får man när linjerna skär ledaren i 90 graders vinkel. Ju fler linjer, och desto fortare de skär genom ledaren, desto högre emk. Detta utnyttjas i generatorer, elmotorer, transformatorer, men även induktionsspisar där induktionen orsakar så kallade virvelströmmar och hysteresförluster som värmer upp kokkärlet utan att någon strålningsvärme är inblandad.
Vi går därför direkt in på Hysteres. Ordet betyder ungefär ”eftersläpning” och förekommer i flera sammanhang, men vi tar den elektriska/magnetiska varianten. Om man magnetiserar ett material, exempelvis en bit järn så är alla material lite tröga att magnetisera. Detta motstånd (kallas koercitivkraft) leder till att magnetiseringen ”släpar efter”. Om man vänder på magnetfältet kommer järnbiten inte att bli lika magnetisk åt andra hållet som den blev åt första hållet. Man kan jämföra det med att räta ut en krokig spik. Om man bara böjer den så den är rak och släpper taget så kommer den att fjädra tillbaka en liten bit och förbli böjd, fast något mindre böjd. Man måste böja den förbi rakt tillstånd och lite till för att den ska bli rak när man slutat böja den. Hysteresen orsakar energiförluster (fungerar som en broms för magnetflödesändringar) vilka då leder till uppvärmning i materialet.
Virvelströmmar är elektriska strömmar som bildas i ett ledande material på grund av induktionen. I en induktionsspis är det virvelströmmarna tillsammans med hysteresförlusterna som värmer upp kokkärlet. I en spis är detta något bra eftersom det är värme man vill ha. I exempelvis en transformator är virvelströmmar och hysteres något negativt som leder till förluster (värme). För att minska förlusterna i en transformator så väljer man ett legering (mycket kisel) i järnkärnan med låg koercitivkraft vilket minskar hysteresförlusterna. Dessutom delar man upp järnkärnan i tunna plåtremsor som är isolerade så att det inte finns någon elektrisk kontakt mellan dem. Detta leder till att virvelströmmarna inte har så stora ytor att gå igenom och då minskar även dessa förluster.
Resistans betyder motstånd och i elektriska sammanhang handlar det då om hur en ledare (sladd, kabel) gör ett visst motstånd mot den elektriska strömmen. Det som händer i en ledare när en ström flyter är att materialets (ex. koppar) fria elektroner knuffas i en riktning. Tänk dig ett långt rör fullproppat med pingisbollar – stoppar du in en boll i ena änden av röret så ramlar det ut en boll i andra änden. Så rör sig elektronerna och när de flyttar sig mellan atomerna i materialet så finns det ett visst motstånd som ger upphov till den elektriska resistansen vilket leder till förluster. I vanlig ordning så ger förluster ökad värmeutveckling vilket är bra i ett elektriskt värmeelement, men dåligt i exempelvis en kraftledningskabel.
Växelström är en ström som hela tiden växlar riktning. Detta sker med en viss frekvens som mäts i Hertz (Hz) som anger antalet växlingar över en tidsperiod – i detta fall på en sekund. I elnätet har vi en frekvens på 50 Hz vilket då innebär att strömmen byter riktning 50 gånger på en sekund. Det kan låta snabbt, men tar vi en radiosändare på fm-bandet, exempelvis radio Stockholm på 103,3 MHz (MegaHertz) så växlar den riktning 103,3 millioner gånger per sekund. Några fördelar med växelström är att den relativt enkelt kan transformeras upp eller ner, den kan alstra radiovågor, värma kastruller, eller maten direkt (mikrovågsugn).
Jim Lundberg