Kaip įtampa ir indukuota emf yra susijusios? Kas yra sukeltas emf ir kada jis atsiranda? Indukcija emf tiesiame laidininke, judančiame magnetiniame lauke

Taigi, mes nustatėme, kad indukcijos proceso metu e sužadinamas. d.s. indukcija, dėl kurios laiduose atsiranda srovė, kurios stiprumą lemia Ohmo dėsnis per e. d.s. indukcija ir grandinės varža. Ką lemia e. d.s. indukcija?

Jei atidžiai pažvelgsite į visus indukciniai eksperimentai(§ 137), tada nesunku pastebėti, kad indukcijos srovės stipris grandinėje, taigi ir el. d.s. indukcija skiriasi priklausomai nuo to, ar pakeitimą atliekame greitai, ar lėtai magnetinis srautas, kuri yra būtina sąlyga indukcijai atsirasti. Kuo lėčiau vyksta magnetinio srauto kitimo procesas, tuo mažiau el. d.s. indukcija ir tuo mažiau indukuota srovė esant tam tikrai grandinės varžai. Taigi, atliekant tam tikrą magnetinio srauto pokytį skirtingi laikai, gauname skirtingus el. d.s. indukcija. Jei šiuo metu magnetinis srautas turėjo reikšmę ir tuo momentu jo vertė tapo lygi, tai per tą laiką magnetinis srautas pasikeitė . Santykis parodo magnetinio srauto pokytį per laiko vienetą, t.y. jis parodo magnetinio srauto kitimo greitį. Matavimai atlikti val skirtingos sąlygos patirtis (bet kurioje grandinėje, pasikeitus magnetinio srauto vertei ir pan.), rodo, kad el. d.s. indukcija priklauso tik nuo magnetinio srauto kitimo greičio. Būtent:

E.m.f. indukcija yra proporcinga magnetinio srauto kitimo greičiui per paviršių, apribotą kontūru, o SI proporcingumo koeficientui lygus vienam, Taigi

Savaime suprantama, kad jei magnetinis srautas laikui bėgant kinta netolygiai, tai santykis suteikia vidutinį magnetinio srauto kitimo greitį, panašų į vidutinis greitis judėjimas (žr. I tomą), ir pagal tai formulė (141.1) leidžia apskaičiuoti vidutinį e. d.s. indukcija. Momentinei e vertei nustatyti. d.s. indukcija kiekvienu laiko momentu, būtina, kaip ir nustatant netolygaus judėjimo greitį, atsižvelgti į magnetinio srauto pokytį per tokį trumpą laiko tarpą, kad per šį intervalą mūsų matavimo metodais būtų galima atsižvelgti į kad magnetinio srauto pokytis būtų vienodas. Tokiais atvejais santykis apibūdins magnetinio srauto kitimo greitį šiuo momentu, o pagal formulę (141.1) apskaičiuota vertė bus e reikšmė. d.s. indukcija šiam momentui. Visi šie argumentai tiksliai pakartoja argumentus, susijusius su momentinio ir vidutinio greičio apibrėžimu mechanikoje.

Savo samprotavimuose manėme, kad susiduriame su kontūru, kurį sudaro tik vienas posūkis, tai yra, kontūrą, kuris vieną kartą dengia lauko linijas. Apskritai, kada indukcinė ritė turi identiškus posūkius, kurių kiekvienas patiria srauto pokytį, pvz. d.s. indukcija akivaizdžiai kelis kartus didesnė, nes ritės posūkiai vienas su kitu sujungti nuosekliai ir pvz. d.s, atsirandantys kiekviename posūkyje. Taigi, e. d.s. Posūkių ritėje atsirandanti indukcija yra proporcinga vijų skaičiui ir magnetinio srauto kitimo greičiui per kiekvieną ritės apsisukimą:

Tuo atveju, kai posūkiai nelygūs, kad magnetinio srauto pokyčiai per atskirus posūkius būtų vienodi , suma yra bendras srauto, einančio per visus ritės apsisukimus, pokytis, t. y. srauto pokytis per visą ritę. E.m.f. tokia ritė

Formulės (141.1) ir (141.2) pateikia e reikšmę. d.s. indukcija. Kalbant apie e. d.s. indukcija (indukuotos srovės kryptis), tada ji nustatoma pagal Lenco taisyklę (§ 139).

Magnetinio srauto SI vienetas yra Weberis (Wb), pavadintas vokiečių fiziko Wilhelmo Eduardo Weberio (1804–1891) vardu. Vienas Weberis reiškia srautą per paviršių, kurio plotas lygus vienetui kvadratinis metras, susikerta jai statmenos linijos vienodas laukas kurių magnetinė indukcija lygi vienai teslai. Esant srauto kitimo greičiui, lygiam 1 Vb/s, grandinėje indukuojama e. d.s. lygus 1 V.

141.1. Fig. 267 rodomas vadinamasis „žemės induktyvumas“. Tai ritė iš didelis skaičius vielos posūkiai, į kuriuos galima įvesti greitas sukimasis aplink ašį, sutampančią su jos vertikaliu skersmeniu. Kai ši ritė sukasi Žemės magnetiniame lauke, joje atsiranda indukcinis efektas. elektros srovė. Apsvarstykite šiuos tris atvejus: a) induktorius sukasi apie vertikalioji ašis; b) sukimosi ašis yra horizontali ir nukreipta išilgai magnetinio dienovidinio (iš šiaurės į pietus); c) sukimosi ašis yra horizontali ir nukreipta statmenai magnetiniam dienovidiniui (iš vakarų į rytus). Kuris Žemės magnetinio lauko komponentas sukelia indukciją kiekvienu iš šių atvejų? Kokiu atveju indukuota srovė yra su kitais vienodos sąlygos bus didžiausias? Jei polinkis yra ši vietaŽemės kampas yra 70°, tai kuriuo iš atvejų - a) ar b) indukcijos srovė bus didesnė?

Ryžiai. 267. Pratimui 141.1

141.2. Žemės induktoriaus ritėje yra 500 apsisukimų, kiekvieno posūkio plotas yra 1200. Induktorius sukasi 20 aps./s. dažniu. Žinant, kad horizontalusis indukcijos komponentas žemės laukas tam tikroje vietoje yra lygus T ir kad pokrypis yra 60°, kiekvienam iš ankstesniame uždavinyje nagrinėtų atvejų apskaičiuokite vidutinę e reikšmę. d.s. indukcija ir maksimali vertė magnetinės indukcijos srautas per vieną ritės apsisukimą.

141.3. Ritėje be geležinės šerdies, kurios ilgis yra 25 cm, o skersmuo 10 cm ir kurioje yra 1000 apsisukimų, srovė tolygiai padidėja 1 A per 1 s. Ši ritė yra papildyta kita ritė, kurioje yra 100 apsisukimų. Kokie e. d.s. bus sukeltas?

141.4. Tarp elektromagneto polių dedama ritė, susidedanti iš 100 vijų vielos, kurios posūkio spindulys yra 1 cm. Jo galai sujungti su matavimo prietaisu, kuris parodė, kad išėmus ritę iš lauko arba išjungus elektromagnetą, ritėje teka indukuotas 6,28 μC krūvis. Ritės varža 50 omų, galvanometro varža 1550 omų. Apskaičiuokite magnetinę indukciją elektromagneto tarppolinėje erdvėje.

141.5. Ritė, kurios varža 1000 omų ir susidedanti iš 100 apsisukimų, kurių plotas 5, buvo įvestas į vienodą lauką tarp elektromagneto polių taip, kad magnetinio lauko linijos pasirodė statmenos ritės plokštumai. posūkiai. Tuo pačiu metu jame buvo sukeltas 2 μC krūvis. Apskaičiuokite magnetinę indukciją tarppolinėje magneto erdvėje.

141.6. Koks krūvis bus sukeltas ritėje ankstesnė užduotis, jei elektromagneto tarppoliarinėje erdvėje jį pasuksime taip, kad jo posūkių plokštuma su lauko linijomis sudarytų 30° kampą?

Elektrovaros jėgos priežastis gali būti magnetinio lauko pasikeitimas supančioje erdvėje. Šis reiškinys vadinamas elektromagnetine indukcija. Didumas sukeltas emf grandinėje lemia išraiška

kur yra magnetinio lauko srautas per uždarą paviršių, apribotą kontūru. „-“ ženklas prieš išraišką rodo, kad indukuota srovė, kurią sukuria indukuotas emf, neleidžia keisti magnetinio srauto grandinėje (žr. Lenco taisyklę).

41. Induktyvumas, jos SI vienetas. Ilgo solenoido induktyvumas.

Induktyvumas(arba saviindukcijos koeficientas) - proporcingumo koeficientas tarp elektrinių elektros šokas, teka tam tikru uždaru ciklu ir magnetinis srautas kurią sukuria ši srovė per paviršių , kurio kraštas yra šis kontūras. .

Formulėje

Magnetinis srautas, - srovė grandinėje, - induktyvumas.

Žmonės dažnai kalba apie tiesios ilgos vielos induktyvumą ( cm.).

Šiuo ir kitais atvejais (ypač tais, kurie neatitinka kvazistacionarios aproksimacijos), kai uždarą kilpą nėra lengva adekvačiai ir vienareikšmiškai nurodyti, aukščiau pateiktas apibrėžimas reikalauja ypatingo patikslinimo; Tam iš dalies naudingas metodas (paminėtas toliau), susiejantis induktyvumą su magnetinio lauko energija. Išreiškiamas per induktyvumą Savęs sukeltas emf :

.

grandinėje, kuri atsiranda pasikeitus srovei joje Išreiškiamas per induktyvumą Iš šios formulės išplaukia, kad induktyvumas yra skaitiniu požiūriu lygus

, kuris atsiranda grandinėje, kai srovė pasikeičia 1 A per 1 s. Esant tam tikrai srovei, nustatomas induktyvumas energijos :

šios srovės sukurtas magnetinis laukas

Pavadinimas ir matavimo vienetai SI vienetų sistemoje induktyvumas matuojamas Henry, sutrumpintai Hn, in GHS sistema

- centimetrais (1 Gn = 10 9 cm). Grandinės induktyvumas yra vienas henris, jei, srovei pasikeitus vienu amperu per sekundę, grandinės gnybtuose atsiranda vieno volto įtampa. Tikra, ne superlaidi grandinė turi ominę varžą R, todėl ant jos atsiras papildoma įtampa U=I*R, kur I yra srovė, tekanti per grandinę tam tikru laiko momentu. Induktyvumui žymėti naudojamas simbolis buvo paimtas Lenco Emilio Christianovičiaus (Heinricho Friedricho Emilio Lenco) garbei.šaltinis nenurodytas 1017 dienų Induktyvumui žymėti naudojamas simbolis buvo paimtas Lenco Emilio Christianovičiaus (Heinricho Friedricho Emilio Lenco) garbei. ] .

Elektros srovė, tekanti uždaroje grandinėje, sukuria aplink save magnetinį lauką, kurio indukcija pagal Biot-Savarto-Laplaso dėsnį yra proporcinga srovei. Todėl su grandine susietas magnetinis srautas Ф yra tiesiogiai proporcingas srovei I grandinėje: (1) kur vadinamas proporcingumo koeficientas L. grandinės induktyvumas. Kai grandinėje pasikeičia srovės stiprumas, pasikeis ir su juo susijęs magnetinis srautas; Tai reiškia, kad grandinėje bus sukeltas emf. E.m.f atsiradimas. vadinama indukcija laidžioje grandinėje, kai joje pasikeičia srovės stiprumas saviindukcija. Iš (1) išraiškos nurodomas induktyvumo vienetas Henris(H): 1 H - grandinės, kurios saviindukcijos magnetinis srautas esant 1 A srovei yra lygus 1 Wb, induktyvumas: 1 Hn = 1 Wb/s = 1 V

Apskaičiuokime be galo ilgo solenoido induktyvumą. Bendras magnetinis srautas per solenoidą (srauto jungtis) yra lygus μ 0 μ (N 2 I/ l)S. Pakeitę (1), randame (2), ty solenoido induktyvumas priklauso nuo ilgio l solenoidą, jo apsisukimų skaičių N, plotą S ir medžiagos, iš kurios pagaminta solenoido šerdis, magnetinį pralaidumą μ. Įrodyta, kad grandinės induktyvumas paprastai priklauso tik nuo grandinės geometrinės formos, jos matmenų ir terpės, kurioje ji yra, magnetinio pralaidumo, ir galima nubrėžti grandinės induktyvumas su atskiro laidininko elektrine talpa, kuris taip pat priklauso tik nuo laidininko formos, jo matmenų ir terpės dielektrinės konstantos. Nustatykime, taikydami Faradėjaus dėsnį saviindukcijos reiškiniui, kad emf. saviindukcija lygi Jei grandinė nedeformuojasi ir terpės magnetinis laidumas išlieka nepakitęs (vėliau bus parodyta, kad paskutinė sąlyga ne visada tenkinama), tai L = const ir (3) kur minuso ženklas , nustatytas pagal Lenco taisyklę, rodo, kad induktyvumo buvimas grandinėje sulėtina srovės pokytį joje. Jei srovė laikui bėgant didėja, tada (dI/dt<0) и ξ s >0 ty saviindukcijos srovė nukreipta į išorinio šaltinio sukeltą srovę ir sulėtina jos didėjimą. Jei srovė mažėja laikui bėgant, tada (dI/dt>0) ir ξ s<0 т. е. индукционный ток имеет такое же направление, как и уменьшающийся ток в контуре, и замедляет его уменьшение. Значит, контур, обладая определенной индуктивностью, имеет электрическую инертность, заключающуюся в том, что любое изменение тока уменьшается тем сильнее, чем больше индуктивность контура.

42. Srovė atidarant ir uždarant grandinę.

Pasikeitus srovės stiprumui laidžioje grandinėje, atsiranda e. d.s. saviindukcija, dėl kurios grandinėje atsiranda papildomos srovės, vadinamos papildomos saviindukcijos srovės. Saviindukcijos papildomos srovės, pagal Lenco taisyklę, visada nukreipiamos taip, kad būtų išvengta srovės pokyčių grandinėje, tai yra, jos nukreipiamos priešingai šaltinio sukurtai srovei. Kai srovės šaltinis yra išjungtas, papildomos srovės turi tokią pačią kryptį kaip ir silpnėjanti srovė. Vadinasi, induktyvumo buvimas grandinėje sulėtina srovės išnykimą arba atsiradimą grandinėje.

Panagrinėkime srovės išjungimo procesą grandinėje, kurioje yra srovės šaltinis su emf. , varžos rezistorius R ir induktorių L. Veikiant išorinei e. d.s. grandinėje teka nuolatinė srovė

(neatsižvelgiame į vidinę srovės šaltinio varžą).

Vienu metu t=0 išjungti dabartinį šaltinį. Ritės induktyvumo srovė L pradės mažėti, o tai lems emf atsiradimą. saviindukcija, neleidžianti, pagal Lenco taisyklę, sumažinti srovę. Kiekvienu laiko momentu srovė grandinėje nustatoma pagal Ohmo dėsnį aš= s / R, arba

Padalijus kintamuosius išraiškoje (127.1), gauname šios lygties integravimą per aš(nuo aš 0 iki aš) Ir t(nuo 0 iki t), rasti ln ( aš /aš 0) = – Rt/ L, arba

kur = L/ R - nuolat vadinamas atsipalaidavimo metas. Iš (127.2) išplaukia, kad  yra laikas, per kurį srovės stiprumas sumažėja e kartų.

Taigi, išjungiant srovės šaltinį, srovės stiprumas mažėja pagal eksponentinį dėsnį (127.2) ir nustatomas pagal kreivę 1 pav. 183. Kuo didesnė grandinės induktyvumas ir mažesnė jos varža, tuo didesnis , taigi, lėčiau srovė grandinėje mažėja jai atsidarius.

Kai grandinė uždaryta, be išorinės e. d.s. kyla e. d.s. saviindukcija, neleidžianti, pagal Lenco taisyklę, padidinti srovę. Pagal Ohmo dėsnį arba

Įvesdami naują kintamąjį, šią lygtį transformuojame į formą

kur  yra atsipalaidavimo laikas.

Uždarymo momentu ( t=0) srovė aš = 0 ir u= –. Todėl integruojant per Ir(nuo – iki IR– ) Ir t(nuo 0 iki t), rasti ln[( IR– )]/–= - t/  , arba

kur yra pastovi srovė (at t).

Taigi srovės šaltinio įjungimo proceso metu srovės stiprio padidėjimas grandinėje pateikiamas funkcija (127.3) ir nustatomas pagal 2 kreivę fig. 183. Srovė didėja nuo pradinės reikšmės aš= 0 ir asimptotiškai linksta į pastovios būsenos reikšmę . Srovės kilimo greitis nustatomas pagal tą patį atsipalaidavimo laiką  = L/ R, toks pat kaip ir srovės sumažėjimas. Kuo greičiau sukuriama srovė, tuo mažesnė grandinės induktyvumas ir didesnė jos varža.

Apskaičiuokime emf vertę. savaiminė indukcija, kuri atsiranda akimirksniu padidėjus nuolatinės srovės grandinės varžai nuo R 0 iki R. Tarkime, kad atidarome grandinę, kai joje teka pastovi srovė. Kai grandinė atidaroma, srovė keičiasi pagal (127.2) formulę. Į jį pakeičiant posakį už aš 0 ir  , gauname

E.m.f. saviindukcija

y., žymiai padidėjus grandinės varžai (R/ R 0 >>1), su dideliu induktyvumu, emf. saviindukcija gali būti daug kartų didesnė nei emf. srovės šaltinis, įtrauktas į grandinę. Taigi būtina atsižvelgti į tai, kad grandinė, kurioje yra induktyvumas, negali būti staigiai atidaryta, nes tai (atsiranda reikšminga saviindukcijos emf) gali sukelti izoliacijos gedimą ir matavimo priemonių gedimą. Jei pasipriešinimas palaipsniui įvedamas į grandinę, tada emf. saviindukcija nepasieks didelių verčių.

43. Abipusės indukcijos reiškinys. Transformatorius.

Panagrinėkime du fiksuotus kontūrus (1 ir 2), kurie yra gana arti vienas kito (1 pav.). Jei 1 grandinėje teka srovė I 1, tai šios srovės sukuriamas magnetinis srautas (laukas, sukuriantis šį srautą, parodytas paveikslėlyje ištisinėmis linijomis) yra tiesiogiai proporcingas I 1 . Pažymėkime Ф 21 srauto dalį, kuri prasiskverbia į grandinę 2. Tada (1) kur L 21 yra proporcingumo koeficientas.

1 pav

Jei srovė I 1 keičia savo vertę, tada 2 grandinėje indukuojamas emf. ξ i2, kuris pagal Faradėjaus dėsnį bus lygus ir priešingas ženklu magnetinio srauto Ф 21 kitimo greičiui, kurį sukuria srovė pirmoje grandinėje ir prasiskverbia į antrąją: Panašiai, kai teka srovė I 2 2 grandinėje magnetinis srautas (jo laukas parodytas 1 pav. su smūgiais) prasiskverbia į pirmąjį kontūrą. Jei Ф 12 yra šio srauto, prasiskverbiančio į 1 grandinę, dalis, tada, jei srovė I 2 keičia savo vertę, tada 1 grandinėje indukuojamas emf. ξ i1, kuris yra lygus ir priešingas ženklu magnetinio srauto kitimo greičiui Ф 12, kurį sukuria srovė antroje grandinėje ir prasiskverbia į pirmąją: emf atsiradimo reiškinys. vienoje iš grandinių, kai kitoje keičiasi srovės stiprumas, vadinamas abipusė indukcija. Vadinami proporcingumo koeficientai L 21 ir L 12 grandinių tarpusavio induktyvumas. Skaičiavimai, kuriuos patvirtina patirtis, rodo, kad L 21 ir L 12 yra lygūs vienas kitam, t. y. (2) Proporcingumo koeficientai L 12 ir L 21 priklauso nuo grandinių dydžio, geometrinės formos, santykinės padėties ir nuo magneto. grandines supančios terpės pralaidumas . Abipusio induktyvumo vienetas yra toks pat kaip ir induktyvumo, henry (H). Raskime dviejų ritių, suvyniotų ant bendros toroidinės šerdies, tarpusavio induktyvumą. Šis atvejis turi didelę praktinę reikšmę (2 pav.). Lauko magnetinė indukcija, kurią sukuria pirmoji ritė, kurios apsisukimų skaičius N 1, srovė I 1 ir šerdies magnetinis pralaidumas μ, B = μμ 0 (N 1 I 1 / l) Kur l- šerdies ilgis išilgai vidurinės linijos. Magnetinis srautas per vieną antrosios ritės apsisukimą Ф 2 = BS = μμ 0 (N 1 I 1 / l)S

Tai reiškia, kad bendras magnetinis srautas (srauto jungtis) per antrinę apviją, kurioje yra N 2 posūkių, srautas Ψ sukuriamas srovės I 1, todėl naudojant (1) gauname (3) Jei apskaičiuosime magnetinį srautą, kuris sukuriama ritė nuo 2 iki ritės 1, tada L 12 gauname išraišką pagal (3) formulę. Tai reiškia, kad dviejų ritių, suvyniotų ant bendros toroidinės šerdies, tarpusavio induktyvumas,

Transformatorius(nuo lat. transformo- transformuoti) yra statinis elektromagnetinis įtaisas, turintis dvi ar daugiau induktyviai sujungtų apvijų bet kurioje magnetinė grandinė ir skirtas transformuoti per elektromagnetinė indukcija viena ar kelios kintamosios srovės sistemos (įtampos) į vieną ar kelias kitas kintamosios srovės sistemas (įtampas), nekeičiant kintamosios srovės sistemos dažnio (įtampos)

Elektromagnetinė indukcija yra elektros srovių generavimas magnetiniais laukais, kurie laikui bėgant kinta. Faradėjus ir Henris atrado šį reiškinį, įvedė tam tikrą simetriją elektromagnetizmo pasaulyje. Maxwellas sugebėjo surinkti žinias apie elektrą ir magnetizmą vienoje teorijoje. Jo tyrimai numatė egzistavimą elektromagnetines bangas prieš eksperimentiniai stebėjimai. Hertz įrodė savo egzistavimą ir atvėrė žmonijai telekomunikacijų erą.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-14-210x140..jpg 614w" sizes="(maks. plotis: 600px) 100vw, 600px">

Faradėjaus eksperimentai

Faradėjaus ir Lenco dėsniai

Elektros srovės sukuria magnetinį poveikį. Ar magnetinis laukas gali sukurti elektrinį? Faradėjus atrado, kad norimi efektai atsiranda dėl magnetinio lauko pokyčių laikui bėgant.

Kai laidininką kerta kintamasis magnetinis srautas, jame indukuojama elektrovaros jėga, sukelianti elektros srovę. Srovę generuojanti sistema gali būti nuolatinis magnetas arba elektromagnetas.

Fenomenas elektromagnetinė indukcija valdoma dviejų įstatymų: Faradėjaus ir Lenco.

Lenco dėsnis leidžia apibūdinti elektrovaros jėgą jos krypties atžvilgiu.

Svarbu! Sukeltos EML kryptis yra tokia, kad jos sukelta srovė yra linkusi priešintis ją sukuriančiai priežasčiai.

Faradėjus pastebėjo, kad indukuotos srovės intensyvumas didėja, kai skaičius keičiasi greičiau elektros linijos, kertant kontūrą. Kitaip tariant, EMF elektromagnetinis indukcija tiesiogiai priklauso nuo judančio magnetinio srauto greičio.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-10-768x454..jpg 960w" sizes="(maks. plotis: 600px) 100vw, 600px">

sukeltas emf

Indukuoto emf formulė apibrėžiama taip:

E = - dФ/dt.

„-“ ženklas rodo, kaip sukeltos emf poliškumas yra susijęs su srauto ženklu ir besikeičiančiu greičiu.

Gaunama bendra elektromagnetinės indukcijos dėsnio formuluotė, iš kurios galima išvesti išraiškas ypatingiems atvejams.

Laido judėjimas magnetiniame lauke

Kai l ilgio viela juda MF, turinčiame indukciją B, jo viduje bus sukeltas EML, proporcingas jo linijinis greitis v. Apskaičiuojant EML, naudojama formulė:

• jei laidininkas juda statmenai magnetinio lauko krypčiai:

E = - B x l x v;

• judant kitu kampu α:

E = — B x l x v x sin α.

Indukuota emf ir srovė bus nukreipta ta kryptimi, kurią randame naudodami taisyklę dešine ranka: padėkite ranką statmenai magnetinio lauko linijoms ir nukreipkite ją nykščiu laidininko judėjimo kryptimi EML kryptį galite sužinoti likusiais keturiais ištiesintais pirštais.

Jpg?x15027" alt=" Judantis laidas MP" width="600" height="429">!}

Laido perkėlimas MP

Besisukanti ritė

Elektros generatoriaus veikimas pagrįstas grandinės, esančios MP, turinčios N apsisukimų, sukimu.

EML sukeliama elektros grandinėje, kai ją kerta magnetinis srautas, pagal magnetinio srauto apibrėžimą Ф = B x S x cos α (magnetinė indukcija, padauginta iš paviršiaus ploto, per kurį kerta MF, ir kampo kosinuso, sudarytas vektoriaus B ir tiesė, statmena plokštumai S).

Iš formulės matyti, kad F gali keistis šiais atvejais:

• MF intensyvumo pokyčiai – vektorius B;
• kontūro ribojamas plotas skiriasi;
• pakinta orientacija tarp jų, nurodyta kampu.

Pirmuosiuose Faradėjaus eksperimentuose indukuotos srovės buvo gautos keičiant magnetinį lauką B. Tačiau galima sukelti emf nejudinant magneto ir nekeičiant srovės, o tiesiog sukant ritę aplink savo ašį MF. IN šiuo atveju magnetinis srautas kinta dėl kampo α pasikeitimo. Kai ritė sukasi, ji kerta MF linijas ir atsiranda EML.

Jei ritė sukasi tolygiai, atsiranda šis periodinis pokytis periodinis pokytis magnetinis srautas. Arba MP lauko linijų, kertamų kas sekundę, skaičius vienodos vertės reguliariais intervalais.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-10-768x536..jpg 900w" sizes="(maks. plotis: 600px) 100vw, 600px">

Kontūro pasukimas MP

Svarbu! Sukeltas emf laikui bėgant keičiasi kartu su orientacija iš teigiamos į neigiamą ir atvirkščiai. Grafinis vaizdavimas EMF yra sinusoidinė linija.

Už EMF formulės elektromagnetinė indukcija naudojama tokia išraiška:

E = B x ω x S x N x sin ωt, kur:

• S – plotas ribojamas vienu posūkiu arba rėmu;
• N – apsisukimų skaičius;
• ω – kampinis greitis, su kuria sukasi ritė;
• B – MP indukcija;
• kampas α = ωt.

Praktiškai kintamosios srovės generatoriuose ritė dažnai lieka stacionari (statorius), o elektromagnetas sukasi aplink jį (rotorius).

Savęs sukeltas emf

Kai jis praeina per ritę AC, jis sukuria kintamą MF, kuris turi kintantį magnetinį srautą, kuris sukelia emf. Šis efektas vadinamas saviindukcija.

Kadangi MF yra proporcingas srovės intensyvumui, tada:

čia L – induktyvumas (H), nustatomas geometriniais dydžiais: ilgio vieneto apsisukimų skaičius ir jų skerspjūvio matmenys.

Indukuoto emf formulė yra tokia:

E = - L x dI/dt.

Abipusė indukcija

Jei dvi ritės yra viena šalia kitos, tai jose indukuojama abipusės indukcijos emf, priklausomai nuo abiejų grandinių geometrijos ir jų orientacijos viena kitos atžvilgiu. Didėjant grandinių atsiskyrimui, abipusis induktyvumas mažėja, nes mažėja jas jungiantis magnetinis srautas.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-5.jpg 680w" sizes="(maks. plotis: 600px) 100vw, 600px">

Abipusė indukcija

Tegul būna dvi ritės. Srovė I1 teka per vienos ritės laidą su N1 apsisukimų, sukuriant MF, einantį per ritę su N2 apsisukimais. Tada:

1. Antrosios ritės abipusis induktyvumas, palyginti su pirmąja:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Magnetinis srautas:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Raskime indukuotą emf:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. EML identiškai sukeliama pirmoje ritėje:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Svarbu! Elektrovaros jėga, kurią sukelia abipusė indukcijos vienoje ritėje, visada yra proporcinga elektros srovės pokyčiui kitoje.

Abipusis induktyvumas gali būti laikomas lygiu:

M12 = M21 = M.

Atitinkamai, E1 = - M x dI2/dt ir E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

kur K yra dviejų induktyvybių sujungimo koeficientas.

Abipusės indukcijos reiškinys naudojamas transformatoriuose - elektriniuose įrenginiuose, kurie leidžia keisti kintamos elektros srovės įtampos vertę. Prietaisą sudaro dvi ritės, apvyniotos aplink vieną šerdį. Srovė, esanti pirmojoje, sukuria kintantį MF magnetinėje grandinėje ir elektros srovę kitoje ritėje. Jei pirmosios apvijos apsisukimų skaičius yra mažesnis nei kitos, įtampa didėja ir atvirkščiai.

Panagrinėkime, kaip ir išvedant kontūro judinimo darbo išraišką, plokščią kontūrą su EML šaltiniu, kurio viena pusė yra judama (žr. 2 pav.).

Šaltinis iš EMF lygus sukuria srovę grandinėje, tuo pačiu išvystydama galią, lygią . Ši galia virsta šiluma pagal Džaulio-Lenco dėsnį. Remdamiesi energijos tvermės dėsniu, rašome:

Dabar sužadinkime vienodą magnetinį lauką, nukreiptą nuo mūsų už piešinio. Vektorius sutampa su teigiama kontūro normalia, todėl magnetinis srautas yra teigiamas. Pagal Ampero dėsnį kiekvienas grandinės elementas patirs jėgą iš magnetinio lauko. Judančioji grandinės pusė patirs grynąją jėgą. Dabar leiskime judamąjai pusei, veikiant šiai jėgai, judėti į dešinę pastovus greitis .

Tuo pačiu metu, kadangi yra elektromagnetinės indukcijos reiškinys (galų gale, magnetinis srautas per uždarą grandinę keičiasi), srovė grandinėje pasikeis ir taps . Susidaranti jėga, veikianti judančiąją pusę, atitinkamai pasikeis. Ji taps.

Ši jėga atliks darbą per laiką, lygų:

Tačiau pagal Ampero dėsnį ši jėga yra lygi:

Todėl kūrinio išraiška bus tokia:

tie. anksčiau gautas rezultatas.

Kaip ir stacionarių grandinės elementų atveju, darbo šaltinis yra srovės šaltinis, emf šaltinis.

Stacionarių grandinės elementų atveju visas EMF šaltinio atliktas darbas paverčiamas šiluma.

Judančios pusės atveju Lenz-Joule šiluma taip pat bus išleista, tačiau kitaip, nes . Ir, be to, tai taip pat bus įvykdyta mechaninis darbas, išraiška, kurią apibrėžėme aukščiau.

Pagal energijos tvermės dėsnį dabar turime parašyti:

Iš čia gauname:

Palyginus gautą išraišką su Ohmo dėsniu visai grandinei -, darome išvadą, kad gautas emf, veikiantis grandinėje, yra lygus:

Taigi gauname, kad indukuota emf yra lygi:

kur „-“ ženklas atspindi Lenco taisyklę.

Elektroninis sukeltos emf atsiradimo mechanizmas

Dar kartą apsvarstykime aukščiau pateiktą grandinę, parodytą Fig. 3. Bet dabar manysime, kad šaltinio nėra. Tie. magnetiniame lauke yra grandinė su judančia puse (žr. 3 pav.).

Skirtingai nei ankstesniu atveju, judančią pusę judinsime tam tikru greičiu. Tokiu atveju judančios pusės viduje esančius krūvius (juk tai yra laidininkas ir jame yra judančių krūvių) veiks Lorenco jėga, nukreipta išilgai laidininko:

Palyginus šią išraišką su jėgos, veikiančios krūvį, esantį elektriniame intensyvumo lauke, išraiška, darome išvadą, kad šios Lorenco jėgos veikimas yra lygiavertis veikimui. elektrinis laukas su įtampa

Šis laukas nėra elektrostatinės kilmės, todėl jo cirkuliacija uždarame kontūre skiriasi nuo nulio ir duos indukuoto emf reikšmę:

Tai yra, mes gavome tą patį rezultatą iki ženklo.

Apsistokime ties kai kuriais punktais.

1. Aukščiau sakėme, kad Lorenco jėgos veikimas yra lygiavertis elektrinio lauko veikimui.

Tai ne tik paviršutiniška analogija. Ši išvada turi gilią fizinę prasmę.

Tiesą sakant, pereikime prie atskaitos sistemos, susijusios su judančiu laidininku. Tada sakysime, kad Lorenco jėgos nėra, nes krūviai šioje atskaitos sistemoje yra ramybės būsenoje. Tačiau tuo pačiu metu yra elektrinis laukas, kurio įtakoje krūviai juda.

Kartu turėsime pripažinti, kad šis elektrinis laukas atsiranda dėl judančio magnetinio lauko (juk šiame atskaitos rėme magnetinis laukas juda).

Taigi jau darome išvadą, kad kintantis magnetinis laukas sukuria elektrinį lauką. Tai yra, mes priėjome prie minties apie laukų ryšį ir jų neatskiriamą vienybę.

2. Anksčiau akcentavome ir kalbėjome apie tai, kad Lorenco jėga negamina darbo.

Tuo pačiu metu čia atsižvelgiama į indukuotą emf, kuris yra darbo matas, pagrįstas Lorenco jėgos išraiška. Kas atsitiko?

Faktas yra tas, kad skaičiavimuose mes ėmėme ne visą Lorenco jėgą, o tik išilginę (išilgai judančios pusės) jėgos komponentą: . Tiesą sakant, kadangi krūviai juda išilgai laidininko užsakytu greičiu (elektros srovė), yra ir skersinė Lorenco jėgos komponentė (kuri neturi įtakos EML, žr. 4 pav.). Vadinasi, visa jėga Lorentzas bus lygus:

Šios jėgos veikimo išraiška gali būti pavaizduota taip:

Antrasis terminas imamas su minuso ženklu, nes jėga nukreipta prieš greitį, prieš judėjimą. Pakeitę jėgų išraiškas į darbo išraišką, gauname.

Elektrovaros jėgos (EMF) atsiradimą kūnuose, judančiuose magnetiniame lauke, nesunku paaiškinti, jei prisiminsime Lorenco jėgos egzistavimą. Tegul strypas juda vienodame magnetiniame lauke su indukcija 1 pav. Tegul strypo () judėjimo greičio kryptis yra statmena viena kitai.

Tarp 1 ir 2 strypo taškų indukuojamas emf, kuris nukreipiamas iš taško 1 į tašką 2. Strypo judėjimas – tai teigiamų ir neigiamų krūvių, kurie yra šio kūno molekulių dalis, judėjimas. Krūviai juda kartu su kūnu strypo judėjimo kryptimi. Magnetinis laukas veikia krūvius naudodamas Lorenco jėgą, bandydamas judėti teigiami krūviai link 2 punkto ir neigiami krūviaiį priešingą strypo galą. Taigi Lorenco jėgos veikimas sukuria indukuotą emf.

Jei metalinis strypas juda magnetiniame lauke, tada teigiami jonai, būdamas mazguose kristalinė gardelė, negali judėti išilgai strypo. Šiuo atveju judriųjų elektronų perteklius kaupiasi strypo gale netoli taško 1. Priešingame strypo gale pritrūks elektronų. Rodoma įtampa lemia indukuotą emf.

Jei judantis strypas pagamintas iš dielektriko, krūvių atskyrimas veikiant Lorenco jėgai sukelia jo poliarizaciją.

Indukuota emf bus lygi nuliui, jei laidininkas judės lygiagrečiai vektoriaus krypčiai (ty kampas tarp ir yra lygus nuliui).

Indukcija emf tiesiame laidininke, judančiame magnetiniame lauke

Gauname indukuotos emf apskaičiavimo formulę, kuri atsiranda tiesus laidininkas, kurio ilgis l, magnetiniame lauke juda lygiagrečiai sau (2 pav.). Tegul v - momentinis greitis laidininkas, tada laikui bėgant jis apibūdins plotą, lygų:

Tokiu atveju laidininkas kirs visas magnetinės indukcijos linijas, kurios praeina per trinkelę. Gauname, kad magnetinio srauto () pokytis per grandinę, į kurią patenka judantis laidininkas:

kur yra magnetinės indukcijos dedamoji, statmena plotui. Pakeiskime (2) išraišką į pagrindinį elektromagnetinės indukcijos dėsnį:

Šiuo atveju indukcijos srovės kryptis nustatoma pagal Lenco dėsnį. Tai yra, indukuota srovė turi tokią kryptį, kad mechaninė jėga, kuris veikia laidininką, lėtina laidininko judėjimą.

Indukcinė emf plokščioje ritėje, besisukančioje magnetiniame lauke

Jei plokščia ritė sukasi vienodame magnetiniame lauke, jos sukimosi kampinis greitis yra lygus , sukimosi ašis yra ritės plokštumoje ir , tada indukuotą emf galima rasti taip:

kur S yra ritės apribotas plotas; - ritės saviindukcijos srautas; - kampinis greitis; () - kontūro sukimosi kampas. Reikėtų pažymėti, kad išraiška (5) galioja, kai sukimosi ašis sudaro stačią kampą su vektoriaus kryptimi išorinis laukas.

Jei besisukantis rėmas turi N apsisukimų ir jo savaiminės indukcijos galima nepaisyti, tada:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS