Дэлгэрэнгүй Ангилал: Цахилгаан ба соронзон 2015-05-24 20:43 Үзсэн: 6301

Цахилгаан ба соронзон үзэгдлүүд хоорондоо нягт холбоотой. Хэрэв гүйдэл нь соронзон үүсгэдэг бол эсрэг үзэгдэл байх ёстой - соронз хөдөлж байх үед цахилгаан гүйдэл үүсэх. Энэ бол 1822 онд лабораторийн өдрийн тэмдэглэлдээ "Соронзон хүчийг цахилгаан болгон хувиргах" гэж бичсэн англи эрдэмтэн Майкл Фарадейгийн үндэслэл юм.

Энэ үйл явдлын өмнө Данийн физикч Ханс Кристиан Эрстед цахилгаан соронзон үзэгдлийг нээж, гүйдэл дамжуулагчийн эргэн тойронд соронзон орон үүссэнийг нээсэн юм. Фарадей олон жилийн турш янз бүрийн туршилт хийсэн боловч анхны туршилтууд нь түүнд амжилт авчирсангүй. Гол шалтгаан нь хувьсах соронзон орон л цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг гэдгийг эрдэмтэн мэддэггүй байсан. Бодит үр дүнд зөвхөн 1831 онд хүрсэн.

Фарадейгийн туршилтууд

Зураг дээр дарна уу

1931 оны 8-р сарын 29-нд хийсэн туршилтаар эрдэмтэн төмрийн эсрэг талд утсаар ороосон.нимгэн цагираг. Тэрээр гальванометрт нэг утсыг холбосон. Хоёрдахь утсыг зайнд холбосон энэ мөчид гальванометрийн зүү огцом хазайж, анхны байрлалдаа буцаж ирэв. Батерейтай контактыг нээх үед ижил зураг ажиглагдсан. Энэ нь хэлхээнд цахилгаан гүйдэл гарч ирсэн гэсэн үг юм. Энэ нь эхний утасны эргэлтээс үүссэн соронзон орны шугамууд хоёр дахь утасны эргэлтийг гаталж, тэдгээрийн дотор гүйдэл үүсгэсний үр дүнд үүссэн.

Фарадейгийн туршилт

Хэдэн долоо хоногийн дараа байнгын соронзтой туршилт хийжээ. Фарадей гальванометрийг зэс утсан ороомогтой холбосон. Дараа нь тэр хурц хөдөлгөөнөөр цилиндр хэлбэртэй соронзон саваа дотогшоо түлхэв. Энэ мөчид гальванометрийн зүү мөн огцом савлав. Саваа ороомогоос салгахад сум нь бас эргэлдсэн боловч эсрэг чиглэлд байв. Энэ нь соронзыг ороомогоос түлхэх эсвэл түлхэх болгонд тохиолддог. Өөрөөр хэлбэл, соронзон хөдөлж байх үед хэлхээнд гүйдэл гарч ирэв. Ийнхүү Фарадей “соронзон хүчийг цахилгаан болгон хувиргаж” чадсан юм.

Фарадей лабораторид

Дотор нь байнгын соронзны оронд гүйдлийн эх үүсвэрт холбогдсон өөр ороомог хөдөлгөвөл ороомог дахь гүйдэл мөн гарч ирнэ.

Эдгээр бүх тохиолдолдболсон ороомгийн хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгалын өөрчлөлт нь хаалттай хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсэхэд хүргэсэн. Энэ бол үзэгдэл юм цахилгаан соронзон индукц , мөн одоогийн байна өдөөгдсөн гүйдэл .

Цахилгаан хөдөлгөгч хүчийг (EMF) ашиглан боломжит зөрүүгээр хангаж байвал хаалттай хэлхээнд гүйдэл байдаг гэдгийг мэддэг. Тиймээс хэлхээний соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд ийм EMF үүсдэг. гэж нэрлэдэг өдөөгдсөн emf .

Фарадейгийн хууль

Майкл Фарадей

Цахилгаан соронзон индукцийн хэмжээ нь соронзон урсгал яагаад өөрчлөгдөж байгаа шалтгаанаас хамаардаггүй - соронзон орон өөрөө өөрчлөгдөх эсвэл хэлхээ нь хөдөлж байгаа эсэх. Энэ нь хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдаас хамаарна.

Хаана ε – контурын дагуу ажилладаг EMF;

Ф В - соронзон урсгал.

Хувьсах соронзон орон дахь ороомгийн EMF-ийн хэмжээ нь түүний эргэлтийн тоо болон соронзон урсгалын хэмжээнээс хамаарна. Энэ тохиолдолд Фарадейгийн хууль дараах байдалтай байна.

Хаана Н – эргэлтийн тоо;

Ф В – нэг эргэлтээр дамжих соронзон урсгал;

Ψ – урсгалын холболт, эсвэл ороомгийн бүх эргэлттэй харилцан холбогдсон нийт соронзон урсгал.

Ψ = Н Ф би

Ф би – нэг эргэлтээр дамжин өнгөрөх урсгал.

Хэрэв энэ соронзны хөдөлгөөний хурд өндөр байвал сул соронзон ч гэсэн их хэмжээний индукцийн гүйдэл үүсгэж болно.

Индукцийн гүйдэл нь дамжуулагчийг дайрч өнгөрөх соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд гарч ирдэг тул энэ нь хөдөлгөөнгүй соронзон орон дотор хөдөлдөг дамжуулагч дээр ч гарч ирнэ. Энэ тохиолдолд индукцийн гүйдлийн чиглэл нь дамжуулагчийн хөдөлгөөний чиглэлээс хамаардаг бөгөөд баруун гарын дүрмээр тодорхойлогддог. Хэрэв та баруун гарынхаа далдууг соронзон орны шугамд оруулахаар байрлуулж, эрхий хуруу нь дамжуулагчийн хөдөлгөөний чиглэлийг 90 0-оор нугалж байвал сунгасан 4 хуруу нь индукцийн чиглэлийг заана. EMF ба дамжуулагч дахь гүйдлийн чиглэл».

Лензийн дүрэм

Эмили Христианович Ленц

Индукцийн гүйдлийн чиглэлийг ийм гүйдэл үүсэх бүх тохиолдолд хэрэглэх дүрмээр тодорхойлно. Энэ дүрмийг Балтийн гаралтай Оросын физикч боловсруулсанЭмили Христианович Ленц: " Хаалттай хэлхээнд үүссэн индукцийн гүйдэл нь ийм чиглэлтэй бөгөөд түүний үүсгэсэн соронзон урсгал нь энэ гүйдлийн улмаас үүссэн соронзон урсгалын өөрчлөлтийг эсэргүүцдэг.

Эрдэмтэн туршилтын үр дүнд үндэслэн ийм дүгнэлт хийсэн гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Ленц чөлөөтэй эргэдэг хөнгөн цагаан хавтангаас бүрдэх төхөөрөмжийг бүтээсэн бөгөөд түүний нэг төгсгөлд хөнгөн цагааны цул цагираг, нөгөө талд нь ховилтой цагираг бэхлэгдсэн байв.

Хэрэв соронзыг хатуу цагираг руу ойртуулсан бол түүнийг түлхэж, "зугтаж" эхэлдэг.

Зураг дээр дарна уу

Соронз холдох үед бөгж түүнийг гүйцэх гэж оролдов.

Зураг дээр дарна уу

Зүссэн цагирагтай ийм зүйл ажиглагдаагүй.

Эхний тохиолдолд индукцийн гүйдэл нь соронзон орон үүсгэдэг, индукцийн шугамууд нь гадаад соронзон орны индукцийн шугамын эсрэг чиглэсэн байдаг гэж Ленц үүнийг тайлбарлав. Хоёрдахь тохиолдолд индукцийн гүйдлийн улмаас үүссэн соронзон орны индукцийн шугамууд нь байнгын соронзон орны индукцийн шугамтай давхцдаг. Зүссэн цагирагт индукцийн гүйдэл үүсэхгүй тул соронзтой харьцаж чадахгүй.

Лензийн дүрмийн дагуу гадаад соронзон урсгал нэмэгдэхэд индукц гүйдэл нь ийм чиглэлтэй байх бөгөөд түүний үүсгэсэн соронзон орон ийм өсөлтөөс сэргийлнэ. Хэрэв гадны соронзон урсгал буурвал индукцийн гүйдлийн соронзон орон нь түүнийг дэмжиж, буурахаас сэргийлнэ.

Цахилгаан гүйдлийн генератор

Оруулагч

Фарадей цахилгаан соронзон индукцийг нээсэн нь энэ үзэгдлийг практикт ашиглах боломжийг олгосон.

Хэрэв та ороомог бо-оор эргүүлбэл юу болох вэ Хөдөлгөөнгүй соронзон орон дахь металл утсыг илүү эргүүлэх үү? Ороомог хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгал байнга өөрчлөгдөнө. Үүний дотор цахилгаан соронзон индукцийн EMF үүсэх болно. Энэ нь ийм загвар нь цахилгаан гүйдэл үүсгэх боломжтой гэсэн үг юм. Хувьсах гүйдлийн генераторын ажиллагаа нь энэ зарчим дээр суурилдаг.

Генератор нь ротор ба статор гэсэн 2 хэсгээс бүрдэнэ. Ротор нь хөдөлгөөнт хэсэг юм. Бага чадлын генераторуудад байнгын соронз ихэвчлэн эргэлддэг. Хүчирхэг генераторууд байнгын соронзны оронд цахилгаан соронзон ашигладаг. Эргэлтийн үед ротор нь өөрчлөгдөж буй соронзон урсгалыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь генераторын суурин хэсэг - статорын ховилд байрлах ороомгийн эргэлтэнд цахилгаан индукцийн гүйдэл үүсгэдэг. Роторыг мотороор удирддаг. Энэ нь уурын хөдөлгүүр, усны турбин гэх мэт байж болно.

Трансформатор

Энэ нь магадгүй цахилгаан гүйдэл ба хүчдэлийг хөрвүүлэх зориулалттай цахилгаан инженерийн хамгийн түгээмэл төхөөрөмж юм. Трансформаторыг радио инженерчлэл, электроникийн салбарт ашигладаг. Тэдгээргүйгээр цахилгаан эрчим хүчийг хол зайд дамжуулах боломжгүй юм.

Хамгийн энгийн трансформатор нь нийтлэг металл цөмтэй хоёр ороомогоос бүрдэнэ. Ороомогуудын аль нэгэнд нийлүүлсэн хувьсах гүйдэл нь түүний дотор хувьсах соронзон орон үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цөмөөр нэмэгддэг. Энэ талбайн соронзон урсгал нь хоёр дахь ороомгийн эргэлтийг нэвтлэн дотор нь индукцийн цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг. Өдөөгдсөн EMF-ийн хэмжээ нь эргэлтүүдийн тооноос хамаардаг тул ороомог дахь тэдгээрийн харьцааг өөрчилснөөр гүйдлийн хэмжээг мөн өөрчилж болно. Энэ нь жишээлбэл, цахилгаан эрчим хүчийг хол зайд дамжуулахад маш чухал юм. Эцсийн эцэст, тээвэрлэлтийн явцад утаснууд халдаг тул их хэмжээний алдагдал гардаг. Трансформатор ашиглан гүйдлийг бууруулснаар эдгээр алдагдлыг бууруулна. Гэхдээ тэр үед хурцадмал байдал нэмэгддэг. Эцсийн шатанд доош буулгах трансформаторыг ашиглан хүчдэл буурч, гүйдэл нэмэгддэг. Мэдээжийн хэрэг, ийм трансформаторууд нь илүү төвөгтэй байдаг.

Индукцийн гүйдэл үүсгэхийг оролдсон цорын ганц хүн бол Фарадей биш гэдгийг хэлэх ёстой. Үүнтэй төстэй туршилтыг Америкийн алдарт физикч Жозеф Хенри хийсэн. Тэрээр Фарадейтэй бараг нэгэн зэрэг амжилтанд хүрч чадсан. Гэвч Фарадей Генригийн өмнө нээлтийнхээ тухай мэдээ нийтэлснээр түүний өмнө байсан юм.

Цахилгаан соронзон индукцийн үр дүнд цахилгаан гүйдэл үүсэх нь ажиглагдсан зарим энгийн туршилтуудыг эргэн санацгаая.

Эдгээр туршилтуудын нэгийг Зураг дээр үзүүлэв. 253. Хэрэв олон тооны эргэлтээс бүрдсэн ороомогыг соронз дээр хурдан тавьж эсвэл сугалж авбал (Зураг 253, а) түүний дотор богино хугацааны индукцийн гүйдэл үүсдэг бөгөөд үүнийг шидэлтээр илрүүлэх боломжтой. ороомгийн төгсгөлд холбогдсон гальванометрийн зүүний . Хэрэв соронзыг ороомог руу хурдан түлхэж эсвэл түүнээс гаргаж авбал ижил зүйл тохиолддог (Зураг 253, b). Зөвхөн ороомгийн харьцангуй хөдөлгөөн ба соронзон орны хамаарал нь тодорхой. Энэ хөдөлгөөн зогсоход гүйдэл зогсдог.

Цагаан будаа. 253. Ороомог ба соронзны харьцангуй хөдөлгөөнөөр ороомог дотор индукцийн гүйдэл үүснэ: a) ороомог соронзон дээр тавигдана; б) соронз нь ороомог руу шилждэг

Одоо индукцийн гүйдэл үүсэх нөхцлийг илүү ерөнхий хэлбэрээр томъёолох боломжийг олгох хэд хэдэн нэмэлт туршилтуудыг авч үзье.

Эхний цуврал туршилтууд: индукцийн хэлхээ (ороомог эсвэл хүрээ) байрладаг талбайн соронзон индукцийг өөрчлөх.

Ороомог нь соронзон орон дотор, жишээлбэл, solenoid дотор (Зураг 254, а) эсвэл цахилгаан соронзон туйлуудын хооронд (Зураг 254, б) байрладаг. Ороомог нь түүний эргэлтийн хавтгай нь соленоид эсвэл цахилгаан соронзон соронзон орны шугамд перпендикуляр байхаар суулгая. Бид ороомгийн гүйдлийн хүчийг хурдан өөрчлөх (реостат ашиглан) эсвэл зүгээр л гүйдлийг унтрааж, асаах (түлхүүр ашиглан) талбайн соронзон индукцийг өөрчлөх болно. Соронзон талбайн өөрчлөлт бүрт гальванометрийн зүү нь огцом сэргэлтийг өгдөг; энэ нь ороомгийн хэлхээнд индукцийн цахилгаан гүйдэл үүсч байгааг харуулж байна. Соронзон орон хүчирхэгжих (эсвэл гарч ирэх) үед нэг чиглэлд гүйдэл гарч ирэх бөгөөд сулрах (эсвэл алга болох) үед эсрэг чиглэлд гүйдэл гарч ирнэ. Одоо ижил туршилтыг хийж, ороомогыг суурилуулж, түүний эргэлтийн хавтгай нь соронзон орны шугамын чиглэлтэй параллель байх болно (Зураг 255). Туршилт нь сөрөг үр дүнг өгөх болно: бид талбайн соронзон индукцийг хэрхэн өөрчлөхөөс үл хамааран ороомгийн хэлхээнд индукцийн гүйдлийг илрүүлэхгүй.

Цагаан будаа. 254. Ороомог эргэлтүүдийн хавтгай нь соронзон орны шугамд перпендикуляр байвал соронзон индукц өөрчлөгдөхөд индукцтэй гүйдэл үүснэ: a) ороомог ороомог дахь ороомог; б) цахилгаан соронзон орон дахь ороомог. Шилжүүлэгчийг хааж нээх үед эсвэл хэлхээний гүйдэл өөрчлөгдөх үед соронзон индукц өөрчлөгддөг

Цагаан будаа. 255. Ороомгийн эргэлтийн хавтгай нь соронзон орны шугамтай параллель байвал индукцийн гүйдэл үүсэхгүй.

Хоёр дахь цуврал туршилт: тогтмол соронзон орон дээр байрлах ороомгийн байрлалыг өөрчлөх.

Ороомог соронзон орон нь жигд байдаг соленоидын дотор байрлуулж, талбайн чиглэлд перпендикуляр тэнхлэгийн эргэн тойронд тодорхой өнцгөөр хурдан эргүүлье (Зураг 256). Ийм эргэлтийн үед ороомогтой холбосон гальванометр нь индукцийн гүйдлийг илрүүлдэг бөгөөд түүний чиглэл нь ороомгийн анхны байрлал ба эргэлтийн чиглэлээс хамаарна. Ороомог бүрэн 360 ° эргэх үед индукцийн гүйдлийн чиглэл хоёр удаа өөрчлөгддөг: ороомог нь түүний хавтгай нь соронзон орны чиглэлд перпендикуляр байх байрлалыг өнгөрөх бүрд. Мэдээжийн хэрэг, хэрэв та ороомогыг маш хурдан эргүүлбэл индукцийн гүйдэл нь чиглэлээ маш олон удаа өөрчлөх тул ердийн гальванометрийн зүү эдгээр өөрчлөлтийг дагах цаг гарахгүй бөгөөд өөр, илүү "дуулгавартай" төхөөрөмж хэрэгтэй болно.

Цагаан будаа. 256. Соронзон талбарт ороомог эргэх үед түүний дотор индукцийн гүйдэл үүснэ.

Гэсэн хэдий ч ороомог нь талбайн чиглэлтэй харьцуулахад эргэдэггүй, харин зөвхөн талбайн дагуу аль ч чиглэлд, түүнийг хөндлөн эсвэл талбайн чиглэлийн аль ч өнцгөөр өөртэйгөө параллель хөдөлдөг бол . индукцийн гүйдэл үүсэхгүй. Дахин нэг удаа онцолж хэлье: ороомогыг хөдөлгөх туршилтыг нэг төрлийн талбайд (жишээлбэл, урт соленоидын дотор эсвэл дэлхийн соронзон орон дотор) хийдэг. Хэрэв талбар нь жигд бус байвал (жишээлбэл, соронзон эсвэл цахилгаан соронзон туйлын ойролцоо) ороомгийн аливаа хөдөлгөөнийг нэг тохиолдлоос бусад тохиолдолд индукцийн гүйдэл дагалдаж болно: индукцийн гүйдэл нь тийм биш юм. Хэрэв ороомог нь түүний хавтгай нь талбайн чиглэлтэй үргэлж параллель байхаар хөдөлж байвал (өөрөөр хэлбэл соронзон орны шугам ороомог дундуур өнгөрөхгүй) үүсдэг.

Гурав дахь цуврал туршилт: тогтмол соронзон орон дахь хэлхээний талбайг өөрчлөх.

Үүнтэй төстэй туршилтыг дараах схемийн дагуу хийж болно (Зураг 257). Соронзон талбарт, жишээлбэл, том цахилгаан соронзонгийн туйлуудын хооронд бид уян утсаар хийсэн хэлхээг байрлуулдаг. Контурыг эхлээд тойрог хэлбэртэй болго (Зураг 257a). Гараа хурдан хөдөлгөхөд та контурыг нарийн гогцоо болгон чангалж, ингэснээр түүний хамрах талбайг мэдэгдэхүйц багасгах боломжтой (Зураг 257, b). Гальванометр нь индукцийн гүйдэл үүсэхийг харуулах болно.

Цагаан будаа. 257. Тогтмол соронзон орон дотор байрлах ба соронзон орны шугамд перпендикуляр байрлах хэлхээний талбай нь өөрчлөгдвөл (соронзон орон нь ажиглагчаас холддог) ороомогт индукцийн гүйдэл үүснэ.

Зурагт үзүүлсэн схемийн дагуу контурын талбайг өөрчлөх туршилт хийх нь илүү тохиромжтой. 258. Соронзон талбарт нэг тал нь (258-р зурагт) хөдөлгөөнтэй хийгдсэн хэлхээ байдаг. Хөдөлгөөн хийх бүрт гальванометр нь хэлхээнд индукцийн гүйдэл үүсч байгааг илрүүлдэг. Түүгээр ч барахгүй зүүн тийш (нэмэгдэх талбай) индукцийн гүйдэл нь нэг чиглэлтэй, баруун тийш (багарах талбар) - эсрэг чиглэлд байна. Гэсэн хэдий ч, энэ тохиолдолд ч гэсэн хэлхээний хавтгай нь соронзон орны чиглэлтэй параллель байвал хэлхээний талбайг өөрчлөх нь ямар ч индукц гүйдэл үүсгэдэггүй.

Цагаан будаа. 258. Саваа хөдөлж, үүний үр дүнд соронзон орон дахь хэлхээний талбай өөрчлөгдөхөд хэлхээнд гүйдэл үүснэ.

Тайлбарласан бүх туршилтыг харьцуулж үзвэл бид индукцийн гүйдэл үүсэх нөхцөлийг ерөнхий хэлбэрээр томъёолж болно. Бүх авч үзсэн тохиолдлуудад бид соронзон орон дээр байрлуулсан хэлхээтэй байсан бөгөөд хэлхээний хавтгай нь соронзон индукцийн чиглэлтэй нэг буюу өөр өнцөг үүсгэх боломжтой байв. Контураар хязгаарлагдсан талбайг , талбайн соронзон индукцийг , соронзон индукцийн чиглэл ба контурын хавтгай хоорондын өнцгийг -ээр тэмдэглэе. Энэ тохиолдолд хэлхээний хавтгайд перпендикуляр байх соронзон индукцийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь магнитудын хувьд тэнцүү байх болно (Зураг 259).

Цагаан будаа. 259. Соронзон индукцийг индукцийн гогцооны хавтгайд перпендикуляр бүрэлдэхүүн хэсэг, энэ хавтгайтай параллель бүрэлдэхүүн хэсэг болгон задлах.

Бид бүтээгдэхүүнийг соронзон индукцийн урсгал, товчоор хэлбэл, хэлхээгээр дамжих соронзон урсгал гэж нэрлэх болно; Бид энэ хэмжээг үсгээр тэмдэглэнэ. Тиймээс,

. (138.1) энэ контурын дагуу өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Тэгэхээр:

Дамжуулах хэлхээгээр соронзон урсгал өөрчлөгдөх бүрт энэ хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсдэг.

Энэ бол байгалийн хамгийн чухал хуулиудын нэг - 1831 онд Фарадей нээсэн цахилгаан соронзон индукцийн хууль юм.

138.1. I ба II ороомог нь нөгөөгийнхөө дотор байрладаг (Зураг 260). Эхний хэлхээнд зай, хоёр дахь хэлхээнд гальванометр орно. Хэрэв эхний ороомог руу төмрийн саваа түлхвэл гальванометр нь хоёр дахь ороомог дахь индукцийн гүйдэл үүсэхийг илрүүлэх болно. Энэ туршлагыг тайлбарла.

Цагаан будаа. 260. Дасгал хийх 138.1

138.2. Утасны хүрээ нь соронзон индукцтэй параллель тэнхлэгийг тойрон жигд соронзон орон дээр эргэлддэг. Үүнд индукцийн гүйдэл гарч ирэх үү?

138.3. Тийм үү e. d.s. машин хөдөлж байх үед ган тэнхлэгийн төгсгөлд байх индукц? Машин ямар чиглэлд явж байна вэ? d.s. хамгийн том ба аль үед хамгийн жижиг вэ? Энэ нь хамааралтай юу? d.s. машины хурдаас үүсэх индукц?

138.4. Машины явах эд анги нь хоёр тэнхлэгийнхээ хамт хаалттай дамжуулагч хэлхээ үүсгэдэг. Машин хөдөлж байх үед гүйдэл үүсдэг үү? Энэ асуудлын хариултыг 138.3 бодлогын үр дүнтэй хэрхэн уялдуулах вэ?

138.5. Яагаад аянга цохих нь заримдаа мэдрэгчтэй цахилгаан хэмжих хэрэгсэлд цохилт өгөх цэгээс хэдэн метрийн зайд гэмтэл учруулж, гэрэлтүүлгийн сүлжээнд гал хамгаалагч хайлдаг байсан бэ?

Эдгээр туршилтуудын нэгийг Зураг дээр үзүүлэв. 253. Хэрэв олон тооны эргэлтээс бүрдсэн ороомогыг соронз дээр хурдан тавьж эсвэл сугалж авбал (Зураг 253, а) түүний дотор богино хугацааны индукцийн гүйдэл үүсдэг бөгөөд үүнийг шидэлтээр илрүүлэх боломжтой. ороомгийн төгсгөлд холбогдсон гальванометрийн зүүний . Хэрэв соронзыг ороомог руу хурдан түлхэж эсвэл түүнээс гаргаж авбал ижил зүйл тохиолддог (Зураг 253, b). Мэдээжийн хэрэг, зөвхөн ороомгийн харьцангуй хөдөлгөөн ба соронзон орон чухал юм. Энэ хөдөлгөөн зогсоход гүйдэл зогсдог.

Цагаан будаа. 253. Ороомог ба соронз хоёрын харьцангуй хөдөлгөөнөөр ороомог дотор индукцийн гүйдэл үүснэ: a) ороомог соронз дээр тавигдана; б) соронз нь ороомог руу шилждэг

Ороомог нь соронзон орон дотор, жишээлбэл, solenoid дотор (Зураг 254, а) эсвэл цахилгаан соронзон туйлуудын хооронд (Зураг 254, б) байрладаг. Ороомог нь түүний эргэлтийн хавтгай нь соленоид эсвэл цахилгаан соронзон соронзон орны шугамд перпендикуляр байхаар суулгая. Бид ороомгийн гүйдлийн хүчийг хурдан өөрчлөх (реостат ашиглан) эсвэл зүгээр л гүйдлийг унтрааж, асаах (түлхүүр ашиглан) талбайн соронзон индукцийг өөрчлөх болно. Соронзон талбайн өөрчлөлт бүрт гальванометрийн зүү нь огцом сэргэлт өгдөг; энэ нь ороомгийн хэлхээнд индукцийн цахилгаан гүйдэл үүсч байгааг харуулж байна. Соронзон орон хүчирхэгжих (эсвэл гарч ирэх) үед нэг чиглэлд гүйдэл гарч ирэх бөгөөд сулрах (эсвэл алга болох) үед эсрэг чиглэлд гүйдэл гарч ирнэ. Одоо ижил туршилтыг хийж, ороомогыг суурилуулж, түүний эргэлтийн хавтгай нь соронзон орны шугамын чиглэлтэй параллель байх болно (Зураг 255). Туршилт нь сөрөг үр дүнг өгөх болно: бид талбайн соронзон индукцийг хэрхэн өөрчлөхөөс үл хамааран ороомгийн хэлхээнд индукцийн гүйдлийг илрүүлэхгүй.

Хоёр дахь цуврал туршилт: тогтмол соронзон орон дээр байрлах ороомгийн байрлалыг өөрчлөх.

Цагаан будаа. 256. Соронзон талбарт ороомог эргэх үед түүний дотор индукцийн гүйдэл үүснэ.

Гурав дахь цуврал туршилт: тогтмол соронзон орон дахь хэлхээний талбайг өөрчлөх.

Үүнтэй төстэй туршилтыг дараах схемийн дагуу хийж болно (Зураг 257). Соронзон талбарт, жишээлбэл, том цахилгаан соронзонгийн туйлуудын хооронд бид уян утсаар хийсэн хэлхээг байрлуулдаг. Контурыг эхлээд тойрог хэлбэртэй болго (Зураг 257, а). Гараа хурдан хөдөлгөхөд та контурыг нарийн гогцоо болгон чангалж, ингэснээр түүний хамрах талбайг мэдэгдэхүйц багасгах боломжтой (Зураг 257, b). Гальванометр нь индукцийн гүйдэл үүсэхийг харуулах болно.

. (138.1)

Бүх авч үзсэн тохиолдлуудад бид соронзон урсгалыг ямар нэгэн байдлаар өөрчилсөн. Зарим тохиолдолд бид соронзон индукцийг өөрчлөх замаар үүнийг хийсэн (Зураг 254); бусад тохиолдолд өнцөг өөрчлөгдсөн (Зураг 256); гуравдугаарт, талбай (Зураг 257). Мэдээжийн хэрэг ерөнхий тохиолдолд хэлхээгээр дамжих соронзон урсгалыг тодорхойлдог эдгээр бүх хэмжигдэхүүнийг нэгэн зэрэг өөрчлөх боломжтой. Төрөл бүрийн индукцийн туршилтыг сайтар судалж үзэхэд зөвхөн соронзон урсгал өөрчлөгдсөн тохиолдолд индукцийн гүйдэл үүсдэг болохыг харуулж байна; Өгөгдсөн хэлхээгээр дамжих соронзон урсгал өөрчлөгдөөгүй хэвээр байвал өдөөгдсөн гүйдэл хэзээ ч үүсэхгүй. Тэгэхээр:

Дамжуулах хэлхээгээр соронзон урсгал өөрчлөгдөх бүрт энэ хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсдэг.

Энэ бол байгалийн хамгийн чухал хуулиудын нэг - 1831 онд Фарадей нээсэн цахилгаан соронзон индукцийн хууль юм.

Цагаан будаа. 260. Дасгал хийх 138.1

Сэдэв 11. ЦАХИЛГААН СОРОНГОНЫ ИНДУКЦИЙН ҮЗЭГДЭЛ.

11.1. Фарадейгийн туршилтууд. Индукцийн гүйдэл. Лензийн дүрэм. 11.2. Өдөөгдсөн emf-ийн хэмжээ.

11.3. Өдөөгдсөн emf-ийн мөн чанар.

11.4. Эргэлтийн цахилгаан орны хүч чадлын векторын эргэлт.

11.5. Бетатрон.

11.6. Токи Фуко.

11.7. Арьсны нөлөө.

11.1. Фарадейгийн туршилтууд. Индукцийн гүйдэл. Лензийн дүрэм.

ХАМТ Соронзон орон ба гүйдлийн хоорондох холбоог олж мэдсэнээс хойш (энэ нь байгалийн хуулиудын тэгш хэмийг баталж байна) олж авахыг олон удаа оролдсон.соронзон орон ашиглан гүйдэл. Энэ асуудлыг Майкл Фарадей 1831 онд шийдсэн. (Америкийн Жозеф Хенри мөн нээсэн боловч үр дүнгээ нийтлэх цаг байсангүй. Ампер мөн нээлтээ мэдэгдсэн боловч үр дүнгээ танилцуулж чадаагүй).

Майкл Фарадей (1791 - 1867) - Английн алдарт физикч. Цахилгаан, соронзон, соронзон оптик, цахилгаан химийн чиглэлээр судалгаа хийх. Цахилгаан моторын лабораторийн загварыг бүтээсэн. Тэрээр хэлхээг хаах, нээх үед нэмэлт гүйдлийг нээж, чиглэлийг нь тогтоосон. Тэрээр электролизийн хуулиудыг нээж, орон ба диэлектрик тогтмол гэсэн ойлголтыг анхлан нэвтрүүлсэн бөгөөд 1845 онд "соронзон орон" гэсэн нэр томъёог ашигласан.

Бусад зүйлсийн дотор М.Фарадей диа ба парамагнетизмын үзэгдлийг нээсэн. Тэрээр соронзон орон дахь бүх материалууд өөр өөр байдаг гэдгийг олж мэдсэн: тэдгээр нь талбайн дагуу (уур ба ферромагнет) эсвэл хөндлөн чиглэгддэг.

талбайнууд нь диамагнит юм.

Фарадейгийн туршилтуудыг сургуулийн физикийн хичээлээс сайн мэддэг: ороомог ба байнгын соронз (Зураг 11.1)

Цагаан будаа. 11.1 Зураг. 11.2

Хэрэв та соронзыг ороомог руу ойртуулбал эсвэл эсрэгээр нь ороомогт цахилгаан гүйдэл үүснэ. Хоёр ороомогтой ижил зүйл: хэрэв нэг ороомогтой хувьсах гүйдлийн эх үүсвэр холбогдсон бол нөгөө ороомогт нь хувьсах гүйдэл гарч ирнэ.

(Зураг 11.2), гэхдээ хоёр ороомог нь цөмтэй холбогдсон тохиолдолд энэ нөлөө хамгийн сайн илэрдэг (Зураг 11.3).

Фарадейгийн тодорхойлолтоор эдгээр туршилтуудын нийтлэг зүйл нь: хэрэв урсгал

Хаалттай дамжуулагч хэлхээнд нэвтэрч буй индукцийн вектор өөрчлөгдөхөд хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсдэг.

Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэгцахилгаан соронзон индукцийн үзэгдэл бөгөөд гүйдэл нь индукц юм . Түүнээс гадна энэ үзэгдэл нь соронзон индукцийн векторын урсгалыг өөрчлөх аргаас бүрэн хамааралгүй юм.

Тиймээс, хөдөлж буй цэнэгүүд (гүйдэл) соронзон орон, хөдөлж буй соронзон орон нь (эргэдэг) цахилгаан орон, үнэн хэрэгтээ индукцийн гүйдэл үүсгэдэг.

Тодорхой тохиолдол бүрийн хувьд Фарадей индукцийн гүйдлийн чиглэлийг зааж өгсөн. 1833 онд Ленц генералыг байгуулжээ гүйдлийн чиглэлийг олох дүрэм:

өдөөгдсөн гүйдэл нь үргэлж ийм гүйдлийн соронзон орон нь өдөөгдсөн гүйдлийг үүсгэдэг соронзон урсгалын өөрчлөлтөөс сэргийлж чиглүүлдэг. Энэ мэдэгдлийг Ленцийн дүрэм гэж нэрлэдэг.

Бүх орон зайг нэгэн төрлийн соронзоор дүүргэх нь индукцийг μ дахин нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Энэ баримт үүнийг баталж байна

өдөөгдсөн гүйдэл нь H эрчим хүчний векторын урсгал биш харин соронзон индукцийн В векторын урсгалын өөрчлөлтөөс үүсдэг.

11.2. Өдөөгдсөн emf-ийн хэмжээ.

Хэлхээнд гүйдэл үүсгэхийн тулд цахилгаан хөдөлгөгч хүч байх ёстой. Иймээс цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдэл нь хэлхээнд соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд индукцийн E i цахилгаан хөдөлгөгч хүч үүсдэгийг харуулж байна. Манай

Даалгавар, энерги хадгалагдах хуулиудыг ашиглан E i утгыг олоод ол

Соронзон орон дахь гүйдэл бүхий хэлхээний 1 - 2-р хөдөлж буй хэсгийн хөдөлгөөнийг авч үзье

B (Зураг 11.4).

Эхлээд B соронзон орон байх ёсгүй. E 0-тэй тэнцүү emf-тэй батерейг үүсгэдэг

одоогийн I 0. Dt хугацааны туршид батерей ажилладаг

dA = E I0 dt(11.2.1)

- энэ ажил нь дулаан болж хувирах бөгөөд үүнийг Жоул-Ленцийн хуулийн дагуу олж болно.

Q = dA = E 0 I0 dt = I0 2 Rdt,

энд I 0 = E R 0, R нь бүхэл хэлхээний нийт эсэргүүцэл юм.

Хэлхээг В индукцтэй жигд соронзон орон дотор байрлуулъя. LinesB ||n ба гүйдлийн чиглэлтэй gimlet дүрмээр холбогдоно. Хэлхээтэй холбоотой FluxF эерэг байна.r

Контурын элемент бүр механик хүчийг мэдэрдэг d F . Хүрээний хөдөлж буй тал нь F 0 хүчийг мэдрэх болно. Энэ хүчний нөлөөн дор 1-2-р хэсэг

υ = dx dt хурдтай хөдөлнө. Энэ тохиолдолд соронзон урсгал бас өөрчлөгдөнө.

индукц.

Дараа нь цахилгаан соронзон индукцийн үр дүнд хэлхээний гүйдэл өөрчлөгдөж, болно

үр дүнд нь). Энэ хүч dt хугацаанд dA ажлыг үүсгэнэ: dA = Fdx = IdФ.

Хүрээний бүх элементүүд хөдөлгөөнгүй байх тохиолдолд ажлын эх үүсвэр нь E 0 байна.

Хөдөлгөөнгүй хэлхээний тусламжтайгаар энэ ажлыг зөвхөн дулаан ялгаруулах хүртэл багасгасан. Манай тохиолдолд дулаан бас ялгарах болно, гэхдээ гүйдэл өөрчлөгдсөн тул өөр хэмжээгээр. Үүнээс гадна механик ажил гүйцэтгэдэг. dt хугацаанд хийсэн нийт ажил нь дараахтай тэнцүү байна.

E 0 Idt = I2 R dt + I dФ

Энэ илэрхийллийн зүүн ба баруун талыг үржүүлнэ

Бид авдаг

Бид E 0 эх үүсвэрээс гадна E i ажиллаж байгаа хэлхээний хувьд үүссэн илэрхийллийг Ом-ын хууль гэж үзэх эрхтэй бөгөөд энэ нь дараахтай тэнцүү байна.




Хэлхээний индукцийн EMF (E i)	соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай тэнцүү

энэ хэлхээгээр дамжих индукц.

Хэлхээний өдөөгдсөн EMF-ийн энэхүү илэрхийлэл нь соронзон индукцийн урсгалыг өөрчлөх аргаас үл хамааран бүрэн бүх нийтийнх бөгөөд үүнийг нэрлэдэг.

Фарадейгийн хууль.

(-) тэмдэг - математик илэрхийлэлИндукцийн гүйдлийн чиглэлийн талаархи Ленцийн дүрэм: өдөөгдсөн гүйдэл нь түүний талбарт үргэлж чиглэгддэг

анхны соронзон орны өөрчлөлтийг эсэргүүцэх.

Индукцийн гүйдлийн чиглэл ба d dt Ф чиглэл нь хамааралтай Гимлет дүрэм(Зураг 11.5).

Өдөөгдсөн emf-ийн хэмжээ: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Хэрэв хэлхээ нь хэд хэдэн эргэлтээс бүрддэг бол бид ойлголтыг ашиглах ёстой

урсгалын холболт (нийт соронзон урсгал):

Ψ = Ф·N,

Энд N нь эргэлтийн тоо юм. Тэгэхээр хэрэв


E i = –∑						∑Ф i
E i = –∑						∑Ф i
i= 1
∑ Ф = Ψ

Ei = −
Ei = −

11.3. Өдөөгдсөн emf-ийн мөн чанар.

Асуултанд хариулъя: цэнэгийн хөдөлгөөний шалтгаан, индукцийн гүйдэл үүсэх шалтгаан юу вэ? Зураг 11.6-г авч үзье.

1) Хэрэв та дамжуулагчийг жигд соронзон орон В-д шилжүүлбэл Лоренцын хүчний нөлөөн дор электронууд доошоо хазайж, эерэг цэнэгүүд дээшээ - боломжит зөрүү үүснэ. Энэ нь нөлөөн дор E i талт хүч байх болно

ямар гүйдэл урсдаг. Бидний мэдэж байгаагаар эерэг цэнэгийн хувьд

F l = q + ; электронуудын хувьд F l = –e - .

2) Хэрэв дамжуулагч хөдөлгөөнгүй, соронзон орон өөрчлөгдвөл энэ тохиолдолд индукцийн гүйдлийг ямар хүч өдөөх вэ? Энгийн трансформаторыг авч үзье (Зураг 11.7).

Анхдагч ороомгийн хэлхээг хаамагц хоёрдогч ороомог дээр гүйдэл шууд гарч ирнэ. Гэхдээ Лоренцын хүч үүнтэй ямар ч холбоогүй, учир нь энэ нь хөдөлж буй цэнэгүүд дээр ажилладаг бөгөөд эхэндээ тэд тайван байдалд байсан (тэд дулааны хөдөлгөөнд байсан - эмх замбараагүй, гэхдээ энд чиглэсэн хөдөлгөөн хэрэгтэй).

Хариултыг 1860 онд Ж.Максвелл өгсөн. Аливаа хувьсах соронзон орон нь хүрээлэн буй орон зайд цахилгаан орон (E") -ийг өдөөдөг.Энэ нь дамжуулагч дахь индукцийн гүйдэл үүсэх шалтгаан юм. Өөрөөр хэлбэл, E" нь зөвхөн хувьсах соронзон орон байгаа тохиолдолд л үүсдэг (трансформатор нь шууд гүйдэл дээр ажилладаггүй).

Цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдлийн мөн чанар индукцийн гүйдлийн харагдах байдалд огтхон ч биш (цэнэгүүд гарч, хэлхээ хаагдсан үед гүйдэл гарч ирдэг),мөн эргүүлэгтэй цахилгаан орон үүсэхэд (зөвхөн дамжуулагч төдийгүй хүрээлэн буй орон зайд, вакуумд).

Энэ талбар нь цэнэгээс үүссэн талбараас тэс өөр бүтэцтэй. Цэнэгүүдээр үүсгэгдээгүй тул хүчний шугамууд нь бидний цахилгаан статикт хийсэн шиг цэнэгээр эхэлж, дуусах боломжгүй юм. Энэ талбар нь эргүүлэг бөгөөд түүний хүчний шугам хаалттай байдаг.

Энэ талбар нь цэнэгийг хөдөлгөдөг тул хүч чадалтай байдаг. Ингээд танилцуулъя

эргүүлгийн цахилгаан орны хүч чадлын вектор Е ". Энэ талбар нь цэнэг дээр үйлчлэх хүч

F "= q E".

Гэхдээ соронзон орон дотор цэнэг хөдөлж байх үед Лоренцын хүч түүнд үйлчилдэг

F" = q.

Эдгээр хүч нь энерги хадгалагдах хуулийн дагуу тэнцүү байх ёстой.

q E " = − q , иймээс,
E" = − [ vr , B] .
энд v r нь В-тэй харьцуулахад q цэнэгийн хөдөлгөөний хурд юм. Гэхдээ	үзэгдлийн төлөө
В соронзон орны өөрчлөлтийн хурд нь цахилгаан соронзон индукцийн хувьд чухал юм. Тийм ч учраас
бичиж болно:
E " = - ,

Битүү дамжуулагч хэлхээнд соронзон индукцийн урсгал өөрчлөгдөх үед үүсдэг цахилгаан гүйдлийг ИНДУКЦИЙН ГҮЙДЭЛ гэнэ. Энэ үзэгдлийг цахилгаан соронзон индукц гэж нэрлэдэг. Индукцийн гүйдэл аль чиглэлд байгааг мэдэхийг хүсч байна уу? Rosinductor бол арилжааны мэдээллийн портал бөгөөд эндээс урсгалын талаарх мэдээллийг олж авах болно.

Индукцийн гүйдлийн чиглэлийг тодорхойлох дүрэм нь дараах байдалтай байна: "Индукцийн гүйдэл нь түүнийг үүсгэдэг соронзон урсгалын өөрчлөлтийг соронзон оронтойгоо эсэргүүцэхийн тулд чиглүүлдэг." Баруун гараа далдуугаараа хүчний соронзон шугамууд руу эргүүлж, эрхий хуруугаараа дамжуулагчийн хөдөлгөөн рүү чиглэсэн бөгөөд дөрвөн хуруу нь индукцийн гүйдэл аль чиглэлд урсахыг заана. Дамжуулагчийг хөдөлгөснөөр бид түүнд агуулагдах бүх электронуудыг дамжуулагчтай хамт хөдөлгөж, соронзон орон дахь цахилгаан цэнэгийг хөдөлгөхөд зүүн гарын дүрмийн дагуу тэдгээрт хүч үйлчилнэ.

Индукцийн гүйдлийн чиглэл, түүний хэмжээ нь Лензийн дүрмээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь индукцийн гүйдлийн чиглэл нь гүйдлийг өдөөдөг хүчин зүйлийн нөлөөг үргэлж сулруулдаг. Хэлхээгээр дамжих соронзон орны урсгал өөрчлөгдөхөд индукцийн гүйдлийн чиглэл нь эдгээр өөрчлөлтийг нөхөх болно. Хэлхээнд байгаа гүйдлийг өдөөх соронзон орон нь өөр хэлхээнд үүссэн үед индукцийн гүйдлийн чиглэл нь өөрчлөлтийн шинж чанараас хамаарна: гадаад гүйдэл нэмэгдэхэд индукцийн гүйдэл буурах үед эсрэг чиглэлтэй байна; нэг чиглэлд чиглэсэн бөгөөд урсгалыг нэмэгдүүлэх хандлагатай байдаг.

Индукцийн гүйдлийн ороомог нь гүйдлийн чиглэлээс хамаарч тодорхойлогддог хоёр туйлтай (хойд ба өмнөд): индукцийн шугамууд хойд туйлаас гардаг. Соронзыг ороомог руу ойртуулах нь соронзыг түлхэх чиглэлд гүйдэл үүсэхэд хүргэдэг. Соронзыг салгахад ороомог дахь гүйдэл нь соронзыг татахад таатай чиглэлтэй байна.

Хувьсах соронзон орон дээр байрлах хаалттай хэлхээнд индукцийн гүйдэл үүсдэг. Хэлхээ нь хөдөлгөөнгүй (соронзон индукцийн өөрчлөлтийн урсгалд байрлуулсан) эсвэл хөдөлгөөнтэй байж болно (хэлхээний хөдөлгөөн нь соронзон урсгалын өөрчлөлтийг үүсгэдэг). Индукцийн гүйдэл үүсэх нь соронзон орны нөлөөн дор өдөөгдсөн эргүүлэг цахилгаан талбайг үүсгэдэг.

Сургуулийн физикийн хичээлээс богино хугацааны индукцийн гүйдлийг хэрхэн үүсгэх талаар суралцаж болно.

Үүнийг хийх хэд хэдэн арга байдаг:

- ороомогтой харьцуулахад байнгын соронз эсвэл цахилгаан соронзон хөдөлгөөн;
- ороомог руу оруулсан цахилгаан соронзонтой харьцуулахад цөмийн хөдөлгөөн;
- хэлхээг нээх, хаах,
- хэлхээний гүйдлийн зохицуулалт.

Электродинамикийн үндсэн хууль (Фарадейн хууль) нь аливаа хэлхээний индукцийн гүйдлийн хүч нь хасах тэмдгээр авсан хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай тэнцүү байна. Индукцийн гүйдлийн хүчийг цахилгаан хөдөлгөгч хүч гэж нэрлэдэг.