전자기 유도 원리로 작동하는 장치. 전자기 유도 현상의 실제 적용

우리는 이미 알고 있습니다 전기, 도체를 따라 움직이면 주위에 자기장이 생성됩니다. 이 현상에 기초하여 인간은 다양한 전자석을 발명하고 널리 사용합니다. 그러나 문제가 발생합니다. 전하가 이동하면 모양이 나타납니다. 자기장, 하지만 작동하지 않으며 그 반대도 마찬가지입니까?

즉, 자기장이 도체에 전류를 흐르게 할 수 있습니까? 1831년에 Michael Faraday는 자기장이 변할 때 폐쇄 전도 전기 회로에서 전류가 생성된다는 것을 확립했습니다. 이러한 전류를 유도전류라고 하며, 이 회로를 관통하는 자기장의 변화에 따라 폐쇄도선회로에 전류가 나타나는 현상을 유도전류라고 한다 전자기 유도.

전자기 유도 현상

"전자기"라는 이름 자체는 "전기"와 "자기"의 두 부분으로 구성됩니다. 전기 및 자기 현상서로 불가분의 관계에 있습니다. 그리고 움직이는 전하가 주위의 자기장을 변화시키면 변화하는 자기장이 기꺼이 전하를 움직이게 하여 전류를 형성합니다.

이 경우 변화하는 자기장이 전류의 발생을 유발합니다. 영구 자기장은 움직임을 일으키지 않습니다 전기 요금, 따라서 유도 전류가 형성되지 않습니다. 더 상세한 고려전자기 유도 현상, 공식 유도 및 전자기 유도 법칙은 9학년 과정을 의미합니다.

전자기 유도의 응용

이 기사에서는 전자기 유도의 사용에 대해 설명합니다. 많은 모터와 전류 발생기의 작동은 전자기 유도 법칙의 사용을 기반으로 합니다. 그들의 작업 원리는 이해하기 매우 간단합니다.

자기장의 변화는 예를 들어 자석을 움직여 발생할 수 있습니다. 따라서 제 3자의 영향으로 폐쇄 회로 내부에서 자석이 움직이면 이 회로에 전류가 나타납니다. 따라서 현재 생성기를 만들 수 있습니다.

반대로 타사 소스의 전류가 회로를 통과하면 회로 내부의 자석이 전류에 의해 생성된 자기장의 영향으로 움직이기 시작합니다. 이러한 방식으로 전기 모터를 조립할 수 있습니다.

위에서 설명한 전류 발생기는 발전소에서 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 기계적 에너지는 석탄의 에너지이며, 디젤 연료, 바람, 물 등. 전기는 전선을 통해 소비자에게 공급되고 그곳에서 전기 모터의 기계적 에너지로 다시 변환됩니다.

우리가 매일 사용하는 진공 청소기, 헤어 드라이어, 믹서, 냉각기, 전기 고기 분쇄기 및 기타 수많은 장치의 전기 모터는 전자기 유도 및 자기력의 사용을 기반으로 합니다. 산업에서 이러한 동일한 현상의 사용에 대해 이야기할 필요가 없으며 유비쿼터스인 것이 분명합니다.

Khudoley Andrey, Khnykov Igor

전자기 유도 현상의 실제 적용.

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전자기 유도 현대 기술 Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey시의 11 "A"클래스 MOUSOSH No. 2의 학생들이 수행

전자기 유도 현상은 1831년 8월 29일 Michael Faraday에 의해 발견되었습니다. 전자기 유도 현상은 전도 회로에 전류가 발생하는 것으로 구성되며, 이 전류는 시간에 따라 변하는 자기장에 머물거나 일정한 자기장에서 이동하여 자기장을 관통하는 자기 유도선의 수가 회로 변경.

폐쇄 회로에서 전자기 유도의 EMF는 이 회로에 의해 경계를 이루는 표면을 통한 자속의 변화율과 수치적으로 동일하고 부호가 반대입니다. 방향 유도 전류(EMF의 값뿐만 아니라)은 선택한 회로 우회 방향과 일치하는 경우 양수로 간주됩니다.

패러데이의 실험 검류계에 연결된 코일에 영구 자석을 삽입하거나 제거합니다. 회로에서 자석이 움직이면 전류가 발생하고 한 달 만에 패러데이는 전자기 유도 현상의 모든 필수 기능을 실험적으로 발견했습니다. 현재 패러데이의 실험은 누구나 할 수 있습니다.

전자기장의 주요 소스 전자기장의 주요 소스는 다음과 같습니다. 전력선. 배선(건물 및 구조물 내부). 가정용 전기 제품. 개인용 컴퓨터. TV 및 라디오 송신소. 위성 및 셀룰러 통신(장치, 중계기). 전기 운송. 레이더 설치.

전력선 작동 전력선의 전선은 인접 공간(전선에서 수십 미터 정도의 거리)에 산업용 주파수(50Hz)의 전자기장을 생성합니다. 더욱이, 라인 근처의 전계 강도는 전기 부하에 따라 광범위하게 변할 수 있습니다. 실제로 국경 위생 보호 구역최대 전계 강도가 1kV / m 인 전선에서 가장 먼 경계선을 따라 설치됩니다.

전기 배선 전기 배선에는 생명 유지 시스템을 구축하기 위한 전원 케이블, 배전 전선, 분기 보드, 전원 상자 및 변압기가 포함됩니다. 전기 배선은 주거 건물에서 산업용 주파수 전자기장의 주요 소스입니다. 이 경우 소스에서 방출되는 전계 강도 수준은 종종 상대적으로 낮습니다(500V/m를 초과하지 않음).

가전제품 전자기장의 근원은 모두 가전제품전류를 사용하여 작동합니다. 동시에 방사선 수준은 모델, 장치 장치 및 특정 작동 모드에 따라 가장 넓은 범위에서 다양합니다. 또한 방사선 수준은 장치의 전력 소비에 크게 의존합니다. 전력이 높을수록 장치 작동 중 전자기장의 수준이 높아집니다. 가전 제품 근처의 전계 강도는 수십 V/m를 초과하지 않습니다.

개인용 컴퓨터 컴퓨터 사용자의 건강에 악영향을 미치는 주요 원인은 모니터의 디스플레이 장치(VOD)입니다. 모니터 및 시스템 장치 외에도 개인용 컴퓨터에는 다음이 포함될 수 있습니다. 많은 수의다른 장치(예: 프린터, 스캐너, 서지 보호기 등). 이 모든 장치는 전류를 사용하여 작동하므로 전자기장의 소스입니다.

개인용 컴퓨터의 전자기장은 파동과 스펙트럼 구성이 가장 복잡하고 측정 및 정량화가 어렵습니다. 여기에는 자기, 정전기 및 복사 구성 요소가 있습니다(특히 모니터 앞에 앉아 있는 사람의 정전기 전위는 -3~+5V 범위일 수 있음). 라는 조건을 고려하면 개인용 컴퓨터이제 모든 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 인간 활동, 인체 건강에 미치는 영향은 신중한 연구 및 통제 대상입니다.

텔레비전 및 라디오 송신국 상당한 수의 라디오 방송국과 다양한 제휴 센터가 현재 러시아 영토에 있습니다. 전송 스테이션과 센터는 특별히 지정된 지역에 위치하며 꽤 많은 공간을 차지할 수 있습니다. 넓은 지역(최대 1000헥타르). 구조에 따라 무선 송신기가있는 하나 이상의 기술 건물과 최대 수십 개의 안테나 피더 시스템 (AFS)이있는 안테나 필드가 포함됩니다. 각 시스템에는 방사 안테나와 방송 신호를 가져오는 피더 라인이 포함되어 있습니다.

위성 통신 위성 통신 시스템은 지구상의 송신소와 위성(궤도의 중계기)으로 구성됩니다. 송신하는 위성 통신국은 수백 W/m에 달하는 에너지 플럭스 밀도를 지닌 좁은 방향의 파동 빔을 방출합니다. 위성 통신 시스템은 안테나에서 상당한 거리에 높은 전자기장 강도를 생성합니다. 예를 들어, 2.38GHz의 주파수에서 작동하는 225kW 전력의 스테이션은 100km 거리에서 2.8W/m2의 에너지 자속 밀도를 생성합니다. 메인 빔에 대한 에너지 산란은 매우 작으며 무엇보다도 안테나의 직접 배치 영역에서 발생합니다.

셀룰러 통신 셀룰러 무선 전화는 오늘날 가장 집중적으로 개발되는 통신 시스템 중 하나입니다. 시스템의 주요 요소 셀룰러 통신기지국과 이동 무선 전화입니다. 기지국은 모바일 장치와 무선 통신을 유지하므로 전자기장의 원인이 됩니다. 시스템은 커버리지 영역을 반경이 km인 영역 또는 소위 "셀"로 나누는 원리를 사용합니다.

기지국의 방사 강도는 부하, 즉 소유자의 존재에 의해 결정됩니다. 휴대전화특정 기지국의 서비스 영역과 대화를 위해 전화를 사용하려는 욕구는 근본적으로 시간, 스테이션의 위치, 요일 및 기타 요인에 따라 달라집니다. 밤에는 스테이션의 로딩이 거의 0입니다. 모바일 장치의 방사 강도는 통신 채널 "모바일 무선 전화 - 기지국"의 상태에 크게 의존합니다(기지국과의 거리가 멀수록 기기의 방사 강도가 높음).

전기 운송 전기 운송(무궤도 전차, 트램, 지하철 등)은 Hz 주파수 범위의 강력한 전자기장 소스입니다. 동시에 대부분의 경우 견인 전기 모터가 주요 방출기 역할을 합니다(트롤리 버스 및 트램의 경우 공기 집전체는 복사된 전기장의 강도 측면에서 전기 모터와 경쟁합니다).

레이더 설치 레이더 및 레이더 설치에는 일반적으로 반사판 유형 안테나("접시")가 있으며 좁은 방향의 무선 빔을 방출합니다. 공간에서 안테나의 주기적인 움직임은 복사의 공간적 불연속성을 초래합니다. 또한 방사선 레이더의 주기적인 운용으로 인해 일시적인 방사선 불연속성도 존재한다. 500MHz ~ 15GHz의 주파수에서 작동하지만 일부 특수 설비는 최대 100GHz 이상의 주파수에서 작동할 수 있습니다. 복사의 특별한 특성으로 인해 지상에 높은 에너지 플럭스 밀도(100W/m2 이상)를 가진 구역을 만들 수 있습니다.

금속 탐지기 기술적으로 금속 탐지기의 작동 원리는 금속 물체를 전자기장에 놓을 때 주변에 생성되는 전자기장을 등록하는 현상에 기반합니다. 이 2차 전자기장은 강도(전계 강도)와 다른 매개변수에서 모두 다릅니다. 이러한 매개변수는 물체의 크기와 전도도(금과 은은 납보다 전도도가 훨씬 높음) 및 물론 금속 탐지기 안테나와 물체 자체 사이의 거리(발생 깊이)에 따라 달라집니다.

위의 기술은 금속 탐지기의 구성을 결정했습니다. 안테나(송신 안테나와 수신 안테나가 다를 때도 있고 같은 안테나인 경우도 있음), 전자 처리 장치, 정보 출력 장치(시각적 - LCD 디스플레이 또는 화살표 표시기 및 오디오 - 스피커 또는 헤드폰 잭) 및 전원 공급 장치.

금속 탐지기는 다음과 같습니다. 검색 검사 건설 목적

검색 이 금속 탐지기는 모든 종류의 금속 물체를 검색하도록 설계되었습니다. 일반적으로 크기, 비용 및 모델 기능 측면에서 가장 큽니다. 이것은 때때로 지구의 두께에서 최대 수 미터 깊이의 물체를 찾아야하기 때문입니다. 강력한 안테나는 높은 수준의 전자기장을 생성하고 높은 감도로 깊은 곳에서 가장 작은 전류도 감지할 수 있습니다. 예를 들어, 수색 금속 탐지기는 지구에서 2-3미터 깊이의 금속 동전을 탐지하며, 여기에는 철을 함유한 지질 화합물도 포함될 수 있습니다.

검사 그것은 사람의 몸과 옷에 숨겨진 금속 물체 (무기, 귀금속, 폭발 장치의 전선 등)를 검색하기 위해 다양한 조직의 특수 서비스, 세관 직원 및 보안 담당자가 사용합니다. 이 금속 탐지기는 소형, 사용 용이성, 손잡이의 조용한 진동과 같은 모드의 존재로 구별됩니다(검색된 사람이 수색관이 무언가를 발견했다는 것을 알 수 없도록 함). 이러한 금속 탐지기에서 루블 동전의 탐지 범위 (깊이)는 10-15cm에 이릅니다.

또한 폭넓은 사용아치처럼 보이고 사람이 통과해야 하는 아치형 금속 탐지기를 받았습니다. 그들과 함께 수직 벽인간 성장의 모든 수준에서 금속 물체를 감지하는 초고감도 안테나가 설치되었습니다. 그들은 일반적으로 은행, 기관 등의 문화 엔터테인먼트 장소 앞에 설치됩니다. 주요 특징아치형 금속 탐지기 - 높은 감도(조절 가능) 및 사람들의 흐름을 처리하는 고속.

건축 목적으로 이 수업소리와 빛 경보의 도움으로 금속 탐지기는 건축업자가 찾을 수 있도록 도와줍니다 금속 파이프, 벽의 두께와 파티션 및 허위 패널 뒤에 위치한 구조 또는 구동 요소. 건설 목적의 일부 금속 탐지기는 종종 하나의 장치에 탐지기와 결합됩니다. 목조 건축, 전류가 흐르는 전선의 전압 감지기, 누설 감지기 등

방송. 변화하는 전류에 의해 여기된 교류 자기장이 주변 공간에 생성 전기장, 차례로 자기장 등을 여기시킵니다. 이 필드는 서로 상호 생성하여 단일 가변 전자기장을 형성합니다. 전자기파. 전류가 흐르는 전선이 있는 곳에서 발생하여 전자기장은 -300,000km/s의 광속으로 우주 공간에 전파됩니다.

자기 요법.주파수 스펙트럼에서 다른 장소들전파, 빛, 엑스레이다른 사람 전자기 방사선. 그것들은 일반적으로 연속적으로 상호 연결된 전기장과 자기장이 특징입니다.

싱크로파소트론.현재 자기장은 하전 입자로 구성된 특수한 형태의 물질로 이해됩니다. 현대 물리학에서 하전 입자 빔은 원자를 연구하기 위해 원자 깊숙이 침투하는 데 사용됩니다. 자기장이 움직이는 하전 입자에 작용하는 힘을 로렌츠 힘이라고 합니다.

유량계 - 카운터. 이 방법은 자기장 내 도체에 대한 패러데이 법칙의 적용을 기반으로 합니다. 자기장 내에서 이동하는 전기 전도성 액체의 흐름에서 EMF는 유속에 비례하여 유도되며, 이는 전자 부품에 의해 다음으로 변환됩니다. 전기 아날로그/디지털 신호.

DC 발전기.발전기 모드에서 기계의 전기자는 외부 모멘트의 영향으로 회전합니다. 고정자 극 사이에는 일정한 자속피어싱 앵커. 전기자 권선 도체는 자기장에서 움직이므로 EMF가 유도되며 그 방향은 규칙에 의해 결정될 수 있습니다 " 오른손". 이 경우 두 번째 브러시에 비해 한 브러시에서 양의 전위가 발생합니다. 부하가 발전기 단자에 연결되면 전류가 흐릅니다.

EMR 현상은 변압기에 널리 사용됩니다. 이 장치를 더 자세히 고려해 보겠습니다.

변압기.) - 정적 전자기 장치둘 이상의 유도 결합 권선을 갖고 전자기 유도에 의해 하나 이상의 교류 시스템에서 하나 이상의 다른 교류 시스템으로 변환되도록 의도된 것.

회전 회로에서 유도 전류의 발생과 그 응용.

전자기 유도 현상은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 사용됩니다. 이를 위해 사용되는 발전기, 작동 원리

균일한 자기장에서 회전하는 평면 프레임의 예에서 고려할 수 있는

균일한 자기장에서 프레임을 회전시키십시오. (B = const) 각속도 u = const로 균일하게.

프레임 영역에 결합된 자속 에스,언제든지 티같음

어디 - 어- 당시 프레임의 회전 각도 티(원점은 /. = 0에서 a = 0이 되도록 선택됩니다).

프레임이 회전하면 가변 유도 EMF가 나타납니다.

고조파 법칙에 따라 시간에 따라 변합니다. EMF %" 최대 죄 중량= 1, 즉

따라서 균질한 경우

프레임이 자기장에서 균일하게 회전하면 가변 EMF가 발생하여 고조파 법칙에 따라 변경됩니다.

기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정은 가역적입니다. 자기장에 놓인 프레임에 전류가 흐르면 토크가 작용하여 프레임이 회전하기 시작합니다. 이 원리는 변환하도록 설계된 전기 모터의 작동을 기반으로 합니다. 전기 에너지기계로.

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물질의 자기장.

실험적 연구모든 물질이 어느 정도 자기 특성을 가지고 있음을 보여주었습니다. 전류가있는 두 번의 회전이 모든 매체에 배치되면 전류 사이의 자기 상호 작용 강도가 변경됩니다. 이 경험은 물질에서 전류에 의해 생성된 자기장의 유도가 진공에서 동일한 전류에 의해 생성된 자기장의 유도와 다르다는 것을 보여줍니다.

균일 매질에서의 자기장 유도와 진공에서의 자기장 유도의 절대값이 몇 배나 다른지를 나타내는 물리량을 투자율이라고 합니다.

물질의 자기적 성질은 원자의 자기적 성질에 의해 결정되거나 소립자원자를 구성하는 (전자, 양성자 및 중성자). 현재 확정된 자기 특성양성자와 중성자는 전자의 자기 특성보다 거의 1000배 약합니다. 따라서 물질의 자기적 특성은 주로 원자를 구성하는 전자에 의해 결정됩니다.

물질은 자기 특성이 매우 다양합니다. 대부분의 물질에서 이러한 특성은 약하게 표현됩니다. 약한 자성 물질은 상자성 자석과 반자성체의 두 가지 큰 그룹으로 나뉩니다. 그들은 외부 자기장에 도입되면 상자성 샘플이 자화되어 자체 자기장이 외부 필드를 따라 향하게되고 반자성 샘플은 외부 필드에 대해 자화된다는 점에서 다릅니다. 따라서, 상자성체 μ > 1의 경우, 그리고 반자성체 μ의 경우< 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало. Например, у алюминия, который относится к парамагнетикам, μ – 1 ≈ 2,1·10–5, у хлористого железа (FeCl3) μ – 1 ≈ 2,5·10–3. К парамагнетикам относятся также платина, воздух и многие другие вещества. К диамагнетикам относятся медь (μ – 1 ≈ –3·10–6), вода (μ – 1 ≈ –9·10–6), висмут (μ – 1 ≈ –1,7·10–3) и другие вещества. Образцы из пара- и диамагнетика, помещенные в неоднородное магнитное поле между полюсами электромагнита, ведут себя по-разному – парамагнетики втягиваются в область сильного поля, диамагнетики – выталкиваются (рис. 1.19.1).

물질의 정자기 문제.

물질의 자기적 특성 - 자화 벡터, 자기

물질의 감수성과 투자율.

자화 벡터 - 물질의 자기 상태를 설명하는 데 사용되는 기본 체적의 자기 모멘트. 자기장 벡터의 방향과 관련하여 세로 자화와 가로 자화가 구별됩니다. 가로 자화는 이방성 자석에서 중요한 값에 도달하고 등방성 자석에서는 0에 가깝습니다. 따라서 후자에서는 자화 벡터를 자기장 강도와 자화율이라고 하는 계수 x로 표현할 수 있습니다.

자화율 - 물리량물질의 자기 모멘트(자화)와 이 물질의 자기장 사이의 관계를 특성화합니다.

투자율 -물질의 자기 유도와 자기장 강도 사이의 관계를 특징짓는 물리량.

일반적으로 표시 그리스 문자. 스칼라(등방성 물질의 경우) 또는 텐서(등방성 물질의 경우)일 수 있습니다.

입력 일반보기다음과 같이 텐서로 주입됩니다.

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자석의 분류

자석외부 자기장에서 자체 자기장을 획득할 수 있는 물질, 즉 자화되는 물질이라고 합니다. 물질의 자기적 성질은 물질의 전자와 원자(분자)의 자기적 성질에 의해 결정된다. 자석은 자기 특성에 따라 반자성체, 상자성체, 강자성체의 세 가지 주요 그룹으로 나뉩니다.

1. 선형 의존성을 갖는 자기학:

1) 상자성체 - 자기장에서 약하게 자화되고 상자성체의 결과 장이 진공보다 강하고 상자성체의 투자율 m\u003e 1; 이러한 특성은 알루미늄, 백금, 산소 등에 의해 소유됩니다.

상자성체 ,

2) 반자성체 - 자기장에 대해 약하게 자화되는 물질, 즉 반자성체의 자기장은 진공보다 약하고 투자율 m< 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.;

다이아몬드 ;

비선형 의존성:

3) 강자성체 - 자기장에서 강하게 자화될 수 있는 물질. 이들은 철, 코발트, 니켈 및 일부 합금입니다. 2.

강자성체.

배경에 따라 다르며 장력의 함수입니다. 존재 히스테리시스.

그리고 그것은 para- 및 Diamagnet과 비교하여 높은 값에 도달 할 수 있습니다.

물질의 자기장에 대한 총 전류 법칙(벡터 B의 순환 정리)

여기서 나는 및 내가 "는 각각 임의의 폐쇄 루프 L에 의해 덮인 거대 전류(전도 전류) 및 미세 전류(분자 전류)의 대수적 합입니다. 따라서 임의의 폐쇄 루프를 따른 자기 유도 벡터 B의 순환은 다음과 같습니다. 이 벡터 B가 다루는 전도 전류와 분자 전류의 대수적 합은 따라서 도체의 거시적 전류(전도 전류)와 자석의 미시적 전류에 의해 생성된 결과 필드를 특성화하므로 자기 유도 벡터 B의 선에는 소스가 없고 닫힙니다.

자기장 강도 벡터와 그 순환.

자기장 강도 -(표준 명칭 H)는 자기 유도 벡터 B와 자화 벡터 M의 차이와 동일한 벡터 물리량입니다.

SI에서: 자기 상수는 어디에 있습니까?

두 매체 사이의 인터페이스 조건

벡터 간의 관계 탐색 이자형그리고 디 2개의 균일한 등방성 유전체(유전율은 ε 1 및 ε 2) 사이의 계면에서 경계에 무료 요금이 없을 때.

벡터의 투영 바꾸기 이자형벡터 투영 디, ε 0 ε으로 나누면 다음을 얻습니다.

두 유전체 사이의 경계면에서 무시할 수 있는 높이의 직선 실린더를 구성합니다(그림 2). 실린더의 한 베이스는 첫 번째 유전체에 있고 다른 베이스는 두 번째 유전체에 있습니다. ΔS의 기저는 너무 작아서 각각의 벡터 내에서 디똑같다. 에 대한 가우스 정리에 따르면 정전기장유전체에서

(정상 N그리고 N"실린더 바닥과 반대 방향). 그렇기 때문에

벡터의 투영 바꾸기 디벡터 투영 이자형, ε 0 ε을 곱하면 다음을 얻습니다.

따라서 두 유전체 매체 사이의 경계면을 통과할 때 벡터의 접선 성분은 이자형(Е τ) 및 벡터의 법선 성분 디(D n) 연속적으로 변경(점프를 경험하지 않음) 및 벡터의 법선 구성 요소 이자형(E n) 및 벡터의 접선 성분 디(D τ) 점프를 경험합니다.

구성 벡터에 대한 조건 (1) - (4)에서 이자형그리고 디우리는 이러한 벡터의 선이 끊어짐(굴절)을 경험하는 것을 봅니다. 각도 α 1 과 α 2 가 어떻게 관련되어 있는지 알아봅시다(그림 3에서 α 1 > α 2). (1)과 (4)를 사용하여, Е τ2 = Е τ1 및 ε 2 E n2 = ε 1 E n1 . 벡터를 분해하자 전자 1그리고 전자 2인터페이스에서 접선 및 법선 구성 요소로. 무화과에서. 3 우리는 그것을 본다

위에 작성된 조건을 고려하여 인장선의 굴절 법칙을 찾습니다. 이자형(따라서 변위 선 디)

이 공식에서 우리는 유전율이 더 높은 유전체를 입력하면 라인 이자형그리고 디정상에서 벗어나십시오.

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원자와 분자의 자기 모멘트.

소립자는 자기 모멘트를 가지고, 원자핵, 원자와 분자의 전자 껍질. 양자 역학에서 알 수 있듯이 기본 입자(전자, 양성자, 중성자 등)의 자기 모멘트는 자체 기계적 모멘트인 스핀의 존재 때문입니다. 핵의 자기 모멘트는 이러한 핵을 형성하는 양성자와 중성자의 자체 (스핀) 자기 모멘트와 핵 내부의 궤도 운동과 관련된 자기 모멘트로 구성됩니다. 자기 모멘트 전자 껍질원자와 분자는 스핀과 전자의 궤도 자기 모멘트로 구성됩니다. 전자 msp의 스핀 자기 모멘트는 외부 자기장 H의 방향으로 두 개의 동일하고 반대 방향의 투영을 가질 수 있습니다. 투영의 절대값

여기서 mb = (9.274096 ±0.000065) 10-21erg/gs - 붕소 마그네톤 여기서 h - 플랑크 상수, e 및 me - 전자의 전하 및 질량, c - 빛의 속도; SH는 자기장 H의 방향에 대한 스핀 기계적 모멘트의 투영입니다. 스핀 자기 모멘트의 절대값

자석의 종류.

자기 자신의 존재에 의해 결정되거나 외부 자기장 자기 모멘트 및 이들 사이의 상호 작용 특성에 의해 유도되는 자기 특성을 가진 물질. 외부 자기장이 외부 자기장과 반대 방향으로 유도된 결과 자기 모멘트를 생성하는 반자성체와 이러한 방향이 일치하는 상자성체가 있습니다.

다이아몬드- 외부 자기장의 방향에 대해 자화되는 물질. 외부 자기장이 없으면 반자성체는 비자성체입니다. 외부 자기장의 작용 하에, 반자석의 각 원자는 자기 유도 H에 비례하고 자기장을 향하는 자기 모멘트 I(그리고 물질의 각 몰은 총 자기 모멘트를 얻음)을 얻습니다.

상자성체- 외부 자기장에서 외부 자기장 방향으로 자화되는 물질. 상자성 자석은 약한 자성 물질이며 투자율은 단일성과 약간 다릅니다.

상자성 자석의 원자(분자 또는 이온)는 자체 자기 모멘트를 가지며, 외부 필드의 작용으로 필드를 따라 배향되어 외부 필드를 초과하는 결과 필드를 생성합니다. 상자성 자석은 자기장으로 끌어당겨집니다. 외부 자기장이 없으면 상자성 자석은 자화되지 않습니다. 열 운동으로 인해 원자의 고유 자기 모멘트가 완전히 무작위로 배향되기 때문입니다.

궤도 자기 및 기계적 모멘트.

원자의 전자는 핵 주위를 움직입니다. 고전 물리학에서 원을 따라 한 점의 움직임은 각운동량 L=mvr에 해당합니다. 여기서 m은 입자의 질량, v는 속도, r은 궤적의 반경입니다. 입력 양자 역학반경과 속도가 모두 불확실하기 때문에 이 공식은 적용할 수 없습니다("불확도 관계" 참조). 그러나 각운동량 자체의 크기는 존재합니다. 그것을 정의하는 방법? 수소 원자의 양자 역학 이론에 따르면 전자의 각운동량 계수는 다음과 같은 이산 값을 가질 수 있습니다.

여기서 l은 소위 궤도 양자수, l = 0, 1, 2, ... n-1입니다. 따라서 에너지와 같은 전자의 각운동량은 양자화됩니다. 이산 값을 취합니다. 큰 값의 경우 양자수 l (l >>1) 방정식 (40)은 형식을 취합니다. 이것은 N. Bohr의 가정 중 하나에 불과합니다.

수소 원자의 양자 역학 이론에서 또 다른 중요한 결론: 공간 z(예: 방향 힘의 선자기장 또는 전기장)도 다음 규칙에 따라 양자화됩니다.

여기서 m = 0, ± 1, ± 2, … ± l은 소위 자기 양자 수입니다.

핵 주위를 움직이는 전자는 기본 원형 전류입니다. 이 전류는 자기 모멘트 pm에 해당합니다. 분명히, 그것은 기계적 각운동량 L에 비례합니다. 전자의 자기 모멘트 pm과 기계적 각운동량 L의 비율을 자이로 자기비라고 합니다. 수소 원자에 있는 전자의 경우

빼기 기호는 자기 및 기계적 모멘트의 벡터가 반대 방향으로 향함을 나타냅니다. 여기에서 전자의 소위 궤도 자기 모멘트를 찾을 수 있습니다.

수력 관계.

티켓 8.

외부 자기장의 원자. 원자에서 전자의 궤도면의 세차운동.

원자가 유도에 의해 자기장에 도입되면 전류가 흐르는 폐쇄 회로와 동일한 궤도에서 움직이는 전자는 힘의 모멘트에 의해 영향을 받습니다.

전자의 궤도 자기 모멘트 벡터는 유사하게 변경됩니다.

(6.2.3)

이로부터 벡터와 , 그리고 궤도 자체가 세차하다벡터 방향 주위 . 그림 6.2는 전자의 세차 운동과 궤도 자기 모멘트, 그리고 전자의 추가(세차) 운동을 보여줍니다.

이 세차를 라르모 세차 . 이 세차 운동의 각속도는 자기장 유도에만 의존하고 방향이 일치합니다.

(6.2.4)

유도 궤도 자기 모멘트.

라르모르의 정리:자기장이 원자의 전자 궤도에 미치는 영향의 유일한 결과는 궤도와 벡터의 세차 운동입니다. 원자의 핵을 통과하는 축을 중심으로 각속도를 갖는 전자의 궤도 자기 모멘트 자기장 유도 벡터와 평행합니다.

원자에서 전자 궤도의 세차 운동은 전류와 반대 방향으로 향하는 추가 궤도 전류의 출현으로 이어진다 나:

여기서 전자 궤도의 투영 영역은 벡터에 수직인 평면입니다. 빼기 기호는 벡터와 반대임을 나타냅니다. 그러면 원자의 전체 궤도 운동량은 다음과 같습니다.

반자성 효과.

반자성 효과는 원자의 자기장 성분이 합산되어 물질 자체의 자기장을 형성하여 외부 자기장을 약화시키는 효과입니다.

반자성 효과는 외부 자기장이 물질 원자의 전자에 작용하기 때문에 발생하므로 반자성은 모든 물질의 특징입니다.

반자성 효과는 모든 물질에서 발생하지만 물질의 분자가 자체적인 자기 모멘트를 가지고 외부 자기장의 방향으로 향하게 하여 이를 강화시키면 더 강한 상자성 효과에 의해 반자성 효과가 차단되고 물질 상자성체가 됩니다.

반자성 효과는 모든 물질에서 발생하지만 물질의 분자가 외부 자기장의 방향을 향하고 erOj를 증가시키는 자체 자기 모멘트를 가지면 반자성 효과는 더 강한 상자성 효과와 물질에 의해 중첩됩니다. 상자성체가 됩니다.

라르모르의 정리.

원자가 유도가 있는 외부 자기장에 배치되면(그림 12.1) 궤도에서 움직이는 전자는 자기장 방향으로 전자의 자기 모멘트를 설정하려고 하는 힘의 회전 모멘트의 영향을 받습니다. 라인 (기계적 모멘트 - 필드에 대해).

티켓 9

9.강한 자성 물질 - 강자성체-자발 자화 물질, 즉 외부 자기장이 없어도 자화됩니다. 강자성체는 주요 대표자인 철 외에 예를 들어 코발트, 니켈, 가돌리늄, 이들의 합금 및 화합물을 포함합니다.

강자성체의 경우 의존성 제이~에서 시간꽤 복잡합니다. 당신이 상승함에 따라 시간자화 제이처음에는 빠르게 성장하고, 그 다음에는 더 천천히, 그리고 마지막으로 소위 말하는 자기 포화제이우리는 더 이상 필드의 힘에 의존하지 않습니다.

자기 유도 입력=m 0 ( H+J) 약한 분야에서 증가와 함께 빠르게 성장 시간증가로 인해 제이, 그러나 강한 필드에서는 두 번째 항이 일정하기 때문에( 제이=제이우리를), 입력증가와 함께 성장 시간선형 법칙에 따라.

강자성체의 필수 특징은 m의 큰 값(예: 철 - 5000)뿐만 아니라 m에 대한 의존성입니다. 시간. 처음에는 m이 증가함에 따라 증가합니다. 시간,그런 다음 최대값에 도달하면 감소하기 시작하여 강한 필드의 경우 1이 되는 경향이 있습니다(m= B/(m 0 H)= 1+J/N,그렇게 할 때 제이=제이우리 = 성장과 함께 const 시간태도 J/H->0 및 m.->1).

특징강자성체는 또한 그들에게 의존성이 있다는 사실로 구성됩니다. 제이~에서 시간(그리고 결과적으로, 그리고 나~에서 시간)강자성체의 자화 선사시대에 의해 결정된다. 이 현상은 이름이 자기 히스테리시스.강자성체를 포화상태로 자화시키면(점 1 , 쌀. 195) 그런 다음 긴장을 줄이기 시작합니다. 시간자화장은 경험에서 알 수 있듯이 감소합니다. 제이곡선으로 설명 1 -2, 곡선 위 1 -0. ~에 시간=0 제이 0과 다릅니다. 강자성체에서 관찰 잔류 자화잡.잔류 자화의 존재는 존재와 관련이 있습니다. 영구 자석.자기장의 작용으로 자화가 사라진다. HC ,자화를 일으킨 필드와 반대 방향을 가집니다.

긴장 H C~라고 불리는 강제력.

반대 필드가 더 증가하면 강자성체는 다시 자화됩니다(곡선 3-4), H=-H에서 포화에 도달합니다(점 4). 그런 다음 강자성체는 다시 자기를 소거할 수 있습니다(곡선 4-5 -6) 포화 상태로 재자화(곡선 6- 1 ).

따라서 강자성체에 교류 자기장이 작용하면 자화 J는 곡선에 따라 변합니다. 1 -2-3-4-5-6-1, 라고 불리는 히스테리시스 루프. 히스테리시스는 강자성체의 자화가 H의 단일 값 함수, 즉 동일한 값이 아니라는 사실로 이어집니다. 시간여러 값과 일치 제이.

다른 강자성체는 다른 히스테리시스 루프를 제공합니다. 강자성체낮은(수천분의 1에서 1-2A/cm 범위) 보자력 H C(좁은 히스테리시스 루프 포함) 부드러운,큰 (센티미터 당 수십에서 수천 암페어) 보자력 (넓은 히스테리시스 루프 포함) - 딱딱한.수량 H C, 제이 oc 및 m max는 다양한 실용적인 목적을 위한 강자성체의 적용 가능성을 결정합니다. 따라서 영구자석을 만드는 데는 단단한 강자성체(예: 탄소강, 텅스텐강)가 사용되고 변압기 코어는 연철(예: 연철, 철-니켈 합금)이 사용됩니다.

강자성체에는 또 다른 필수 기능이 있습니다. 각 강자성체에는 다음과 같은 특정 온도가 있습니다. 퀴리 포인트,자기 특성을 잃는 것입니다. 시료가 퀴리점 이상으로 가열되면 강자성체가 일반 상자성체로 변합니다.

강자성체의 자화 과정은 선형 치수와 부피의 변화를 동반합니다. 이 현상은 이름이 자기 변형.

강자성의 성질. Weiss의 아이디어에 따르면, 퀴리점 이하의 온도에서 강자성체는 외부 자화장의 존재 여부에 관계없이 자발적인 자화를 갖습니다. 그러나 자연 자화는 많은 강자성 물질이 퀴리점 이하의 온도에서도 자화되지 않는다는 사실과 명백히 모순됩니다. 이 모순을 없애기 위해 Weiss는 퀴리점 아래의 강자성체가 큰 숫자작은 거시적 영역 - 도메인,자발적으로 포화 상태로 자화됩니다.

외부 자기장이 없는 상태에서 개별 도메인의 자기 모멘트는 무작위로 배향되어 서로 보상하므로 결과적으로 강자성체의 자기 모멘트가 발생합니다. 영강자성체는 자화되지 않습니다. 외부 자기장은 상자를 따라 개별 원자의 자기 모멘트가 아닌 상자 자석의 경우와 같이 자발 자화의 전체 영역의 자기 모멘트를 배향합니다. 따라서 성장과 함께 시간자화 제이및 자기 유도 입력이미 다소 약한 분야에서 매우 빠르게 성장합니다. 이것은 또한 m의 증가를 설명합니다. 약한 필드에서 최대값으로 강자성체. 실험에 따르면 R에 대한 B의 의존성은 그림 1에 표시된 것처럼 매끄럽지 않습니다. 193이지만 계단식 보기가 있습니다. 이것은 강자성체 내부에서 도메인이 필드를 가로질러 점프로 회전함을 나타냅니다.

외부 자기장이 0으로 약해지면 강자성체는 잔류 자화를 유지합니다. 열 운동은 도메인과 같은 큰 구조물의 자기 모멘트를 빠르게 방향을 바꿀 수 없기 때문입니다. 따라서 자기 히스테리시스 현상이 관찰됩니다(그림 195). 강자성체를 소자화하기 위해서는 보자력이 가해져야 한다. 강자성체의 흔들림과 가열도 자기소거에 기여합니다. 퀴리점은 도메인 구조의 파괴가 발생하는 온도 이상으로 밝혀졌습니다.

강자성체에서 도메인의 존재는 실험적으로 입증되었습니다. 그들의 관찰을 위한 직접적인 실험 방법은 분말 그림 방법.미세한 강자성 분말(예: 마그네타이트)의 수성 현탁액을 조심스럽게 연마된 강자성체 표면에 적용합니다. 입자는 주로 자기장의 최대 불균일성 위치, 즉 도메인 사이의 경계에 정착합니다. 따라서 침전된 분말은 도메인의 경계를 설명하며 유사한 사진을 현미경으로 촬영할 수 있습니다. 선형 치수도메인은 10 -4 -10 -2 cm와 동일했습니다.

변압기의 작동 원리교류의 전압을 높이거나 낮추는 데 사용되는 는 상호 유도 현상을 기반으로 합니다.

1차 및 2차 코일(권선), 각각 N 1 그리고 N닫힌 철심에 장착된 2턴. 1차 권선의 끝이 emf가 있는 교류 전압원에 연결되어 있기 때문입니다. ξ 1 , 그러면 일어난다 교류 나 1 , 철심에 거의 완전히 국한되어 2 차 권선의 권선을 거의 완전히 관통하는 변압기 코어에 교류 자속 F를 생성합니다. 이 자속의 변화로 인해 2차 권선에 EMF가 나타납니다. 상호 유도 및 기본 - emf. 자기 유도.

현재의 나 1차 권선은 옴의 법칙에 따라 결정됩니다. 여기서 아르 자형 1 는 1차 권선의 저항입니다. 전력 감소 나 1 아르 자형 1 저항에 아르 자형빠르게 변화하는 필드에 대한 1은 두 emfs 각각에 비해 작기 때문에 . 전자파 2차 권선에서 발생하는 상호 유도,

우리는 그것을 얻는다 전자파, 2 차 권선에서 발생하며 빼기 기호는 emf를 나타냅니다. 1차 권선과 2차 권선에서 위상이 반대입니다.

회전 수의 비율 N 2 /N 1 , 몇 번 emf를 보여줍니다. 1차측보다 변압기의 2차측 권선에 더 많은(또는 더 적은) 변환 비율.

최신 변압기에서 2%를 초과하지 않고 주로 권선의 줄 열 방출 및 와전류의 출현과 관련된 에너지 손실을 무시하고 에너지 보존 법칙을 적용하면 두 변압기의 전류 전력을 다음과 같이 쓸 수 있습니다. 권선은 거의 동일합니다. ξ 2 나 2 »ξ 1 나 1 , 찾기 ξ 2 /ξ 1 = 나 1 /나 2 = N 2 /N 1, 즉 권선의 전류는 이러한 권선의 권수에 반비례합니다.

만약에 N 2 /N 1>1, 우리는 다음을 다루고 있습니다 스텝 업 변압기, emf 변수를 증가시킵니다. 및 전류를 낮추는 것(예를 들어, 장거리 전기 전송에 사용됨, 이 경우 전류 강도의 제곱에 비례하는 줄 열 손실이 감소되기 때문); 만약 N 2 /N 1 <1, 그럼 우리는 처리 스텝 다운 변압기, EMF 감소. 및 전류 증가(예를 들어, 전기 용접에 사용됨, 저전압에서 큰 전류가 필요하기 때문에 사용됨).

권선이 하나인 변압기를 자동 변압기.승압 자동 변압기의 경우 e.m.f. 권선의 일부에 공급되고 2차 기전력이 됩니다. 전체 권선에서 제거되었습니다. 강압 자동 변압기에서 주전원 전압은 전체 권선에 적용되고 2차 기전력은 2차 기전력에 적용됩니다. 권선에서 제거되었습니다.

11. 고조파 변동 - 인수에 대한 의존성이 사인 또는 코사인 함수의 특성을 갖는 양의 주기적 변화 현상. 예를 들어, 다음과 같이 시간에 따라 변하는 양은 조화롭게 변동합니다.

또는, 여기서 x는 변화량의 값이고, t는 시간이고, 나머지 매개변수는 일정합니다. A는 진동의 진폭, ω는 진동의 순환 주파수, 는 진동의 전체 위상, 는 초기 진동의 위상. 차동 형태의 일반화된 고조파 진동

진동 유형:

시스템이 평형에서 벗어난 후 시스템의 내부 힘의 작용으로 자유 진동이 수행됩니다. 자유 진동이 조화를 이루기 위해서는 진동 시스템이 선형(선형 운동 방정식으로 설명됨)이어야 하고 그 안에 에너지 소실이 없어야 합니다(후자는 감쇠를 유발함).

강제 진동은 외부 주기적 힘의 영향으로 수행됩니다. 그것들이 조화를 이루기 위해서는 진동 시스템이 선형(선형 운동 방정식으로 설명됨)이고 외력 자체가 시간이 지남에 따라 조화 진동으로 변하면 충분합니다(즉, 이 힘의 시간 종속성이 사인파임) .

기계적 조화 진동은 진동체의 좌표(물질점)가 시간에 따라 코사인 또는 사인 법칙에 따라 변하는 직선의 불균일한 운동입니다.

이 정의에 따르면 시간에 따른 좌표 변화 법칙은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

여기서 wt는 코사인 또는 사인 기호 아래의 값입니다. w는 계수이며, 그 물리적 의미는 아래에서 밝혀질 것입니다. A는 기계적 고조파 진동의 진폭입니다. 방정식 (4.1)은 기계적 조화 진동의 주요 운동 방정식입니다.

강도 E와 유도 B의 주기적인 변화를 전자기 진동이라고 하며 전자기 진동은 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선입니다.

공식 유도

보편적인 현상인 전자기파는 맥스웰 방정식으로 알려진 전기와 자기의 고전적 법칙에 의해 예측되었습니다. 소스(전하 또는 전류)가 없는 상태에서 Maxwell의 방정식을 자세히 살펴보면 아무 일도 일어나지 않을 가능성과 함께 이론이 전기장 및 자기장 변경에 대한 간단한 솔루션을 허용한다는 것을 알 수 있습니다. 진공에 대한 Maxwell 방정식부터 시작하겠습니다.

벡터 미분 연산자(nabla)는 어디에 있습니까?

솔루션 중 하나가 가장 간단합니다.

더 흥미로운 또 다른 솔루션을 찾기 위해 모든 벡터에 유효한 벡터 ID를 다음 형식으로 사용합니다.

그것을 어떻게 사용할 수 있는지 보기 위해 식 (2)에서 소용돌이 연산을 취합시다.

왼쪽은 다음과 같습니다.

여기서 우리는 위의 방정식 (1)을 사용하여 단순화합니다.

오른쪽은 다음과 같습니다.

방정식 (6)과 (7)은 동일하므로 전기장에 대한 벡터 값 미분 방정식, 즉

자기장에 대해 유사한 초기 결과를 적용하면 유사한 미분 방정식이 생성됩니다.

이러한 미분 방정식은 파동 방정식과 같습니다.

여기서 c0는 진공에서 파동의 속도이고 f는 변위를 나타냅니다.

또는 더 간단합니다. d'Alembert 연산자는 어디에 있습니까?

전기장과 자기장의 경우 속도는 다음과 같습니다.

재료 점의 조화 진동의 미분 방정식 , 또는 , 여기서 m은 점의 질량입니다. k - 준탄성력 계수(k=тω2).

양자역학에서 고조파 발진기는 단순 고조파 발진기의 양자 유사체로 입자에 작용하는 힘이 아니라 Hamiltonian, 즉 고조파 발진기의 전체 에너지를 고려하고 위치 에너지는 2차적으로 가정한다. 좌표에 따라 다릅니다. 좌표에 대한 위치 에너지의 확장에서 다음 항을 설명하면 고조파 발진기의 개념으로 이어집니다.

고조파 진동자(고전 역학에서)는 평형 위치에서 변위될 때 변위 x에 비례하는 복원력 F를 경험하는 시스템입니다(후크의 법칙에 따름).

여기서 k는 시스템의 강성을 설명하는 양의 상수입니다.

고유 진동수가 ω인 질량 m의 양자 발진기의 해밀턴은 다음과 같습니다.

좌표 표현에서 . 고조파 발진기의 에너지 준위를 찾는 문제는 다음 편미분 방정식이 제곱 적분 함수 클래스에서 솔루션을 갖는 숫자 E를 찾는 것으로 축소됩니다.

고조파 발진기는 좌표에 대한 위치 에너지의 2차 의존성이 아닌 발진기로 이해됩니다. 고조파 발진기의 가장 간단한 근사는 Taylor 급수의 세 번째 항까지의 위치 에너지 근사입니다.

12. 스프링 진자 - 탄성 계수(강성) k(Hooke의 법칙)가 있는 스프링으로 구성된 기계 시스템으로, 한쪽 끝은 단단히 고정되고 다른 쪽 끝은 질량 m의 하중이 있습니다.

질량이 큰 물체에 탄성력이 작용하여 평형 위치로 되돌리면 이 위치를 중심으로 진동하게 되는데 이러한 물체를 용수철 진자(spring pendulum)라고 합니다. 진동은 외력에 의해 발생합니다. 외력이 작용을 멈춘 후에도 계속되는 진동을 자유 진동이라고 합니다. 외부 힘의 작용으로 인한 진동을 강제 진동이라고 합니다. 이 경우 힘 자체를 강제력이라고 합니다.

가장 간단한 경우에, 스프링 진자는 스프링으로 벽에 부착된 수평면을 따라 움직이는 강체입니다.

외부 힘과 마찰력이 없을 때 그러한 시스템에 대한 뉴턴의 두 번째 법칙은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

시스템이 외부 힘의 영향을 받는 경우 진동 방정식은 다음과 같이 다시 작성됩니다.

여기서 f(x)는 하중의 단위 질량과 관련된 외력의 결과입니다.

계수 c가 있는 진동 속도에 비례하는 감쇠의 경우:

봄 진자 기간:

수학적 진자는 중력의 균일 한 필드에서 무중력 확장 불가능한 실 또는 무중력 막대에 위치한 재료 점으로 구성된 기계 시스템인 진동자입니다. 자유 낙하 가속도 g를 갖는 균일한 중력장에 움직이지 않고 매달려 있는 길이 l의 수학 진자의 작은 자연 진동 주기는 진자의 진폭과 질량과 같으며 이에 의존하지 않습니다.

스프링 진자의 미분 방정식 x=Асos(wot+jo).

진자 방정식

수학 진자의 진동은 다음 형식의 상미분 방정식으로 설명됩니다.

여기서 w는 진자의 매개변수에서만 결정된 양의 상수입니다. 알 수 없는 기능; x(t)는 더 낮은 평형 위치에서 순간 진자의 편차 각도로, 라디안으로 표시됩니다. , 여기서 L은 서스펜션 길이, g는 자유 낙하 가속도입니다. 더 낮은 평형 위치 근처에서 진자의 작은 진동에 대한 방정식(소위 조화 방정식)은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

작은 진동을 일으키는 진자가 정현파를 따라 움직입니다. 운동 방정식은 2차의 일반 DE이므로 진자의 운동 법칙을 결정하려면 두 개의 독립 상수가 결정되는 좌표와 속도의 두 가지 초기 조건을 설정해야 합니다.

여기서 A는 진자 진동의 진폭이고 진동의 초기 위상이고 w는 운동 방정식에서 결정되는 주기 주파수입니다. 진자의 움직임을 조화 진동이라고 합니다.

물리적 진자는 진동자이며, 이 물체의 질량 중심이 아닌 점 또는 힘의 방향에 수직인 고정 축을 중심으로 모든 힘의 장에서 진동하는 강체입니다. 이 몸의 질량 중심.

서스펜션 포인트를 통과하는 축에 대한 관성 모멘트:

매체의 저항을 무시하고 중력장에서 물리적 진자의 진동에 대한 미분 방정식은 다음과 같이 작성됩니다.

감소된 길이는 물리적 진자의 조건부 특성입니다. 그것은 수학 진자의 길이와 수치적으로 동일하며, 그 주기는 주어진 물리적 진자의 주기와 같습니다. 감소된 길이는 다음과 같이 계산됩니다.

여기서 I는 서스펜션 포인트에 대한 관성 모멘트, m은 질량, 서스펜션 포인트에서 질량 중심까지의 거리입니다.

발진 회로는 연결된 인덕터와 커패시터를 포함하는 전기 회로인 발진기입니다. 전류(및 전압) 진동은 이러한 회로에서 여기될 수 있습니다. 진동 회로는 자유 전자기 진동이 발생할 수 있는 가장 간단한 시스템입니다.

회로의 공진 주파수는 소위 Thomson 공식에 의해 결정됩니다.

병렬 발진 회로

용량 C의 커패시터를 전압으로 충전하자. 커패시터에 저장된 에너지는

코일에 집중된 자기 에너지는 최대이며 다음과 같습니다.

여기서 L은 코일의 인덕턴스이고 전류의 최대값입니다.

고조파 진동 에너지

기계적 진동 동안 진동체(또는 재료 점)에는 운동 에너지와 위치 에너지가 있습니다. 신체의 운동 에너지 W:

회로의 총 에너지:

전자기파는 에너지를 전달합니다. 파동이 전파되면 전자기 에너지의 흐름이 발생합니다. 파동 전파 방향에 수직인 영역 S를 선택하면 짧은 시간 Δt에 에너지 ΔWem이 영역을 통해 흐를 것이며 ΔWem = (we + wm)υSΔt

13. 같은 방향과 같은 주파수의 고조파 진동 추가

진동체는 여러 진동 과정에 참여할 수 있으며 결과 진동을 찾아야 합니다. 즉, 진동을 추가해야 합니다. 이 섹션에서는 동일한 방향과 동일한 주파수의 고조파 진동을 추가합니다.

회전 진폭 벡터 방법을 사용하여 이러한 진동의 벡터 다이어그램을 그래픽으로 구성합니다(그림 1). 벡터 A1과 A2가 동일한 각속도 ω0으로 회전할 때 세금을 부과하면 이들 사이의 위상차(φ2 - φ1)는 일정하게 유지됩니다. 따라서 결과 진동의 방정식은 (1)

식 (1)에서 진폭 A와 초기 위상 φ는 각각 다음 식에 의해 결정됩니다.

이것은 같은 방향과 같은 주파수의 두 고조파 진동에 참여하는 몸체가 합산된 진동과 같은 방향과 동일한 주파수로 고조파 진동을 수행한다는 것을 의미합니다. 결과 진동의 진폭은 추가된 진동의 위상차(φ2 - φ1)에 따라 달라집니다.

가까운 주파수로 같은 방향의 고조파 진동 추가

추가된 진동의 진폭을 A와 같게 하고 주파수를 ω 및 ω + Δω, Δω와 같게 하십시오.<<ω. Выберем начало отсчета так, чтобы начальные фазы обоих колебаний были равны нулю:

이러한 식을 추가하고 두 번째 요인 Δω/2에서<<ω, получим

가까운 주파수를 가진 같은 방향의 2개의 고조파 진동이 추가될 때 발생하는 진동 진폭의 주기적인 변화를 비트라고 합니다.

비트는 두 신호 중 하나의 위상이 다른 신호보다 지속적으로 뒤떨어져 있기 때문에 발생하며, 진동이 위상이 일치하는 순간에는 전체 신호가 증폭되고 두 신호가 위상이 다른 순간에는 신호가 증폭됩니다. 서로 취소합니다. 이러한 순간은 백로그가 증가함에 따라 주기적으로 서로 교체됩니다.

비트 진동 차트

x축과 y축을 따라 서로 수직인 방향으로 발생하는 동일한 주파수 ω의 두 고조파 진동을 더한 결과를 구해 보겠습니다. 단순화를 위해 첫 번째 진동의 초기 위상이 0과 같도록 기준 원점을 선택하고 다음 형식으로 작성합니다. (1)

여기서 α는 두 진동의 위상차이고 A와 B는 추가된 진동의 진폭과 같습니다. 결과 진동의 궤적 방정식은 공식 (1)에서 시간 t를 제외하여 결정됩니다. 합산된 진동을 다음과 같이 작성합니다.

그리고 두 번째 방정식에서 로 로 대체하면 간단한 변환 후에 좌표축에 대해 축이 임의로 배향되는 타원 방정식을 찾습니다. (2)

결과 진동의 궤적이 타원 모양을 갖기 때문에 이러한 진동을 타원 편광이라고합니다.

타원 축의 치수와 방향은 추가된 진동의 진폭과 위상차 α에 따라 달라집니다. 우리가 물리적으로 관심을 가질 만한 몇 가지 특별한 경우를 고려해 보겠습니다.

1) α = mπ(m=0, ±1, ±2, ...). 이 경우 타원은 직선 세그먼트(3)가 됩니다.

여기서 더하기 기호는 m의 0 및 짝수 값에 해당하고(그림 1a), 빼기 기호는 m의 홀수 값에 해당합니다(그림 2b). 결과 진동은 주파수 ω 및 진폭을 갖는 조화 진동이며 직선(3)을 따라 발생하여 x축과 각도를 만듭니다. 이 경우 선형 편광 진동을 다루고 있습니다.

2) α = (2m+1)(π/2) (m=0, ±1, ±2,...). 이 경우 방정식은 다음과 같습니다.

리사쥬 도형은 서로 수직인 두 방향으로 두 개의 조화 진동을 동시에 수행하는 점에 의해 그려진 닫힌 궤적입니다. 프랑스 과학자 Jules Antoine Lissajous가 처음 연구했습니다. 그림의 모양은 두 진동의 주기(주파수), 위상 및 진폭 간의 관계에 따라 다릅니다. 두 기간의 평등의 가장 간단한 경우 그림은 타원이며 위상 차이가 0이거나 선분으로 변질되고 위상 차이가 P / 2이고 진폭이 평등하면 원으로 바뀝니다. 두 진동의 주기가 정확히 일치하지 않으면 위상차가 항상 변하여 타원이 항상 변형됩니다. Lissajous 수치는 상당히 다른 기간 동안 관찰되지 않습니다. 그러나 기간이 정수로 관련되어 있으면 두 기간의 최소 배수와 같은 시간 간격이 지나면 이동 지점이 다시 같은 위치로 돌아갑니다. 더 복잡한 형태의 리사주 수치가 얻어집니다. Lissajous 도형은 중심이 좌표의 원점과 일치하는 직사각형에 내접되어 있으며 측면은 좌표축과 평행하고 진동 진폭과 동일한 거리에서 양쪽에 위치합니다.

여기서 A, B - 진동 진폭, a, b - 주파수, δ - 위상 변이

14. 폐쇄된 기계 시스템에서 감쇠 진동이 발생합니다.

힘을 극복하기 위한 에너지 손실이 있는 곳

저항(β ≠ 0) 또는 폐쇄 진동 회로에서

저항 R의 존재는 진동 에너지의 손실로 이어집니다.

도체 가열(β ≠ 0).

이 경우 일반 미분 발진 방정식 (5.1)

x′′ + 2βx′ + ω0 x = 0 형식을 취합니다.

대수 감쇠 감소 χ는 진폭 A가 e의 계수만큼 감소한 후 진동 수에 역수인 물리량입니다.

APERIODIC PROCESS-동적으로 일시적인 프로세스. 시스템의 한 상태에서 다른 상태로의 시스템 전환을 특징으로 하는 출력 값은 단조롭게 안정된 값으로 향하거나 하나의 극한값을 갖습니다(그림 참조). 이론적으로 무한히 오래 지속될 수 있습니다. A. p.는 예를 들어 자동 시스템에서 발생합니다. 관리.

시간에 따라 시스템의 매개변수 x(t)를 변경하는 비주기적 프로세스의 그래프: xust - 매개변수의 정상 상태(제한) 값

프로세스가 비주기적인 회로의 가장 작은 활성 저항을 임계 저항이라고 합니다.

이것은 또한 회로에서 자유 감쇠 진동 모드가 실현되는 저항입니다.

15. 주기적으로 변화하는 외부의 힘 또는 주기적으로 변화하는 외부 기전력의 작용으로 발생하는 진동을 각각 강제 기계적 진동과 강제 전자기 진동이라고 합니다.

미분 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

q′′ + 2βq′ + ω0 q = cos(ωt) .

공명 (fr. 공진, lat. resono - I 응답)은 외부 영향의 주파수가 속성에 의해 결정되는 특정 값(공진 주파수)에 접근할 때 발생하는 강제 진동의 진폭이 급격히 증가하는 현상입니다. 시스템의. 진폭의 증가는 공진의 결과일 뿐이며 그 이유는 외부(여기) 주파수와 진동 시스템의 내부(고유) 주파수가 일치하기 때문입니다. 공진 현상의 도움으로 매우 약한 주기적 진동도 격리 및/또는 향상될 수 있습니다. 공명은 구동력의 특정 주파수에서 진동 시스템이 이 힘의 작용에 특히 반응하는 현상입니다. 진동 이론에서 응답성의 정도는 품질 요소라고 하는 양으로 설명됩니다. 공명 현상은 1602년 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)가 진자와 음악 현에 대한 연구에 전념한 작품에서 처음 기술했습니다.

대부분의 사람들에게 가장 잘 알려진 기계적 공진 시스템은 일반적인 스윙입니다. 그 공진 주파수에 맞춰 그네를 밀면 가동 범위가 늘어나고 그렇지 않으면 움직임이 없어진다. 평형 상태에서 작은 변위 범위에서 충분한 정확도를 가진 이러한 진자의 공진 주파수는 다음 공식으로 찾을 수 있습니다.

여기서 g는 자유 낙하 가속도(지구 표면의 경우 9.8m/s²)이고 L은 진자의 서스펜션 지점에서 질량 중심까지의 길이입니다. (보다 정확한 공식은 다소 복잡하고 타원 적분을 포함합니다). 공진 주파수가 진자의 질량에 의존하지 않는 것이 중요합니다. 진자를 여러 주파수(더 높은 고조파)에서 스윙할 수 없다는 것도 중요하지만 이는 기본(더 낮은 고조파)의 분수와 동일한 주파수에서 수행할 수 있습니다.

강제 진동의 진폭과 위상.

주파수 ω(8.1)에 대한 강제 진동 진폭 A의 의존성을 고려하십시오.

공식 (8.1)에서 변위 진폭 A가 최대값을 갖는다는 것을 알 수 있습니다. 공진 주파수 ωres(변위 진폭 A가 최대값에 도달하는 주파수)를 결정하려면 함수(1)의 최대값, 또는 급진적 표현의 최소값을 찾아야 합니다. ω에 대한 급진적 표현을 미분하고 0과 동일하게 하면 ωres를 결정하는 조건을 얻습니다.

이 동등성은 ω=0, ±에 대해 유지되며, 양수 값만이 물리적 의미를 갖습니다. 따라서 공진 주파수(8.2)

전자기 유도 현상은 주로 기계적 에너지를 전류 에너지로 변환하는 데 사용됩니다. 이를 위해 신청 교류 발전기(유도 발전기). 가장 간단한 교류 발전기는 각속도로 균일하게 회전하는 와이어 프레임입니다. 승=유도가 있는 균일한 자기장에서 const 입력(그림 4.5). 면적이 있는 프레임을 관통하는 자기 유도의 자속 에스, 와 동등하다

프레임의 균일한 회전으로 회전 각도 , 여기서 회전 주파수는 입니다. 그 다음에

전자기 유도 법칙에 따라 프레임에 유도된 EMF는 다음과 같습니다.
그녀의 회전,

부하(전기 소비)가 브러시 접촉 장치를 사용하여 프레임의 클램프에 연결되면 교류가 이를 통해 흐릅니다.

발전소에서 전기의 산업 생산을 위해 사용됩니다 동기 발전기(스테이션이 열 또는 원자력인 경우 터보 발전기, 스테이션이 유압인 경우 수력 발전기). 동기 발전기의 고정 부분은 고정자, 및 회전 - 축차(그림 4.6). 발전기 회전자는 DC 권선(여자 권선)을 가지며 강력한 전자석입니다. 에 적용되는 DC 전류
브러시 접촉 장치를 통한 여자 권선은 회전자를 자화하고 이 경우 북극과 남극을 갖는 전자석이 형성됩니다.

발전기의 고정자에는 3개의 교류 권선이 있으며, 이 권선은 서로 120°만큼 오프셋되고 특정 스위칭 회로에 따라 상호 연결됩니다.

여기된 회전자는 증기 또는 수력 터빈의 도움으로 회전할 때 그 극이 고정자 권선 아래를 통과하고 고조파 법칙에 따라 변화하는 기전력이 그 극에 유도됩니다. 또한 발전기는 전기 네트워크의 특정 방식에 따라 전기 소비 노드에 연결됩니다.

역의 발전기에서 전력선을 통해 소비자에게 직접 전기를 전송하는 경우(상대적으로 작은 발전기 전압에서) 네트워크에서 에너지 및 전압의 큰 손실이 발생합니다(비율에 주의 , ). 따라서 경제적인 전력수송을 위해서는 전류강도를 줄이는 것이 필요하다. 그러나 전송된 전력은 변하지 않기 때문에 전압은 다음과 같아야 합니다.
전류가 감소하는 것과 같은 비율로 증가합니다.

전기 소비자는 차례로 전압을 필요한 수준으로 줄여야합니다. 전압이 주어진 횟수만큼 증가하거나 감소하는 전기 장치 변압기. 변압기의 작업은 또한 전자기 유도 법칙을 기반으로 합니다.

2권선 변압기의 작동 원리를 고려하십시오(그림 4.7). 교류가 1차 권선에 흐를 때 유도에 의해 권선 주위에 교류 자기장이 발생한다. 입력, 흐름도 가변적입니다.

변압기의 코어는 자속을 지시하는 역할을 합니다(공기의 자기 저항이 높음). 코어를 따라 닫히는 가변 자속은 각 권선에서 가변 EMF를 유도합니다.

강력한 변압기에서 코일 저항은 매우 작습니다.
따라서 1차 및 2차 권선 단자의 전압은 EMF와 거의 같습니다.

어디 케이-변환 비율. ~에 케이<1 () 변압기는 인상, 에 케이>1 () 변압기는 저하.

부하 변압기의 2차 권선에 연결하면 전류가 흐릅니다. 법률에 따른 전력 소비 증가로
에너지 절약, 스테이션의 발전기에서 방출되는 에너지는 증가해야 합니다. 즉,

이것은 변압기로 전압을 증가시킴으로써
입력 케이배, 회로의 전류 강도를 같은 양만큼 줄일 수 있습니다(이 경우 줄 손실은 다음과 같이 감소합니다. 케이 2 배).

주제 17. 전자기장에 대한 Maxwell 이론의 기초. 전자파

60년대. 19 세기 영국 과학자 J. Maxwell(1831-1879)은 실험적으로 확립된 전기장과 자기장의 법칙을 요약하고 완전한 통일 전자기장 이론. 결정할 수 있게 해줍니다. 전기 역학의 주요 임무: 주어진 전하 및 전류 시스템의 전자기장의 특성을 찾습니다.

맥스웰은 다음과 같이 가정했다. 모든 교류 자기장은 주변 공간에 소용돌이 전기장을 여기시키며, 그 순환은 회로에서 전자기 유도의 EMF의 원인입니다.:

(5.1)

식 (5.1)은 맥스웰의 두 번째 방정식. 이 방정식의 의미는 변화하는 자기장이 소용돌이 전기장을 생성하고 후자가 차례로 주변 유전체 또는 진공에서 변화하는 자기장을 유발한다는 것입니다. 자기장은 전류에 의해 생성되기 때문에 Maxwell에 따르면 소용돌이 전기장은 특정 전류로 간주되어야 하며,
이것은 유전체와 진공 모두에서 흐릅니다. Maxwell은 이 전류를 바이어스 전류.

Maxwell의 이론에서 다음과 같은 변위 전류
그리고 Eichenwald의 실험은 전도 전류와 동일한 자기장을 생성합니다.

그의 이론에서 Maxwell은 개념을 도입했습니다. 전체 전류합계와 동일
전도 및 변위 전류. 따라서 총 전류 밀도

Maxwell에 따르면 회로의 총 전류는 항상 닫혀 있습니다. 즉, 전도 전류만 도체 끝에서 끊어지고 도체 끝 사이의 유전체(진공)에는 닫는 변위 전류가 있습니다. 전도 전류.

총 전류의 개념을 도입하여 Maxwell은 벡터 순환 정리(또는 )를 일반화했습니다.

(5.6)

식 (5.6)은 적분 형태의 Maxwell의 첫 번째 방정식. 그것은 전체 전류의 일반화 된 법칙이며 전자기 이론의 주요 위치를 나타냅니다. 변위 전류는 전도 전류와 동일한 자기장을 생성합니다..

맥스웰이 만든 전자기장의 통일된 거시적 이론은 통합된 관점에서 전기 및 자기 현상을 설명할 뿐만 아니라 실제로 그 존재가 실제로 확인된 새로운 현상을 예측하는 것을 가능하게 했습니다(예: 전자파의 발견).

위에서 논의한 조항을 요약하면 Maxwell의 전자기 이론의 기초를 형성하는 방정식을 제시합니다.

1. 자기장 벡터의 순환에 대한 정리:

이 방정식은 자기장이 이동하는 전하(전류) 또는 교류 전기장에 의해 생성될 수 있음을 보여줍니다.

2. 전기장은 전위()와 와류()가 될 수 있으므로 총 전계 강도 . 벡터의 순환은 0과 같으므로 총 전기장 강도의 벡터 순환

이 방정식은 전기장의 소스가 전하뿐만 아니라 시간에 따라 변하는 자기장일 수 있음을 보여줍니다.

3. ,

닫힌 표면 내부의 체적 전하 밀도는 어디입니까? 물질의 특정 전도도입니다.

고정 필드의 경우( 이=상수 , 나= const) Maxwell의 방정식은 다음 형식을 취합니다.

즉, 이 경우 자기장의 소스는
전도 전류 및 전기장의 소스는 전하일 뿐입니다. 이 특별한 경우에는 전기장과 자기장이 서로 독립적이므로 별도로 연구할 수 있습니다. 영구적 인전기장과 자기장.

벡터 분석에서 알려진 사용 스톡스 및 가우스 정리, 상상할 수 있는 미분 형식의 Maxwell 방정식의 전체 시스템(공간의 각 지점에서 필드 특성화):

(5.7)

당연히 Maxwell의 방정식은 대칭이 아닌전기장과 자기장에 대해. 이는 자연이
전하가 있지만 자기 전하가 없습니다.

Maxwell의 방정식은 전기에 대한 가장 일반적인 방정식입니다.
정지된 매체의 자기장. 그들은 전자기 이론에서 역학에서 뉴턴의 법칙과 동일한 역할을 합니다.

전자기파유한한 속도로 공간을 전파하는 교류 전자기장이라고 합니다.

전자기파의 존재는 전기 및 자기 현상의 경험적 법칙의 일반화에 기초하여 1865년에 공식화된 Maxwell의 방정식에서 따릅니다. 전자기파는 교류 전기장과 자기장의 상호 연결로 인해 형성됩니다. 한 필드의 변화는 다른 필드의 변화로 이어집니다. 반대의 경우도 마찬가지입니다. 따라서 강한 전자기파의 형성을 위해서는 충분히 높은 주파수의 전자기적 진동을 가하는 것이 필요합니다. 위상 속도전자파가 결정된다
매체의 전기적 및 자기적 특성:

진공에서 () 전자기파의 전파 속도는 빛의 속도와 일치합니다. 문제에 있어서, 그래서 물질에서 전자기파의 전파 속도는 항상 진공보다 낮습니다.

전자기 유도 현상은 끊임없이 변화하는 자기장에 위치한 신체에 기전력이나 전압이 발생하는 현상입니다. 전자기 유도의 결과로 인한 기전력은 신체가 정적 및 불균일한 자기장 내에서 움직이거나 자기장 내에서 회전하여 교차하는 선이 닫힌 윤곽을 변경하는 경우에도 발생합니다.

유도 전류

"유도"의 개념은 다른 프로세스의 영향으로 인해 프로세스가 발생하는 것을 의미합니다. 예를 들어, 전류가 유도될 수 있습니다. 즉, 도체를 자기장에 특별한 방식으로 노출시킨 결과로 나타날 수 있습니다. 이러한 전류를 유도라고 합니다. 전자기 유도 현상의 결과로 전류가 형성되는 조건은 이 기사의 뒷부분에서 설명합니다.

자기장의 개념

전자기 유도 현상을 연구하기 전에 자기장이 무엇인지 이해할 필요가 있습니다. 간단히 말해서 자기장은 자성 물질이 자기 효과와 특성을 나타내는 공간 영역입니다. 이 공간 영역은 자기장 선이라고 하는 선을 사용하여 묘사할 수 있습니다. 이 선의 수는 자속이라고 하는 물리량을 나타냅니다. 자기장 라인은 닫혀 있으며 자석의 북극에서 시작하여 남쪽에서 끝납니다.

자기장은 전류의 철 도체와 같은 자기 특성을 가진 모든 물질에 작용할 수 있습니다. 이 필드는 B로 표시되고 테슬라(T)로 측정되는 자기 유도를 특징으로 합니다. 1T의 자기 유도는 1m/s의 속도로 자기장 선에 수직으로 날아가는 1쿨롱의 점 전하에 1뉴턴의 힘으로 작용하는 매우 강한 자기장, 즉 1T = 1N * s / (m*Cl).

전자기 유도 현상을 발견한 사람은 누구입니까?

많은 현대 장치의 작동 원리를 기반으로 하는 전자기 유도는 19세기의 30년대 초반에 발견되었습니다. 귀납법의 발견은 일반적으로 Michael Faraday(발견일 - 1831년 8월 29일)에 기인합니다. 과학자는 덴마크 물리학자이자 화학자인 Hans Oersted의 실험 결과를 기반으로 했으며, 그는 전류가 흐르는 도체가 자기 주위에 자기장을 생성한다는 것, 즉 자기 특성을 나타내기 시작한다는 사실을 발견했습니다.

패러데이는 차례로 외르스테드가 발견한 현상의 반대 현상을 발견했습니다. 그는 도체의 전류 매개변수를 변경하여 생성할 수 있는 변화하는 자기장이 모든 전류 도체의 끝에서 전위차의 출현으로 이어진다는 것을 알아차렸습니다. 이 끝이 예를 들어 전등을 통해 연결되면 전류가 이러한 회로를 통해 흐를 것입니다.

그 결과 패러데이는 전자기 유도 현상인 자기장의 변화로 인해 도체에 전류가 나타나는 물리적인 과정을 발견했습니다. 동시에 유도 전류의 형성을 위해 무엇이 움직이는지는 중요하지 않습니다. 전자기 유도 현상에 대해 적절한 실험을 수행하면 자기장 또는 자기장 자체를 쉽게 나타낼 수 있습니다. 따라서 금속 나선 내부에 자석을 배치하고 움직이기 시작합니다. 전류 표시기를 통해 나선형의 끝을 회로에 연결하면 전류의 모양을 볼 수 있습니다. 이제 자석을 그대로 두고 나선을 자석에 대해 위아래로 움직여야 합니다. 표시기는 또한 회로에 전류가 존재함을 보여줍니다.

패러데이 실험

패러데이의 실험은 도체와 영구 자석으로 작업하는 것으로 구성되었습니다. 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 도체가 자기장 내에서 움직일 때 그 끝에서 전위차가 발생한다는 것을 처음 발견했습니다. 움직이는 도체는 자기장의 선을 가로 지르기 시작하여이 필드를 변경하는 효과를 시뮬레이션합니다.

과학자는 결과적인 전위차의 양수 및 음수 신호가 도체가 움직이는 방향에 따라 다르다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 도체가 자기장에서 상승하면 결과 전위차는 +- 극성을 갖지만 이 도체가 낮아지면 이미 -+ 극성을 갖게 됩니다. 전위 부호의 이러한 변화는 기전력(EMF)이라고 하는 차이로 인해 폐쇄 회로에서 교류, 즉 방향을 지속적으로 반대 방향으로 변경하는 전류의 출현으로 이어집니다.

패러데이가 발견한 전자기 유도의 특징

전자기 유도 현상을 발견한 사람과 유도 전류가 발생하는 이유를 알고 이 현상의 몇 가지 특징을 설명합니다. 따라서 자기장에서 도체를 빨리 움직일수록 회로의 유도 전류 값이 커집니다. 이 현상의 또 다른 특징은 다음과 같습니다. 필드의 자기 유도가 클수록, 즉 이 필드가 강할수록 필드에서 도체를 이동할 때 생성할 수 있는 전위차가 커집니다. 도체가 자기장에서 정지하면 도체를 가로지르는 자기 유도선에 변화가 없기 때문에 EMF가 발생하지 않습니다.

전류 방향과 왼손 법칙

전자기 유도 현상의 결과로 생성되는 전류 도체의 방향을 결정하기 위해 소위 왼손 법칙을 사용할 수 있습니다. 그것은 다음과 같이 공식화 될 수 있습니다 : 자석의 북극에서 시작하는 자기 유도선이 손바닥에 들어가고 튀어 나온 엄지 손가락이 도체의 이동 방향으로 향하도록 왼손을 배치하면 자석의 장, 왼손의 나머지 네 손가락은 도체에서 유도 전류의 이동 방향을 나타냅니다.

이 규칙의 또 다른 버전은 다음과 같습니다. 왼손의 검지가 자기 유도선을 따라 향하고 튀어 나온 엄지가 도체 방향을 향하면 가운데 손가락이 90도 회전합니다. 손바닥에 도체에 나타나는 전류의 방향을 나타냅니다.

자기유도 현상

Hans Christian Oersted는 전류가 흐르는 도체 또는 코일 주위에 자기장의 존재를 발견했습니다. 과학자는 또한 이 장의 특성이 전류의 세기와 방향과 직접적인 관련이 있음을 발견했습니다. 코일 또는 도체의 전류가 가변적이면 고정되지 않는 자기장을 생성합니다. 즉, 변경됩니다. 차례로, 이 교류 필드는 유도 전류(전자기 유도 현상)의 출현으로 이어질 것입니다. 유도 전류의 움직임은 항상 도체를 통해 순환하는 교류와 반대입니다. 즉, 도체 또는 코일에서 전류 방향의 각 변화에 저항합니다. 이 과정을 자기 유도라고 합니다. 이 경우 생성된 전위의 차이를 자기 유도 EMF라고 합니다.

자기 유도 현상은 전류의 방향이 변할 때뿐만 아니라 예를 들어 회로의 저항 감소로 인한 증가와 같이 전류의 방향이 변할 때에도 발생합니다.

자기 유도로 인한 회로의 전류 변화에 의해 가해지는 저항을 물리적으로 설명하기 위해 Henry(미국 물리학자 Joseph Henry를 기리기 위해)로 측정되는 인덕턴스 개념이 도입되었습니다. 하나의 헨리는 전류가 1초에 1암페어만큼 변할 때 자기 유도 과정에서 1볼트와 같은 EMF가 발생하는 인덕턴스입니다.

교류

인덕터가 자기장에서 회전하기 시작하면 전자기 유도 현상의 결과로 유도 전류가 생성됩니다. 이 전류는 가변적입니다. 즉, 체계적으로 방향을 변경합니다.

교류는 직류보다 더 일반적입니다. 따라서 중앙 전기 네트워크에서 작동하는 많은 장치는 이러한 특정 유형의 전류를 사용합니다. 교류는 직류보다 유도 및 전송이 더 쉽습니다. 일반적으로 가정용 교류의 주파수는 50-60Hz, 즉 1초에 방향이 50-60번 바뀝니다.

교류의 기하학적 표현은 시간에 대한 전압의 의존성을 설명하는 정현파 곡선입니다. 가정용 전류에 대한 사인 곡선의 전체 주기는 약 20밀리초입니다. 열 효과에 따르면 교류는 직류와 유사하며, 그 전압은 U max /√2이며, 여기서 U max는 교류의 정현파 곡선의 최대 전압입니다.