Elektromagnētiskās indukcijas praktiskais pielietojums. Elektromagnētiskā indukcija

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru/

IEVADS

Tā nav nejaušība, ka pirmais un vissvarīgākais solis šī atvēršanā jauna puse Elektromagnētisko mijiedarbību ideju pamatlicēju par elektromagnētisko lauku padarīja viens no izcilākajiem zinātniekiem pasaulē - Maikls Faradejs (1791-1867). Faradejs bija pilnīgi pārliecināts par elektrisko un magnētiskās parādības. Neilgi pēc Orsteda atklājuma viņš savā dienasgrāmatā (1821) ierakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Kopš tā laika Faradejs nemitīgi domāja par šo problēmu. Viņi saka, ka viņš vestes kabatā pastāvīgi nēsājis magnētu, kuram vajadzēja atgādināt par veicamo uzdevumu. Desmit gadus vēlāk, 1831. gadā, smaga darba un ticības panākumiem rezultātā problēma tika atrisināta. Viņš veica atklājumu, kas ir visu pasaules spēkstaciju ģeneratoru būvniecības pamatā, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. Citi avoti: galvaniskie elementi, termoelementi un fotoelementi nodrošina niecīgu saražotās enerģijas daļu.

Faraday domāja, ka elektriskā strāva spēj magnetizēt dzelzs priekšmetus. Lai to izdarītu, spoles iekšpusē vienkārši ievietojiet dzelzs stieni. Vai magnēts savukārt var izraisīt elektriskās strāvas parādīšanos vai mainīt tās stiprumu? Ilgu laiku neko nevarēja atrast.

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS PARĀDĪBAS ATKLĀŠANAS VĒSTURE

Signoru Nobili un Antinori teicieni no žurnāla "Antoloģija"

« Faradeja kungs nesen atklāja jauna klase elektrodinamiskās parādības. Viņš par to iesniedza memuārus Londonas Karaliskajai biedrībai, taču šie memuāri vēl nav publicēti. Mēs zinām par viņutikai piezīme, ko nosūtīja A kungsParīzes Zinātņu akadēmijas ierēdnis1831. gada 26. decembris, pamatojoties uz vēstuli, ko viņš saņēma no paša Faradeja kunga.

Šī saziņa mudināja Chevalier Antinori un mani nekavējoties atkārtot pamata eksperimentu un izpētīt to no dažādiem viedokļiem. Mēs glaimojam sev ar cerību, ka sasniegtajiem rezultātiem ir kāda nozīme, un tāpēc steidzam tos publicēt bez jebkādasiepriekšējāmateriāliem, izņemot piezīmi, kas kalpoja par mūsu pētījuma sākumpunktu.»

"Faraday kunga memuāri," kā teikts piezīmē, "ir sadalīti četrās daļās.

Pirmajā, kuras nosaukums ir "Galvaniskās elektrības ierosme", mēs atrodam šādu galveno faktu: galvaniskā strāva, kas iet cauri metāla stieplei, rada citu strāvu tuvojošā vadā; otrā strāva ir pretēja virzienā pirmajai un ilgst tikai vienu brīdi. Ja ierosmes strāva tiek noņemta, tās ietekmē stieplē rodas strāva, kas ir pretēja tai, kas tajā radās pirmajā gadījumā, t.i. tādā pašā virzienā kā aizraujošā straume.

Atmiņu grāmatas otrā daļa stāsta par magnēta radītajām elektriskām strāvām. Tuvojoties spoles magnētiem, Faradeja kungs radīja elektriskās strāvas; noņemot spoles, radās pretējā virziena strāvas. Šīm strāvām ir spēcīga ietekme uz galvanometru, izlaižot, kaut arī vāji, caur sālījumu un citiem šķīdumiem. No tā izriet, ka šis zinātnieks, izmantojot magnētu, ierosināja Ampēra kunga atklātās elektriskās strāvas.

Trešā memuāru daļa attiecas uz pamata elektrisko stāvokli, ko Faradeja kungs sauc par elektromonisko stāvokli.

Ceturtajā daļā tiek runāts par eksperimentu, kas ir tikpat ziņkārīgs, cik neparasts, kas pieder Arago kungam; kā zināms, šis eksperiments sastāv no tā, ka magnētiskā adata griežas rotējoša metāla diska ietekmē. Viņš atklāja, ka metāla diskam griežoties magnēta ietekmē, var parādīties elektriskās strāvas tādā daudzumā, kas ir pietiekams, lai no diska izveidotu jaunu elektrisko mašīnu.

MODERNĀ ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS TEORIJA

Elektriskās strāvas rada ap tiem magnētisko lauku. Vai magnētiskais lauks var izraisīt izskatu elektriskais lauks? Faradejs eksperimentāli atklāja, ka, mainoties magnētiskajai plūsmai, kas iekļūst slēgtā ķēdē, tajā rodas elektriskā strāva. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju. Strāvu, kas rodas elektromagnētiskās indukcijas parādības laikā, sauc par induktīvu. Stingri sakot, kad ķēde pārvietojas magnētiskajā laukā, tiek ģenerēta nevis noteikta strāva, bet gan noteikts EML. Detalizētāks elektromagnētiskās indukcijas pētījums parādīja, ka indukcijas EMF, kas rodas jebkurā slēgtā ķēdē, ir vienāds ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu caur virsmu, ko ierobežo šī ķēde, kas ņemta ar pretēju zīmi.

Elektromotora spēks ķēdē ir ārējo spēku darbības rezultāts, t.i. neelektriskas izcelsmes spēki. Vadītājam pārvietojoties magnētiskajā laukā, ārējo spēku lomu spēlē Lorenca spēks, kura iedarbībā lādiņi tiek atdalīti, kā rezultātā vadītāja galos parādās potenciālu starpība. Indukcijas EMF vadītājā raksturo darbu, pārvietojot vienības pozitīvo lādiņu pa vadītāju.

Elektromagnētiskās indukcijas parādība ir elektrisko ģeneratoru darbības pamatā. Ja stieples rāmis tiek vienmērīgi pagriezts vienmērīgā magnētiskajā laukā, tad rodas inducēta strāva, kas periodiski maina tās virzienu. Pat viens rāmis, kas rotē vienmērīgā magnētiskajā laukā, ir ģenerators maiņstrāva.

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS PARĀDĪBU EKSPERIMENTĀLĀ IZPĒTE

Apsveriet klasiskos Faradeja eksperimentus, ar kuru palīdzību tika atklāta elektromagnētiskās indukcijas parādība:

Pastāvīgajam magnētam kustoties, tā spēka līnijas šķērso spoles pagriezienus, un rodas indukcijas strāva, tāpēc galvanometra adata novirzās. Ierīces rādījumi ir atkarīgi no magnēta kustības ātruma un no spoles apgriezienu skaita.

Šajā eksperimentā mēs izlaižam strāvu caur pirmo spoli, kas rada magnētiskā plūsma un, kad otrā spole pārvietojas pirmās iekšpusē, magnētiskās līnijas krustojas, tāpēc rodas indukcijas strāva.

Veicot eksperimentu Nr.2, tika fiksēts, ka brīdī, kad tika ieslēgts slēdzis, ierīces bultiņa novirzījās un rādīja EMF vērtību, pēc tam bultiņa atgriezās sākotnējā pozīcijā. Kad slēdzis tika izslēgts, bultiņa atkal novirzījās, bet otrā virzienā un parādīja EMF vērtību, pēc tam atgriezās sākotnējā stāvoklī. Brīdī, kad slēdzis ir ieslēgts, strāva palielinās, bet rodas kaut kāds spēks, kas neļauj palielināt strāvu. Šis spēks inducē pats sevi, tāpēc arī nosaukums EML pašindukcija. Izslēgšanas brīdī notiek tas pats, tikai ir mainījies EMF virziens, tāpēc ierīces bultiņa novirzījās pretējā virzienā.

Šī pieredze liecina, ka elektromagnētiskās indukcijas EML rodas, mainoties strāvas stiprumam un virzienam. Tas pierāda, ka indukcijas EML, kas pats rada, ir strāvas izmaiņu ātrums.

Viena mēneša laikā Faradejs eksperimentāli atklāja visas elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtiskās iezīmes. Atlika tikai piešķirt likumam stingru kvantitatīvu formu un pilnībā atklāt parādības fizisko būtību. Pats Faradejs jau uztvēra parasto lietu, kas nosaka indukcijas strāvas parādīšanos eksperimentos, kas ārēji izskatās atšķirīgi.

Slēgtā vadošā ķēdē strāva rodas, mainoties magnētiskās indukcijas līniju skaitam, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju.

Un jo ātrāk mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, jo lielāka ir iegūtā strāva. Šajā gadījumā magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu iemesls ir pilnīgi vienaldzīgs.

Tās var būt izmaiņas magnētiskās indukcijas līniju skaitā, kas iekļūst fiksētā vadītājā sakarā ar strāvas stipruma izmaiņām blakus esošajā spolē, un līniju skaita izmaiņas ķēdes kustības dēļ nehomogēnā magnētiskajā laukā. , kuras līniju blīvums mainās telpā.

LENTZA NOTEIKUMI

Induktīvā strāva, kas radusies vadītājā, nekavējoties sāk mijiedarboties ar strāvu vai magnētu, kas to radīja. Ja magnēts (vai spole ar strāvu) tiek tuvināts slēgtam vadītājam, tad topošā indukcijas strāva ar savu magnētisko lauku obligāti atgrūž magnētu (spoli). Jāstrādā, lai magnēts un spoli tuvinātu viens otram. Kad magnēts tiek noņemts, notiek pievilkšanās. Šis noteikums tiek stingri ievērots. Iedomājieties, ja viss būtu savādāk: jūs virzāt magnētu pret spoli, un tas pats ieskrienas tajā. Tas pārkāptu enerģijas nezūdamības likumu. Galu galā magnēta mehāniskā enerģija palielinātos un tajā pašā laikā rastos strāva, kas pati par sevi prasa enerģijas patēriņu, jo strāva var arī strādāt. Ģeneratora enkurā inducētā elektriskā strāva, mijiedarbojoties ar statora magnētisko lauku, palēnina armatūras griešanos. Tikai tāpēc, lai pagrieztu armatūru, ir jādara darbs, jo lielāks, jo lielāks ir strāvas stiprums. Pateicoties šim darbam, rodas induktīvā strāva. Interesanti atzīmēt, ka, ja mūsu planētas magnētiskais lauks būtu ļoti liels un ļoti neviendabīgs, tad straujas vadošu ķermeņu kustības uz tās virsmas un atmosfērā būtu neiespējamas, jo ķermenī inducētā strāva intensīvi mijiedarbotos ar šo. lauks. Ķermeņi kustētos kā blīvā viskozā vidē un tajā pašā laikā tiktu stipri uzkarsēti. Ne lidmašīnas, ne raķetes nevarēja lidot. Kopš tā laika cilvēks nevarēja ātri pakustināt ne rokas, ne kājas cilvēka ķermenis- labs diriģents.

Ja spole, kurā tiek inducēta strāva, ir nekustīga attiecībā pret blakus esošo spoli ar maiņstrāvu, kā, piemēram, transformatorā, tad šajā gadījumā indukcijas strāvas virzienu nosaka enerģijas nezūdamības likums. Šī strāva vienmēr ir virzīta tā, ka tās radītajam magnētiskajam laukam ir tendence samazināt strāvas svārstības primārajā.

Magnēta atgrūšana vai pievilkšanās ar spoles palīdzību ir atkarīga no indukcijas strāvas virziena tajā. Tāpēc enerģijas nezūdamības likums ļauj formulēt noteikumu, kas nosaka indukcijas strāvas virzienu. Kāda ir atšķirība starp diviem eksperimentiem: magnēta tuvošanos spolei un tā izņemšanu? Pirmajā gadījumā magnētiskā plūsma (jeb magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst spoles pagriezienos) palielinās (att. a), bet otrajā gadījumā samazinās (b att.). Turklāt pirmajā gadījumā indukcijas līnija B " magnētiskais lauks, ko rada spolē radusies indukcijas strāva, iziet no spoles augšējā gala, jo spole atgrūž magnētu, un otrā gadījumā, gluži pretēji, tie nonāk šajā galā. Šīs magnētiskās indukcijas līnijas attēlā ir parādītas ar gājienu.

Tagad esam nonākuši pie galvenā jautājuma: palielinoties magnētiskajai plūsmai caur spoles pagriezieniem, indukcijas strāvai ir tāds virziens, ka tās radītais magnētiskais lauks novērš magnētiskās plūsmas pieaugumu caur spoles pagriezieniem. Galu galā šī lauka indukcijas vektors ir vērsts pret lauka indukcijas vektoru, kura maiņa rada elektrisko strāvu. Ja magnētiskā plūsma caur spoli vājina, tad induktīvā strāva rada magnētisko lauku ar indukciju, kas palielina magnētisko plūsmu caur spoles pagriezieniem.

Tāda ir būtība vispārējs noteikums induktīvās strāvas virziena noteikšana, kas ir piemērojama visos gadījumos. Šo noteikumu ieviesa krievu fiziķis E.X. Lencs (1804-1865).

Saskaņā ar Lenca likumu induktīvajai strāvai, kas rodas slēgtā ķēdē, ir tāds virziens, ka tās radītā magnētiskā plūsma caur ķēdes ierobežoto virsmu mēdz novērst plūsmas izmaiņas, kas rada šo strāvu. Vai arī indukcijas strāvai ir tāds virziens, ka tā novērš cēloni, kas to izraisa.

Supravadītāju gadījumā ārējās magnētiskās plūsmas izmaiņu kompensācija būs pilnīga. Magnētiskās indukcijas plūsma caur virsmu, ko ierobežo supravadītāja ķēde, laika gaitā nemainās nekādos apstākļos.

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS LIKUMS

elektromagnētiskās indukcijas Faraday lenz

Faradeja eksperimenti parādīja, ka inducētās strāvas stiprums es i vadošā ķēdē ir proporcionāls magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu ātrumam, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde. Precīzāk, šo apgalvojumu var formulēt, izmantojot magnētiskās plūsmas jēdzienu.

Magnētiskā plūsma ir skaidri interpretēta kā magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst virsmā ar laukumu S. Tāpēc šī skaitļa izmaiņu ātrums nav nekas cits kā magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums. Ja īsā laikā t magnētiskā plūsma mainās uz D F, tad magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums ir vienāds ar.

Tāpēc apgalvojumu, kas izriet tieši no pieredzes, var formulēt šādi:

indukcijas strāvas stiprums ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo kontūra:

Atgādiniet, ka ķēdē rodas elektriskā strāva, kad ārējie spēki iedarbojas uz brīviem lādiņiem. Šo spēku darbu, pārvietojot vienu pozitīvu lādiņu pa slēgtu ķēdi, sauc par elektromotora spēku. Līdz ar to, mainoties magnētiskajai plūsmai caur virsmu, ko ierobežo kontūra, tajā parādās ārējie spēki, kuru darbību raksturo EML, ko sauc par indukcijas EML. Apzīmēsim to ar burtu E es .

Elektromagnētiskās indukcijas likums ir īpaši izstrādāts EML, nevis strāvas stiprumam. Ar šo formulējumu likums izsaka parādības būtību, kas nav atkarīga no vadītāju īpašībām, kuros rodas indukcijas strāva.

Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu (EMI) indukcijas EML absolūtajā vērtībā ir vienāds ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu caur virsmu, ko ierobežo cilpa:

Kā ņemt vērā indukcijas strāvas virzienu (vai indukcijas EMF zīmi) elektromagnētiskās indukcijas likumā saskaņā ar Lenca likumu?

Attēlā parādīta slēgta cilpa. Mēs uzskatīsim par pozitīvu virzienu kontūras apiešanai pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Normāls pret kontūru veido labo skrūvi ar apvedceļa virzienu. EML zīme, t.i., specifisks darbs, ir atkarīgs no ārējo spēku virziena attiecībā pret ķēdes apiešanas virzienu.

Ja šie virzieni sakrīt, tad E i > 0 un attiecīgi es i > 0. Pretējā gadījumā EML un strāvas stiprums ir negatīvi.

Ļaujiet ārējā magnētiskā lauka magnētiskajai indukcijai būt vērstai pa normālu uz kontūru un laika gaitā pieaugt. Tad F> 0 un > 0. Saskaņā ar Lenca likumu indukcijas strāva rada magnētisko plūsmu F" < 0. Линии индукции B"Indukcijas strāvas magnētiskais lauks ir parādīts attēlā ar domuzīmi. Tāpēc indukcijas strāva es i ir vērsts pulksteņrādītāja virzienā (pret pozitīvo apvedceļa virzienu), un indukcijas emf ir negatīvs. Tāpēc elektromagnētiskās indukcijas likumā ir jābūt mīnusa zīmei:

Starptautiskajā mērvienību sistēmā magnētiskās plūsmas mērvienības noteikšanai izmanto elektromagnētiskās indukcijas likumu. Šo vienību sauc par Weber (Wb).

Kopš indukcijas EML E i ir izteikts voltos, un laiks ir sekundēs, tad no Vēbera EMP likuma var noteikt šādi:

magnētiskā plūsma caur virsmu, ko ierobežo slēgta cilpa, ir 1 Wb, ja, šai plūsmai vienmērīgi samazinoties līdz nullei 1 sekundē, ķēdē parādās indukcijas emf, kas vienāds ar 1 V: 1 Wb \u003d 1 V 1 s .

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS PARĀDĪBU PRAKTISKĀ PIELIETOJUMS

Apraide

Mainīgs magnētiskais lauks, ko ierosina mainīga strāva, apkārtējā telpā rada elektrisko lauku, kas savukārt ierosina magnētisko lauku utt. Savstarpēji ģenerējot viens otru, šie lauki veido vienu mainīgu elektromagnētisko lauku – elektromagnētisko vilni. Radies vietā, kur ir vads ar strāvu, elektromagnētiskais lauks izplatās telpā ar gaismas ātrumu -300 000 km/s.

Magnetoterapija

Frekvenču spektrā dažādas vietas aizņem radio viļņi, gaisma, rentgenstari un citi elektromagnētiskā radiācija. Tos parasti raksturo nepārtraukti savstarpēji savienoti elektriskie un magnētiskie lauki.

Sinhrofazotroni

Šobrīd ar magnētisko lauku saprot īpašu matērijas formu, kas sastāv no lādētām daļiņām. Mūsdienu fizikā lādētu daļiņu starus izmanto, lai dziļi iekļūtu atomos, lai tos izpētītu. Spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgu lādētu daļiņu, sauc par Lorenca spēku.

Plūsmas mērītāji - skaitītāji

Metodes pamatā ir Faradeja likuma pielietojums vadītājam magnētiskajā laukā: elektriski vadoša šķidruma plūsmā, kas pārvietojas magnētiskajā laukā, plūsmas ātrumam proporcionāli tiek inducēts EML, ko elektroniskā daļa pārvērš elektriskais analogais / digitālais signāls.

Līdzstrāvas ģenerators

Ģeneratora režīmā mašīnas armatūra griežas ārēja momenta ietekmē. Starp statora poliem ir pastāvīga magnētiskā plūsma, kas iekļūst armatūrā. Armatūras tinumu vadītāji pārvietojas magnētiskajā laukā un tāpēc tajos tiek inducēts EML, kura virzienu var noteikt pēc "labās rokas" likuma. Šajā gadījumā vienai sukai ir pozitīvs potenciāls attiecībā pret otro. Ja ģeneratora spailēm ir pievienota slodze, tajā plūst strāva.

EMR fenomenu plaši izmanto transformatoros. Apskatīsim šo ierīci sīkāk.

TRANSFORMERI

Transformators (no lat. transformo - pārveidot) - statisks elektromagnētiskā ierīce kam ir divi vai vairāki induktīvi savienoti tinumi un kas paredzēti pārveidošanai ar vienas vai vairāku maiņstrāvas sistēmu elektromagnētisko indukciju vienā vai vairākās citās maiņstrāvas sistēmās.

Transformatora izgudrotājs ir krievu zinātnieks P.N. Jabločkovs (1847-1894). 1876. gadā Jabločkovs kā transformatoru izmantoja indukcijas spoli ar diviem tinumiem, lai darbinātu viņa izgudrotās elektriskās sveces. Jabločkova transformatoram bija atvērts kodols. Slēgto kodolu transformatori, līdzīgi tiem, ko izmanto mūsdienās, parādījās daudz vēlāk, 1884. gadā. Līdz ar transformatora izgudrošanu radās tehniska interese par maiņstrāvu, kas līdz tam laikam nebija pielietota.

Transformatorus plaši izmanto pārraidē elektriskā enerģija lielos attālumos, tā sadali starp uztvērējiem, kā arī dažādās taisnošanas, pastiprināšanas, signalizācijas un citās ierīcēs.

Enerģijas pārveidošanu transformatorā veic mainīgs magnētiskais lauks. Transformators ir plānu tērauda plākšņu serde, kas izolētas viena no otras, uz kurām tiek uzlikti divi un dažreiz vairāk izolētas stieples tinumi (spoles). Tinumu, kuram ir pievienots maiņstrāvas elektriskās enerģijas avots, sauc par primāro tinumu, pārējos tinumus sauc par sekundārajiem.

Ja transformatora sekundārajā tinumā ir uztīts trīs reizes vairāk apgriezienu nekā primārajā, tad primārā tinuma serdē radītais magnētiskais lauks, šķērsojot sekundārā tinuma vijumus, radīs tajā trīs reizes lielāku spriegumu.

Izmantojot transformatoru ar apgriezto apgriezienu attiecību, jūs varat tikpat viegli un vienkārši iegūt samazinātu spriegumu.

Plkstideāls transformatora vienādojums

Ideāls transformators ir transformators, kuram nav enerģijas zudumu tinumu un tinumu noplūdes plūsmu sildīšanai. Ideālā transformatorā visas spēka līnijas iet cauri visiem abu tinumu apgriezieniem, un, tā kā mainīgais magnētiskais lauks katrā pagriezienā rada vienu un to pašu EML, kopējais tinumā inducētais EML ir proporcionāls tā apgriezienu kopējam skaitam. Šāds transformators pārveido visu ienākošo enerģiju no primārās ķēdes magnētiskajā laukā un pēc tam sekundārās ķēdes enerģijā. Šajā gadījumā ienākošā enerģija ir vienāda ar pārveidoto enerģiju:

kur P1 ir transformatoram no primārās ķēdes piegādātās jaudas momentānā vērtība,

P2 ir jaudas momentānā vērtība, ko pārveido transformators, ieejot sekundārajā ķēdē.

Apvienojot šo vienādojumu ar spriegumu attiecību tinumu galos, mēs iegūstam ideāla transformatora vienādojumu:

Tādējādi mēs iegūstam, ka, palielinoties spriegumam sekundārā tinuma U2 galos, sekundārās ķēdes I2 strāva samazinās.

Lai pārvērstu vienas ķēdes pretestību uz citas ķēdes pretestību, vērtība jāreizina ar koeficienta kvadrātu. Piemēram, pretestība Z2 ir savienota ar sekundārā tinuma galiem, tās samazinātā vērtība primārajai ķēdei būs

Šis noteikums attiecas arī uz sekundāro ķēdi:

Apzīmējums uz diagrammām

Diagrammās transformators ir norādīts šādi:

Centrālā biezā līnija atbilst serdenim, 1 ir primārais tinums (parasti kreisajā pusē), 2,3 ir sekundārie tinumi. Pusapļu skaits kaut kādā aptuvenā tuvinājumā simbolizē tinuma apgriezienu skaitu (vairāk apgriezienu - vairāk pusloku, bet bez stingras proporcionalitātes).

TRANSFORMA LIETOJUMS

Transformatori tiek plaši izmantoti rūpniecībā un ikdienas dzīvē dažādiem mērķiem:

1. Elektriskās enerģijas pārvadei un sadalei.

Parasti elektrostacijās maiņstrāvas ģeneratori ģenerē elektroenerģiju ar spriegumu 6-24 kV, un ir izdevīgi pārvadīt elektroenerģiju lielos attālumos ar daudz augstāku spriegumu (110, 220, 330, 400, 500 un 750 kV) . Tāpēc katrā elektrostacijā tiek uzstādīti transformatori, kas palielina spriegumu.

elektroenerģijas sadale starp rūpniecības uzņēmumiem, apmetnes, pilsētās un lauku apvidos, kā arī iekšpusē rūpniecības uzņēmumi ko ražo gaisvadu un kabeļu līnijas ar spriegumu 220, 110, 35, 20, 10 un 6 kV. Tāpēc visos sadales mezglos, kas samazina spriegumu līdz 220, 380 un 660 V, jāuzstāda transformatori.

2. Nodrošināt vēlamo ķēdi vārstu ieslēgšanai pārveidotāja ierīcēs un saskaņot spriegumu pārveidotāja izejā un ieejā. Šiem nolūkiem izmantotos transformatorus sauc par transformatoriem.

3. Dažādiem tehnoloģiskiem mērķiem: metināšana ( metināšanas transformatori), elektrotermisko instalāciju (elektrisko krāsns transformatoru) elektroapgāde u.c.

4. Dažādu radioiekārtu, elektronisko iekārtu, sakaru un automatizācijas ierīču, sadzīves tehnikas ķēžu barošanai, dažādu šo ierīču elementu elektrisko ķēžu atdalīšanai, sprieguma saskaņošanai u.c.

5. Augstsprieguma elektriskās ķēdēs vai ķēdēs, caur kurām iet lielas strāvas, iekļaut elektriskos mērinstrumentus un dažas ierīces (relejus u.c.), lai paplašinātu mērījumu robežas un nodrošinātu elektrodrošību. Šiem nolūkiem izmantotos transformatorus sauc par mērīšanas ierīcēm.

SECINĀJUMS

Elektromagnētiskās indukcijas fenomens un tā īpašie gadījumi tiek plaši izmantoti elektrotehnikā. Izmanto, lai pārveidotu mehānisko enerģiju elektroenerģijā sinhronie ģeneratori. Transformatorus izmanto, lai palielinātu vai samazinātu maiņstrāvas spriegumu. Transformatoru izmantošana ļauj ekonomiski pārsūtīt elektroenerģiju no elektrostacijām uz patēriņa mezgliem.

BIBLIOGRĀFIJA:

1. Fizikas kurss, mācību grāmata augstskolām. T.I. Trofimova, 2007.

2. Ķēžu teorijas pamati, G.I. Atabekov, Lan, Sanktpēterburga, - M., - Krasnodara, 2006.

3. Elektriskās mašīnas, L.M. Pjotrovskis, L., Enerģētika, 1972.

4. Strāvas transformatori. Uzziņu grāmata / Red. S.D. Lizunova, A.K. Lohaņins. M.: Energoizdat 2004. gads.

5. Transformatoru projektēšana. A.V. Sapožņikovs. M.: Gosenergoizdat. 1959. gads.

6. Transformatoru aprēķins. Mācību grāmata augstskolām. P.M. Tihomirovs. Maskava: Enerģētika, 1976.

7. Fizika - pamācība tehnikumiem, autors V.F. Dmitrijevs, Maskavas "Augstskolas" izdevums, 2004.

Mitināts vietnē Allbest.ru

Līdzīgi dokumenti

Vispārīgi jēdzieni, elektromagnētiskās indukcijas atklāšanas vēsture. Proporcionalitātes koeficients elektromagnētiskās indukcijas likumā. Magnētiskās plūsmas maiņa uz Lenz ierīces piemēra. Solenoīda induktivitāte, magnētiskā lauka enerģijas blīvuma aprēķins.

lekcija, pievienota 10.10.2011

Elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšanas vēsture. Magnētiskās plūsmas atkarības no magnētiskās indukcijas izpēte. Elektromagnētiskās indukcijas fenomena praktiskais pielietojums: apraide, magnetoterapija, sinchrophasotrons, elektriskie ģeneratori.

abstrakts, pievienots 15.11.2009

Darbs pie vadītāja pārvietošanas ar strāvu magnētiskajā laukā. Elektromagnētiskās indukcijas fenomena izpēte. Metodes indukcijas strāvas iegūšanai pastāvīgā un mainīgā magnētiskajā laukā. Elektromagnētiskās indukcijas elektromotora spēka raksturs. Faradeja likums.

prezentācija, pievienota 24.09.2013

Elektromagnētiskā indukcija- virpuļa elektriskā lauka ģenerēšanas parādība ar mainīgu magnētisko lauku. Maikla Faradeja šīs parādības atklāšanas vēsture. Indukcijas ģenerators. Formula indukcijas elektromotora spēka noteikšanai.

abstrakts, pievienots 13.12.2011

Elektromagnētiskā indukcija. Lenca likums, elektromotora spēks. Magnētiskās indukcijas un magnētiskā sprieguma mērīšanas metodes. Virpuļstrāvas (Fuko strāvas). Rāmja rotācija magnētiskajā laukā. Pašindukcija, strāva aizverot un atverot ķēdi. Savstarpēja indukcija.

kursa darbs, pievienots 25.11.2013

Elektriskās mašīnas kā tās, kurās elektromagnētiskās indukcijas fenomena rezultātā notiek enerģijas pārveide, attīstības vēsture un galvenie posmi, sasniegumi šajā jomā. Elektromotora izveide ar praktiskas pielietošanas iespēju.

abstrakts, pievienots 21.06.2012

Virpuļa elektriskā lauka raksturojums. Eksperimentālo faktu analītisks skaidrojums. Elektromagnētiskās indukcijas un Ohma likumi. Gaismas polarizācijas plaknes rotācijas parādības magnētiskajā laukā. Indukcijas strāvas iegūšanas metodes. Lenca noteikuma piemērošana.

prezentācija, pievienota 19.05.2014

Maikla Faradeja bērnība un jaunība. Darba sākšana Karaliskajā iestādē. Pirmie patstāvīgie M. Faradeja pētījumi. Elektromagnētiskās indukcijas likums, elektrolīze. Faradeja slimība, nesenais eksperimentālais darbs. M. Faradeja atklājumu nozīme.

abstrakts, pievienots 06.07.2012

Īsa ieskice par izcilā angļu fiziķa Maikla Faradeja dzīvi, personīgo un radošo attīstību. Faradeja pētījumi elektromagnētisma jomā un elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana, likuma formulēšana. Eksperimenti ar elektrību.

abstrakts, pievienots 23.04.2009

Maikla Faradeja skolas periods, viņa pirmais neatkarīgais pētījums (eksperimenti niķeli saturošu tēraudu kausēšanai). Angļu fiziķa pirmā elektromotora modeļa izveide, elektromagnētiskās indukcijas un elektrolīzes likumu atklāšana.

abstrakts

disciplīnā "Fizika"

Tēma: "Elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana"

Pabeigts:

Studentu grupa 13103/1

Sanktpēterburga

2. Faradeja eksperimenti. 3

3. Elektromagnētiskās indukcijas fenomena praktiskā pielietošana. deviņi

4. Izmantotās literatūras saraksts .. 12

Elektromagnētiskā indukcija - elektriskās strāvas parādība slēgtā ķēdē, kad mainās magnētiskā plūsma, kas iet caur to. Elektromagnētisko indukciju 1831. gada 29. augustā atklāja Maikls Faradejs. Viņš atklāja, ka elektromotora spēks, kas rodas slēgtā vadošā ķēdē, ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo šī ķēde. Elektromotora spēka (EMF) lielums nav atkarīgs no tā, kas izraisa plūsmas izmaiņas - paša magnētiskā lauka izmaiņas vai ķēdes (vai tā daļas) kustību magnētiskajā laukā. Šī EML radīto elektrisko strāvu sauc par indukcijas strāvu.

1820. gadā Hanss Kristians Oersteds parādīja, ka elektriskā strāva, kas plūst caur ķēdi, izraisa magnētiskās adatas novirzi. Ja elektriskā strāva rada magnētismu, tad elektriskās strāvas parādīšanās ir jāsaista ar magnētismu. Šī ideja aizrāva angļu zinātnieku M. Faradeju. "Pārvērtiet magnētismu elektrībā," viņš rakstīja savā dienasgrāmatā 1822.

Maikls Faradejs

Maikls Faradejs (1791-1867) dzimis Londonā, vienā no tās nabadzīgākajām vietām. Viņa tēvs bija kalējs, bet māte bija īrnieka meita. Kad Faradejs sasniedza skolas vecumu, viņš tika nosūtīts uz pamatskolu. Faradeja šeit apgūtais kurss bija ļoti šaurs un aprobežojās tikai ar lasīšanas, rakstīšanas un skaitīšanas sākšanu.

Dažus soļus no mājas, kurā dzīvoja Faradeju ģimene, atradās grāmatnīca, kas vienlaikus bija arī grāmatu iesiešanas iestāde. Šeit nonāca Faradejs, pabeidzis kursu pamatskola kad radās jautājums par profesijas izvēli viņam. Maikls tajā laikā bija tikai 13 gadus vecs. Jau jaunībā, kad Faradejs bija tikko sācis pašizglītību, viņš centās paļauties tikai uz faktiem un pārbaudīt citu ziņojumus ar savu pieredzi.

Šīs tiekšanās dominēja viņā visu mūžu kā galvenās viņa iezīmes zinātniskā darbība Faradejs sāka veikt fizikālos un ķīmiskos eksperimentus jau zēna gados, kad pirmo reizi iepazinās ar fiziku un ķīmiju. Reiz Maikls apmeklēja vienu no izcilā angļu fiziķa Hamfrija Deivija lekcijām. Faradejs detalizēti pierakstīja lekciju, sasēja to un nosūtīja Deivijam. Viņš bija tik pārsteigts, ka piedāvāja Faradejam strādāt kopā ar viņu par sekretāru. Drīz Deivijs devās ceļojumā uz Eiropu un paņēma līdzi Faradeju. Divus gadus viņi apmeklēja lielākās Eiropas universitātes.

1815. gadā atgriežoties Londonā, Faradejs sāka strādāt par asistentu vienā no Londonas Karaliskās institūcijas laboratorijām. Tajā laikā tā bija viena no labākajām fizikas laboratorijām pasaulē. No 1816. līdz 1818. gadam Faradejs publicēja vairākas nelielas piezīmes un nelielus memuārus par ķīmiju. Faradeja pirmais darbs par fiziku ir datēts ar 1818. gadu.

Balstoties uz savu priekšgājēju pieredzi un apvienojot vairākas paša pieredzes, Maikls līdz 1821. gada septembrim bija izdrukājis "Elektromagnētisma panākumu vēsturi". Jau tajā laikā viņš izveidoja pilnīgi pareizu koncepciju par magnētiskās adatas novirzes fenomena būtību strāvas iedarbībā.

Sasniedzis šos panākumus, Faradejs pameta studijas elektrības jomā uz desmit gadiem, veltot sevi vairāku dažāda veida priekšmetu apguvei. 1823. gadā Faradejs veica vienu no svarīgākajiem atklājumiem fizikas jomā - viņš vispirms panāca gāzes sašķidrināšanu un vienlaikus izveidoja vienkāršu, bet derīgu metodi gāzu pārvēršanai šķidrumā. 1824. gadā Faradejs veica vairākus atklājumus fizikas jomā. Cita starpā viņš konstatēja faktu, ka gaisma ietekmē stikla krāsu, mainot to. Nākamajā gadā Faradejs atkal pāriet no fizikas uz ķīmiju, un viņa darba rezultāts šajā jomā ir benzīna un sērskābes naftalīna skābes atklāšana.

1831. gadā Faradejs publicēja traktātu Par īpašu optiskās ilūzijas veidu, kas kalpoja par pamatu skaistam un dīvainam optiskajam šāviņam, ko sauca par "hromotropu". Tajā pašā gadā tika publicēts vēl viens zinātnieka traktāts "Par vibrējošām plāksnēm". Daudzi no šiem darbiem paši par sevi varētu iemūžināt sava autora vārdu. Bet vissvarīgākais no zinātniskie darbi Faraday ir viņa pētījumi elektromagnētisma un elektriskās indukcijas jomā.

Faradeja eksperimenti

Apsēsts ar idejām par dabas spēku nedalāmu saistību un mijiedarbību, Faradejs mēģināja pierādīt, ka tāpat kā Ampērs spēj radīt magnētus ar elektrību, tā ir iespējams radīt elektrību ar magnētu palīdzību.

Tās loģika bija vienkārša: mehāniskais darbs viegli pārvēršas siltumā; Un otrādi, siltumu var pārvērst par mehāniskais darbs(teiksim iekšā tvaika dzinējs). Kopumā starp dabas spēkiem visbiežāk sastopamas šādas attiecības: ja A dzemdē B, tad B dzemdē A.

Ja ar elektrības palīdzību Ampère ieguva magnētus, tad acīmredzot ir iespējams "iegūt elektrību no parastā magnētisma". Arago un Ampère izvirzīja sev tādu pašu uzdevumu Parīzē, Koladonā Ženēvā.

Stingri sakot, svarīgo fizikas nozari, kas apstrādā elektromagnētisma un induktīvās elektrības parādības un kurai šobrīd ir tik liela nozīme tehnoloģijās, Faradejs radīja no nekā. Kad Faradejs beidzot nodevās pētniecībai elektrības jomā, tika noskaidrots, ka ar parastos apstākļos elektrificēta ķermeņa klātbūtne ir pietiekama, lai tā ietekme ierosinātu elektrību katrā citā ķermenī. Tajā pašā laikā bija zināms, ka vads, pa kuru iet strāva un kas vienlaikus ir arī elektrificēts korpuss, nekādi neietekmē citus tuvumā novietotus vadus.

Kas izraisīja šo izņēmumu? Šis ir jautājums, kas Faradeju interesēja un pie kura atrisinājums viņu noveda galvenie atklājumi indukcijas elektrības jomā. Faradejs veic daudz eksperimentu, saglabā pedantiskas notis. Viņš velta rindkopu katram nelielam pētījumam savos laboratorijas piezīmēs (pilnībā publicēts Londonā 1931. gadā ar nosaukumu "Faraday's Diary"). Par Faradeja efektivitāti liecina vismaz fakts, ka Dienasgrāmatas pēdējā rindkopa atzīmēta ar skaitli 16041.

Papildus intuitīvai pārliecībai par parādību universālo saistību, patiesībā nekas viņu neatbalstīja viņa meklējumos pēc "elektrības no magnētisma". Turklāt viņš, tāpat kā viņa skolotājs Devi, vairāk paļāvās uz saviem eksperimentiem, nevis uz mentālām konstrukcijām. Dāvijs viņam mācīja:

“Labam eksperimentam ir lielāka vērtība nekā tāda ģēnija kā Ņūtona pārdomātībai.

Tomēr tieši Faradejam bija lemts lieli atklājumi. Lielisks reālists, viņš spontāni saplēsa empīrisma važas, kuras viņam savulaik uzspieda Devi, un tajos brīžos viņam pavērās lielisks ieskats - viņš ieguva spēju uz visdziļākajiem vispārinājumiem.

Pirmais veiksmes stars parādījās tikai 1831. gada 29. augustā. Šajā dienā Faradejs laboratorijā testēja vienkāršu ierīci: apmēram sešu collu diametru dzelzs gredzenu, kas bija aptīts ap diviem izolētas stieples gabaliem. Kad Faradejs pieslēdza akumulatoru viena tinuma spailēm, viņa palīgs artilērijas seržants Andersens ieraudzīja galvanometra adatu, kas savienota ar otru tinumu.

Viņa raustījās un nomierinājās, lai gan līdzstrāva turpināja plūst pa pirmo tinumu. Faradejs rūpīgi pārskatīja visas šīs vienkāršās instalācijas detaļas - viss bija kārtībā.

Bet galvanometra adata spītīgi stāvēja uz nulles. Aiz īgnuma Faradejs nolēma atslēgt strāvu, un tad notika brīnums - ķēdes atvēršanas laikā galvanometra adata atkal šūpojās un atkal sastinga uz nulles!

Galvanometrs, paliekot pilnīgi nekustīgs visā strāvas pārejas laikā, svārstās ķēdes pašā aizvēršanas un atvēršanas brīdī. Izrādījās, ka brīdī, kad strāva tiek ievadīta pirmajā vadā un arī tad, kad šī pārraide apstājas, strāva tiek ierosināta arī otrajā vadā, kuram pirmajā gadījumā ir pretējs virziens ar pirmo strāvu un ir tas pats ar to otrajā gadījumā un ilgst tikai vienu acumirkli.

Tieši šeit Faradejam pilnīgā skaidrībā atklājās Ampera lieliskās idejas, saikne starp elektrisko strāvu un magnētismu. Galu galā pirmais tinums, kurā viņš pielika strāvu, nekavējoties kļuva par magnētu. Ja mēs to uzskatām par magnētu, tad 29. augusta eksperiments parādīja, ka magnētisms, šķiet, rada elektrību. Šajā gadījumā dīvainas palika tikai divas lietas: kāpēc elektrības pieplūdums, ieslēdzot elektromagnētu, ātri izgaisa? Un turklāt kāpēc pārspriegums parādās, kad magnēts ir izslēgts?

Nākamajā dienā, 30. augustā, - Jauna sērija eksperimentiem. Efekts ir skaidri izteikts, bet tomēr pilnīgi nesaprotams.

Faradejam šķiet, ka atvērums ir kaut kur tuvumā.

“Es tagad atkal nodarbojos ar elektromagnētismu un domāju, ka esmu uzbrukusi veiksmīgai lietai, bet vēl nevaru to apstiprināt. Ļoti iespējams, ka pēc visiem maniem pūliņiem es galu galā izvilkšu jūraszāles, nevis zivis.

Nākamajā rītā, 24. septembrī, Faradejs bija daudz sagatavojies dažādas ierīces, kurā galvenie elementi vairs nebija tinumi ar elektrisko strāvu, bet gan pastāvīgie magnēti. Un bija arī efekts! Bulta novirzījās un nekavējoties metās vietā. Šī nelielā kustība notika visnegaidītākajās manipulācijās ar magnētu, dažreiz, šķiet, nejauši.

Nākamais eksperiments ir 1. oktobrī. Faradejs nolemj atgriezties pie paša sākuma – pie diviem tinumiem: viens ar strāvu, otrs savienots ar galvanometru. Atšķirība no pirmā eksperimenta ir tērauda gredzena - serdes - trūkums. Šļakatas ir gandrīz nemanāmas. Rezultāts ir triviāls. Ir skaidrs, ka magnēts bez serdes ir daudz vājāks nekā magnēts ar serdi. Tāpēc efekts ir mazāk izteikts.

Faradejs ir vīlies. Divas nedēļas viņš netuvojas instrumentiem, domājot par neveiksmes cēloņiem.

"Es paņēmu cilindrisku magnētisko stieni (3/4" diametrā un 8 1/4" garš) un ievietoju vienu tā galu spirālē vara stieple(220 pēdas garš), kas savienots ar galvanometru. Tad ar ātru kustību iespiedu magnētu visā spirāles garumā, un galvanometra adata piedzīvoja triecienu. Tad es tikpat ātri izvilku magnētu no spirāles, un adata atkal šūpojās, bet pretējā virzienā. Šīs adatas svārstības atkārtojās katru reizi, kad magnēts tika iespiests vai ārā."

Noslēpums ir magnēta kustībā! Elektrības impulsu nosaka nevis magnēta novietojums, bet gan kustība!

Tas nozīmē, ka "elektriskais vilnis rodas tikai tad, kad magnēts kustas, nevis tam raksturīgo īpašību dēļ miera stāvoklī".

Rīsi. 2. Faradeja eksperiments ar spoli

Šī ideja ir ārkārtīgi auglīga. Ja magnēta kustība attiecībā pret vadītāju rada elektrību, tad acīmredzot arī vadītāja kustībai attiecībā pret magnētu ir jārada elektrība! Turklāt šis "elektriskais vilnis" nepazudīs, kamēr turpināsies vadītāja un magnēta savstarpējā kustība. Tas nozīmē, ka ir iespējams izveidot patvaļīgi ilgu laiku strādājošu elektriskās strāvas ģeneratoru, ja vien turpinās stieples un magnēta savstarpējā kustība!

28. oktobrī Faradejs starp pakava magnēta poliem uzstādīja rotējošu vara disku, no kura ar bīdāmo kontaktu palīdzību (viens uz ass, otrs diska perifērijā) bija iespējams izņemt. elektriskais spriegums. Tas bija pirmais cilvēka roku radītais elektriskais ģenerators. Tātad papildus jau zināmajiem (berzes un ķīmiskajiem procesiem) tika atrasts jauns elektriskās enerģijas avots - indukcija un jaunais veidsšīs enerģijas ir indukcijas elektrība.

Faradejam līdzīgi eksperimenti, kā jau minēts, tika veikti Francijā un Šveicē. Koladons, Ženēvas akadēmijas profesors, bija izsmalcināts eksperimentētājs (viņš, piemēram, ražoja Ženēvas ezerā precīzi mērījumi skaņas ātrums ūdenī). Varbūt, baidoties no instrumentu kratīšanas, viņš, tāpat kā Faradejs, noņēma galvanometru pēc iespējas tālāk no pārējās instalācijas. Daudzi apgalvoja, ka Koladons novērojis tādas pašas īslaicīgas bultas kustības kā Faradejs, taču, gaidot stabilāku, noturīgāku efektu, nepiešķīra šiem “nejaušajiem” sprādzieniem pienācīgu nozīmi ...

Patiešām, lielākā daļa tā laika zinātnieku uzskatīja, ka "elektrības radīšanas no magnētisma" reversajam efektam acīmredzot vajadzētu būt tādam pašam stacionāram kā "tiešajam" efektam - "veidojot magnētismu" elektriskās strāvas dēļ. Šī efekta negaidītā "pārejamība" samulsināja daudzus, tostarp Koladonu, un viņi maksāja par saviem aizspriedumiem.

Turpinot eksperimentus, Faradejs atklāja, ka ar vienkāršu aproksimāciju stieplei, kas savīta slēgtā līknē citai, pa kuru plūst galvaniskā strāva, pietiek, lai ierosinātu induktīvo strāvu virzienā, kas ir pretējs galvaniskajai strāvai neitrālā vadā. noņemot neitrālu vadu, tajā atkal ierosina induktīvo strāvu. strāva jau ir tādā pašā virzienā kā galvaniskā strāva, kas plūst pa fiksētu vadu, un, visbeidzot, šīs induktīvās strāvas tiek ierosinātas tikai tuvošanās un noņemšanas laikā. vadu pie galvaniskās strāvas vadītāja, un bez šīs kustības strāvas netiek ierosinātas neatkarīgi no tā, cik tuvu vadi atrodas viens otram.

Tādējādi tika atklāta jauna parādība, līdzīga iepriekš aprakstītajai indukcijas parādībai galvaniskās strāvas slēgšanas un izbeigšanās laikā. Šie atklājumi savukārt radīja jaunus. Ja ir iespējams radīt induktīvo strāvu, aizverot un apturot galvanisko strāvu, vai tas pats rezultāts nebūtu iegūts ar dzelzs magnetizāciju un demagnetizāciju?

Orsteda un Ampēra darbi jau bija izveidojuši attiecības starp magnētismu un elektrību. Bija zināms, ka dzelzs kļuva par magnētu, kad ap to tika uztīts izolēts vads un caur to iet galvaniskā strāva, un šī dzelzs magnētiskās īpašības beidzas, tiklīdz strāva pārtrūka.

Pamatojoties uz to, Faradejs nāca klajā ar šāda veida eksperimentu: divi izolēti vadi tika apvilkti ap dzelzs gredzenu; turklāt viens vads bija aptīts ap vienu gredzena pusi, bet otrs ap otru. Pa vienu vadu tika izvadīta strāva no galvaniskā akumulatora, bet otra gali tika savienoti ar galvanometru. Un tā, kad strāva slēdzās vai apstājās, un līdz ar to dzelzs gredzens tika magnetizēts vai demagnetizēts, galvanometra adata strauji svārstījās un pēc tam ātri apstājās, tas ir, visas tās pašas momentānās induktīvās strāvas tika ierosinātas neitrālajā vadā - tas laiks: jau magnētisma ietekmē.

Rīsi. 3. Faradeja eksperiments ar dzelzs gredzenu

Tādējādi šeit pirmo reizi magnētisms tika pārvērsts elektrībā. Saņēmis šos rezultātus, Faradejs nolēma dažādot savus eksperimentus. Dzelzs gredzena vietā viņš sāka izmantot dzelzs lenti. Tā vietā, lai ar galvanisko strāvu uzmundrinātu dzelzi, viņš magnetizēja dzelzi, pieskaroties tam pastāvīgajam tērauda magnētam. Rezultāts bija tāds pats: ap dzelzi aptītajā stieplē vienmēr tika ierosināta strāva gludekļa magnetizācijas un demagnetizācijas brīdī. Tad Faradejs stieples spirālē ieviesa tērauda magnētu - pēdējā tuvošanās un noņemšana izraisīja indukcijas strāvas vadā. Vārdu sakot, magnētisms induktīvo strāvu ierosināšanas nozīmē darbojās tieši tāpat kā galvaniskā strāva.

Toreiz fiziķus intensīvi nodarbināja viena mistiska parādība, ko 1824. gadā atklāja Arago un neatrada izskaidrojumu, neskatoties uz to, ka to intensīvi meklēja tādi izcili tā laika zinātnieki kā pats Arago, Ampērs, Puasons, Babajs un Heršels. skaidrojums. Lieta bija sekojoša. Magnētiskā adata, kas brīvi karājas, ātri atslābina, ja zem tās tiek nogādāts nemagnētiska metāla aplis; ja aplis pēc tam tiek nodots rotācijas kustībai, magnētiskā adata sāk tam sekot.

Mierīgā stāvoklī starp apli un bultu nebija iespējams atklāt kaut mazāko pievilcību vai atgrūšanos, kamēr tas pats aplis, kas bija kustībā, aiz sevis vilka ne tikai vieglu bultu, bet arī smagu magnētu. Šī patiesi brīnumainā parādība tā laika zinātniekiem šķita noslēpumaina mīkla, kaut kas pāri dabiskajam. Faradejs, pamatojoties uz saviem iepriekš minētajiem datiem, izdarīja pieņēmumu, ka nemagnētiska metāla aplis magnēta ietekmē rotācijas laikā tiek cirkulēts ar induktīvām strāvām, kas ietekmē magnētisko adatu un velk to aiz magnēta. Patiešām, ieviešot apļa malu starp liela pakavveida magnēta poliem un savienojot apļa centru un malu ar galvanometru ar vadu, Faradejs apļa griešanās laikā saņēma pastāvīgu elektrisko strāvu.

Pēc tam Faradejs pievērsās citai parādībai, kas toreiz izraisīja vispārēju zinātkāri. Kā zināms, ja dzelzs vīles tiek uzkaisītas uz magnēta, tās tiek sagrupētas pa noteiktām līnijām, ko sauc par magnētiskajām līknēm. Faradejs, pievēršot uzmanību šai parādībai, 1831. gadā deva pamatus magnētiskajām līknēm, nosaukumu "magnētiskā spēka līnijas", kas pēc tam tika plaši izmantotas. Šo "līniju" izpēte Faradeju noveda pie jauna atklājuma, izrādījās, ka induktīvo strāvu ierosināšanai avota pieeja un noņemšana no magnētiskā pola nav nepieciešama. Lai ierosinātu strāvas, pietiek zināmā veidā šķērsot magnētiskā spēka līnijas.

Rīsi. 4. "Magnētiskā spēka līnijas"

Tālākais darbs Faradejs iepriekš minētajā virzienā ieguva no mūsdienu viedokļa kaut kā pilnīgi brīnumaina raksturu. 1832. gada sākumā viņš demonstrēja aparātu, kurā induktīvās strāvas ierosināja bez magnēta vai galvaniskās strāvas palīdzības. Ierīce sastāvēja no dzelzs sloksnes, kas ievietota stieples spolē. Šī ierīce parastos apstākļos nedeva ne mazākās pazīmes par strāvu parādīšanos tajā; bet tiklīdz viņam tika dots magnētiskās adatas virzienam atbilstošs virziens, vadā tika ierosināta strāva.

Tad Faradejs iedeva magnētiskās adatas pozīciju vienai spolei un pēc tam ievietoja tajā dzelzs sloksni: strāva atkal bija satraukta. Iemesls, kas izraisīja strāvu šajos gadījumos, bija zemes magnētisms, kas izraisīja induktīvās strāvas kā parasts magnēts vai galvaniskā strāva. Lai to skaidrāk parādītu un pierādītu, Faradejs veica vēl vienu eksperimentu, kas pilnībā apstiprināja viņa idejas.

Viņš sprieda, ka, ja nemagnētiska metāla, piemēram, vara aplis, kas rotē stāvoklī, kurā tas šķērso blakus esošā magnēta magnētiskā spēka līnijas, dod induktīvo strāvu, tad tas pats aplis, kas rotē, ja nav magnēts, bet pozīcijā, kurā aplis šķērsos zemes magnētisma līnijas, jādod arī induktīvā strāva. Un patiešām, vara aplis, pagriezts horizontālā plaknē, deva induktīvo strāvu, kas radīja ievērojamu galvanometra adatas novirzi. Faradejs pabeidza virkni pētījumu elektriskās indukcijas jomā, atklājot 1835. gadā "strāvas induktīvo ietekmi uz sevi".

Viņš noskaidroja, ka galvanisko strāvu aizverot vai atverot, pašā vadā tiek ierosinātas momentānas induktīvās strāvas, kas kalpo kā šīs strāvas vadītājs.

Krievu fiziķis Emīls Khristoforovičs Lencs (1804-1861) sniedza noteikumu inducētās strāvas virziena noteikšanai. "Indukcijas strāva vienmēr tiek virzīta tā, ka tās radītais magnētiskais lauks kavē vai palēnina kustību, kas izraisa indukciju," atzīmē A.A. Korobko-Stefanovs savā rakstā par elektromagnētisko indukciju. - Piemēram, spolei tuvojoties magnētam, iegūtajai induktīvajai strāvai ir tāds virziens, ka tās radītais magnētiskais lauks būs pretējs magnēta magnētiskajam laukam. Rezultātā starp spoli un magnētu rodas atgrūšanas spēki. Lenca noteikums izriet no enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma. Ja indukcijas strāvas paātrinātu kustību, kas tās izraisīja, tad darbs tiktu radīts no nekā. Pati spole pēc neliela grūdiena steigtos pretī magnētam, un tajā pašā laikā indukcijas strāva atbrīvotu tajā siltumu. Patiesībā indukcijas strāva rodas magnēta un spoles tuvināšanas rezultātā.

Rīsi. 5. Lenca likums

Kāpēc ir inducēta strāva? Dziļu elektromagnētiskās indukcijas fenomena skaidrojumu sniedza angļu fiziķis Džeimss Klerks Maksvels, pabeigtās matemātiskā teorija elektromagnētiskais lauks. Lai labāk izprastu lietas būtību, apsveriet ļoti vienkāršu eksperimentu. Ļaujiet, lai spole sastāv no viena stieples pagrieziena un to caurdur mainīgs magnētiskais lauks, kas ir perpendikulārs pagrieziena plaknei. Spolē, protams, ir indukcijas strāva. Maksvels interpretēja šo eksperimentu ārkārtīgi drosmīgi un negaidīti.

Kad magnētiskais lauks mainās telpā, pēc Maksvela domām, rodas process, kuram stieples spoles klātbūtnei nav nozīmes. Galvenais šeit ir elektriskā lauka slēgtu gredzenu līniju parādīšanās, kas aptver mainīgo magnētisko lauku. Jaunā elektriskā lauka ietekmē elektroni sāk kustēties, un spolē rodas elektriskā strāva. Spole ir tikai ierīce, kas ļauj noteikt elektrisko lauku. Elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtība ir tāda, ka mainīgs magnētiskais lauks vienmēr rada elektrisko lauku ar slēgtām spēka līnijām apkārtējā telpā. Šādu lauku sauc par virpuļlauku.

Pētījumi zemes magnētisma radītās indukcijas jomā deva Faradejam iespēju jau 1832. gadā izteikt ideju par telegrāfu, kas pēc tam bija šī izgudrojuma pamatā. Kopumā elektromagnētiskās indukcijas atklāšanu ne velti piedēvē visvairāk izcili atklājumi XIX gadsimts - miljoniem elektromotoru un elektriskās strāvas ģeneratoru darbs visā pasaulē ir balstīts uz šo fenomenu ...

Elektromagnētiskās indukcijas fenomena praktiskais pielietojums

1. Apraide

Rīsi. 6. Radio

2. Magnetoterapija

Frekvenču spektrā dažādas vietas aizņem radioviļņi, gaisma, rentgenstari un cits elektromagnētiskais starojums. Tos parasti raksturo nepārtraukti savstarpēji savienoti elektriskie un magnētiskie lauki.

3. Sinhrofazotroni

4. Plūsmas mērītāji

5. Līdzstrāvas ģenerators

6. Transformatori

Transformatori tiek plaši izmantoti elektriskās enerģijas pārvadē lielos attālumos, tās sadalē starp uztvērējiem, kā arī dažādās taisnošanas, pastiprināšanas, signalizācijas un citās ierīcēs.

Izmantojot transformatoru ar apgrieztu pagriezienu attiecību, jūs varat tikpat viegli un vienkārši iegūt samazinātu spriegumu.

Izmantotās literatūras saraksts

1. [Elektroniskais resurss]. Elektromagnētiskā indukcija.

< https://ru.wikipedia.org/>

2. [Elektroniskais resurss] Faradejs. Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana.

< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >

3. [Elektroniskais resurss]. Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana.

4. [Elektroniskais resurss]. Elektromagnētiskās indukcijas fenomena praktiskais pielietojums.

Pēc Oersted un Ampère atklājumiem kļuva skaidrs, ka elektrībai ir magnētisks spēks. Tagad bija nepieciešams apstiprināt magnētisko parādību ietekmi uz elektriskajām. Šo problēmu lieliski atrisināja Faradejs.

1821. gadā M. Faradejs izdarīja ierakstu savā dienasgrāmatā: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Pēc 10 gadiem viņš šo problēmu atrisināja.

Tātad, Maikls Faradejs (1791-1867) - angļu fiziķis un ķīmiķis.

Viens no kvantitatīvās elektroķīmijas pamatlicējiem. Pirmo reizi saņemts (1823) gadā šķidrs stāvoklis hlors, pēc tam sērūdeņradis, oglekļa dioksīds, amonjaks un slāpekļa dioksīds. Atklāja (1825) benzolu, pētīja tā fizikālo un dažus Ķīmiskās īpašības. Ieviesa dielektriskās caurlaidības jēdzienu. Faradeja vārds elektrisko vienību sistēmā ienāca kā elektriskās kapacitātes vienība.

Daudzi no šiem darbiem paši par sevi varētu iemūžināt sava autora vārdu. Bet svarīgākie no Faradeja zinātniskajiem darbiem ir viņa pētījumi elektromagnētisma un elektriskās indukcijas jomā. Stingri sakot, svarīgo fizikas nozari, kas apstrādā elektromagnētisma un induktīvās elektrības parādības un kurai šobrīd ir tik liela nozīme tehnoloģijās, Faradejs radīja no nekā.

Kad Faradejs beidzot nodeva sevi pētniecībai elektrības jomā, tika konstatēts, ka parastos apstākļos pietiek ar elektrificēta ķermeņa klātbūtni, lai tā ietekme ierosinātu elektrību jebkurā citā ķermenī.

Tajā pašā laikā bija zināms, ka vads, pa kuru iet strāva un kas vienlaikus ir arī elektrificēts korpuss, nekādi neietekmē citus tuvumā novietotus vadus. Kas izraisīja šo izņēmumu? Šis ir jautājums, kas Faradeju interesēja un kura risinājums noveda pie svarīgākajiem atklājumiem indukcijas elektrības jomā.

Faradejs uztīja divus izolētus vadus paralēli viens otram uz vienas koka velmēšanas tapas. Viņš savienoja viena vada galus ar desmit elementu akumulatoru, bet otra galus ar jutīgu galvanometru. Kad strāva tika izlaista caur pirmo vadu, Faradejs visu savu uzmanību pievērsa galvanometram, cerot, ka no tā svārstībām pamanīs strāvas parādīšanos otrajā vadā. Tomēr nekas tamlīdzīgs nebija: galvanometrs palika mierīgs. Faradejs nolēma palielināt strāvu un ķēdē ieviesa 120 galvaniskās šūnas. Rezultāts ir tāds pats. Faradejs atkārtoja šo eksperimentu desmitiem reižu, un visas ar vienādiem panākumiem. Jebkurš cits viņa vietā būtu pametis eksperimentus, būdams pārliecināts, ka strāva, kas iet caur vadu, neietekmē blakus esošo vadu. Bet Faradejs vienmēr centās no saviem eksperimentiem un novērojumiem iegūt visu, ko tie varēja dot, un tāpēc, nesaņēmis tiešu ietekmi uz galvanometram pievienoto vadu, viņš sāka meklēt blakusparādības.

elektromagnētiskās indukcijas elektriskās strāvas lauks

Viņš uzreiz pamanīja, ka galvanometrs, paliekot pilnīgi mierīgs visā strāvas pārejas laikā, sāka svārstīties pie pašas ķēdes aizvēršanas, un, kad tas tika atvērts, izrādījās, ka tajā brīdī, kad strāva tika ievadīta pirmajā vadu, un arī tad, kad šī pārraide beidzas, otrā vada laikā arī tiek ierosināta strāva, kurai pirmajā gadījumā ir pretējs virziens ar pirmo strāvu un ir tāds pats ar to otrajā gadījumā un ilgst tikai vienu momentu.

Tā kā induktīvām strāvām ir momentānas, uzreiz pazūdot pēc to parādīšanās, tām nebūtu praktiskas nozīmes, ja Faradejs nebūtu atradis veidu, kā ar ģeniālas ierīces (komutatora) palīdzību pastāvīgi pārtraukt un atkal vadīt primāro strāvu, kas nāk no akumulatora caur pirmais vads, kura dēļ otrajā vadā tiek nepārtraukti ierosināts ar arvien vairāk induktīvo strāvu, tādējādi kļūstot nemainīgs. Līdz ar to papildus jau zināmajiem (berzes un ķīmiskajiem procesiem) tika atrasts jauns elektriskās enerģijas avots - indukcija un jauns šīs enerģijas veids - indukcijas elektrība.

ELEKTROMAGNĒTISKĀ INDUKCIJA(lat. inductio - virzība) - parādība, kas rada virpuļelektrisko lauku ar mainīgu magnētisko lauku. Ja mainīgā magnētiskajā laukā ievadāt slēgtu vadītāju, tajā parādīsies elektriskā strāva. Šīs strāvas izskatu sauc par strāvas indukciju, un pašu strāvu sauc par induktīvu.

Elektriskās strāvas rašanās izpēte zinātniekus vienmēr ir satraukusi. Pēc tam, kad 19. gadsimta sākumā dāņu zinātnieks Oersteds uzzināja, ka ap elektrisko strāvu rodas magnētiskais lauks, zinātnieki prātoja, vai magnētiskais lauks var radīt elektrisko strāvu un otrādi.Pirmais zinātnieks, kuram tas izdevās, bija zinātnieks Maikls Faradejs.

Faradeja eksperimenti

Pēc daudziem eksperimentiem Faradejs spēja sasniegt dažus rezultātus.

1. Elektriskās strāvas rašanās

Lai veiktu eksperimentu, viņš paņēma spoli ar liela summa pagriežas un pievienoja to miliammeteram (ierīcei, kas mēra strāvu). Virzienā uz augšu un uz leju zinātnieks pārvietoja magnētu ap spoli.

Eksperimenta laikā spolē faktiski parādījās elektriskā strāva, jo ap to mainījās magnētiskais lauks.

Saskaņā ar Faradeja novērojumiem miliammetra adata novirzījās un norādīja, ka magnēta kustība rada elektrisko strāvu. Kad magnēts apstājās, bultiņa rādīja nulles atzīmes, t.i. ķēdē necirkulē strāva.

rīsi. 1 Strāvas stipruma izmaiņas spolē, ko izraisa rejctāta kustība

Šo parādību, kurā strāva notiek vadītāja mainīga magnētiskā lauka ietekmē, sauca par elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.

2. Indukcijas strāvas virziena maiņa

Savos turpmākajos pētījumos Maikls Faradejs mēģināja noskaidrot, kas ietekmē iegūtās induktīvās elektriskās strāvas virzienu. Veicot eksperimentus, viņš pamanīja, ka, mainot spoļu skaitu uz spoles vai magnētu polaritāti, mainās elektriskās strāvas virziens, kas rodas slēgtā tīklā.

3. Elektromagnētiskās indukcijas parādība

Lai veiktu eksperimentu, zinātnieks paņēma divas spoles, kuras novietoja tuvu viena otrai. Pirmā spole ar liels skaits vadu pagriezienus, tika savienots ar strāvas avotu un atslēgu, kas atver un aizver ķēdi. Viņš savienoja otru to pašu spoli ar miliammetru, nepievienojot to strāvas avotam.

Veicot eksperimentu, Faradejs pamanīja, ka, aizverot elektrisko ķēdi, rodas inducēta strāva, ko var redzēt no miliammetera bultiņas kustības. Atverot ķēdi, arī miliammetrs rādīja, ka ķēdē ir elektriskā strāva, taču rādījumi bija tieši pretēji. Kad ķēde bija slēgta un strāva cirkulēja vienmērīgi, pēc miliammetra datiem elektriskā ķēdē nebija strāvas.

https://youtu.be/iVYEeX5mTJ8

Secinājums no eksperimentiem

Faradeja atklājuma rezultātā tika pierādīta šāda hipotēze: elektriskā strāva parādās tikai tad, kad mainās magnētiskais lauks. Ir arī pierādīts, ka, mainot apgriezienu skaitu spolē, mainās strāvas vērtība (palielinot spoles, palielinās strāva). Turklāt inducēta elektriskā strāva slēgtā ķēdē var parādīties tikai mainīga magnētiskā lauka klātbūtnē.

Kas nosaka induktīvo elektrisko strāvu?

Pamatojoties uz visu iepriekš minēto, var atzīmēt, ka pat ja ir magnētiskais lauks, tas nenovedīs pie elektriskās strāvas, ja šis lauks nav mainīgs.

Tātad, no kā ir atkarīgs indukcijas lauka lielums?

Spoles apgriezienu skaits;
Magnētiskā lauka izmaiņu ātrums;
Magnēta ātrums.

Magnētiskā plūsma ir lielums, kas raksturo magnētisko lauku. Mainoties, magnētiskā plūsma izraisa izmaiņas inducētajā elektriskajā strāvā.

2. att. Strāvas stipruma izmaiņas, pārvietojot a) spoli, kurā atrodas solenoīds; b) pastāvīgo magnētu, ievietojot to spolē

Faradeja likums

Pamatojoties uz eksperimentiem, Maikls Faradejs formulēja elektromagnētiskās indukcijas likumu. Likums ir tāds, ka, mainoties magnētiskajam laukam, tas izraisa elektriskās strāvas parādīšanos, savukārt strāva norāda uz elektromagnētiskās indukcijas (EMF) elektromotora spēku.

Magnētiskās strāvas ātruma maiņa nozīmē strāvas un EML ātruma izmaiņas.

Faradeja likums: elektromagnētiskās indukcijas EML ir skaitliski vienāds un pēc zīmes ir pretējs magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam, kas iet caur virsmu, ko ierobežo kontūra

Cilpas induktivitāte. Pašindukcija.

Magnētiskais lauks rodas, kad strāva plūst slēgtā ķēdē. Šajā gadījumā strāvas stiprums ietekmē magnētisko plūsmu un izraisa EML.

Pašindukcija ir parādība, kurā indukcijas emf rodas, mainoties strāvas stiprumam ķēdē.

Pašindukcija mainās atkarībā no ķēdes formas, tās izmēriem un vides, kurā tā atrodas.

Palielinoties elektriskās strāvas stiprumam, cilpas pašinduktīvā strāva to var palēnināt. Kad tas samazinās, pašindukcijas strāva, gluži pretēji, neļauj tai tik ātri samazināties. Tādējādi ķēde sāk darboties ar savu elektrisko inerci, palēninot visas strāvas izmaiņas.

Inducētās emf pielietojums

Elektromagnētiskās indukcijas fenomenam ir praktisks pielietojums ģeneratoros, transformatoros un motoros, kas darbojas ar elektrību.

Šajā gadījumā strāva šiem nolūkiem tiek iegūta šādos veidos:

Strāvas maiņa spolē;
Magnētiskā lauka kustība caur pastāvīgajiem magnētiem un elektromagnētiem;
Spolu vai spoļu rotācija pastāvīgā magnētiskajā laukā.

Maikla Faradeja elektromagnētiskās indukcijas atklājums sniedza lielu ieguldījumu zinātnē un mūsu ikdienas dzīvē. Šis atklājums kalpoja par stimulu turpmākiem atklājumiem elektromagnētisko lauku izpētes jomā un tiek plaši izmantots mūsdienu dzīve cilvēku.

Elektromagnētiskās indukcijas praktiskais pielietojums

Elektromagnētiskās indukcijas fenomenu galvenokārt izmanto, lai pārveidotu mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. Šim nolūkam piesakieties ģeneratori(indukcijas ģeneratori).

grēks

BET

Rīsi. 4.6

Priekš rūpnieciskā ražošana tiek izmantota elektroenerģija elektrostacijās sinhronie ģeneratori(turboģeneratori, ja stacija ir termiskā vai kodolenerģija, un hidroģeneratori, ja stacija ir hidrauliskā). Sinhronā ģeneratora stacionāro daļu sauc stators, un rotējošs - rotors(4.6. att.). Ģeneratora rotoram ir līdzstrāvas tinums (ierosmes tinums), un tas ir spēcīgs elektromagnēts. D.C iesniegts
ierosmes tinums caur otas kontakta aparātu, magnetizē rotoru, un šajā gadījumā veidojas elektromagnēts ar ziemeļu un dienvidu polu.

Uz ģeneratora statora ir trīs maiņstrāvas tinumi, kas ir nobīdīti viens pret otru par 120 0 un ir savstarpēji savienoti saskaņā ar noteiktu komutācijas ķēdi.

Kad rosināts rotors griežas ar tvaika vai hidrauliskās turbīnas palīdzību, tā stabi iziet zem statora tinumiem, un tajos tiek inducēts elektromotora spēks, kas mainās saskaņā ar harmonikas likumu. Tālāk ģenerators saskaņā ar noteiktu shēmu elektrotīkls savienots ar enerģijas patēriņa mezgliem.

Ja jūs nododat elektroenerģiju no staciju ģeneratoriem patērētājiem pa elektropārvades līnijām tieši (pie ģeneratora sprieguma, kas ir salīdzinoši mazs), tad tīklā radīsies lieli enerģijas un sprieguma zudumi (pievērsiet uzmanību attiecībām , ). Tāpēc ekonomiskai elektroenerģijas transportēšanai ir jāsamazina strāvas stiprums. Tomēr, tā kā pārraidītā jauda paliek nemainīga, spriegumam ir jābūt
palielinās par tādu pašu koeficientu, kā strāva samazinās.

Savukārt pie elektroenerģijas patērētāja spriegums jāsamazina līdz vajadzīgajam līmenim. Tiek izsauktas elektriskās ierīces, kurās spriegums tiek palielināts vai samazināts par noteiktu reižu skaitu transformatori. Arī transformatora darbs ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas likumu.

grēks

Tad

Jaudīgos transformatoros spoles pretestības ir ļoti mazas,
tāpēc spriegumi primāro un sekundāro tinumu spailēs ir aptuveni vienādi ar EMF:

kur k- transformācijas koeficients. Plkst k<1 () transformators ir paaugstinot, plkst k>1 () transformators ir nolaišana.

Savienojot ar slodzes transformatora sekundāro tinumu, tajā plūdīs strāva. Ar elektroenerģijas patēriņa pieaugumu saskaņā ar likumu
enerģijas saglabāšanai, stacijas ģeneratoru izdalītajai enerģijai vajadzētu palielināties, tas ir

Tas nozīmē, ka, palielinot spriegumu ar transformatoru
iekšā k reizes, ir iespējams par tikpat daudz samazināt strāvas stiprumu ķēdē (šajā gadījumā džoula zudumi samazinās par k 2 reizes).

17. tēma. Maksvela elektromagnētiskā lauka teorijas pamati. Elektromagnētiskie viļņi

60. gados. 19. gadsimts Angļu zinātnieks J. Maksvels (1831-1879) apkopoja eksperimentāli noteiktos elektrisko un magnētisko lauku likumus un izveidoja pilnīgu vienotu elektromagnētiskā lauka teorija. Tas ļauj jums izlemt galvenais elektrodinamikas uzdevums: atrodiet noteiktas elektrisko lādiņu un strāvu sistēmas elektromagnētiskā lauka raksturlielumus.

Maksvels to izteica hipotēzi jebkurš mainīgs magnētiskais lauks apkārtējā telpā ierosina virpuļelektrisko lauku, kura cirkulācija ir elektromagnētiskās indukcijas emf cēlonis ķēdē:

(5.1)

Tiek izsaukts vienādojums (5.1). Maksvela otrais vienādojums. Šī vienādojuma nozīme ir tāda, ka mainīgs magnētiskais lauks rada virpuļveida elektrisko lauku, un pēdējais, savukārt, izraisa mainīgu magnētisko lauku apkārtējā dielektrikā vai vakuumā. Tā kā magnētisko lauku rada elektriskā strāva, tad, pēc Maksvela domām, virpuļelektriskais lauks ir jāuzskata par noteiktu strāvu,
kas plūst gan dielektrikā, gan vakuumā. Maksvels nosauca šo strāvu nobīdes strāva.

Nobīdes strāva, kā izriet no Maksvela teorijas
un Eihenvalda eksperimenti, rada tādu pašu magnētisko lauku kā vadīšanas strāva.

Savā teorijā Maksvels ieviesa šo koncepciju pilna strāva vienāds ar summu
vadīšanas un nobīdes strāvas. Tāpēc kopējais strāvas blīvums

Pēc Maksvela domām, kopējā strāva ķēdē vienmēr ir slēgta, tas ir, tikai vadīšanas strāva pārtrūkst vadītāju galos, un dielektrikā (vakuumā) starp vadītāja galiem ir nobīdes strāva, kas aizver vadīšanas strāva.

Ieviešot kopējās strāvas jēdzienu, Maksvels vispārināja vektora cirkulācijas teorēmu (vai ):

(5.6)

Tiek izsaukts vienādojums (5.6). Maksvela pirmais vienādojums integrālā formā. Tas ir vispārināts kopējās strāvas likums un izsaka elektromagnētiskās teorijas galveno pozīciju: nobīdes strāvas rada tādus pašus magnētiskos laukus kā vadīšanas strāvas.

Maksvela izveidotā vienotā makroskopiskā elektromagnētiskā lauka teorija ļāva no vienota viedokļa ne tikai izskaidrot elektriskās un magnētiskās parādības, bet arī paredzēt jaunas, kuru esamība vēlāk tika apstiprināta praksē (piemēram, elektromagnētisko viļņu atklāšana).

Apkopojot iepriekš apspriestos noteikumus, mēs piedāvājam vienādojumus, kas veido Maksvela elektromagnētiskās teorijas pamatu.

1. Teorēma par magnētiskā lauka vektora cirkulāciju:

Šis vienādojums parāda, ka magnētiskos laukus var radīt vai nu kustīgi lādiņi (elektriskās strāvas), vai mainīgi elektriskie lauki.

2. Elektriskais lauks var būt gan potenciāls (), gan virpulis (), tātad kopējais lauka stiprums . Tā kā vektora cirkulācija ir vienāda ar nulli, tad kopējā elektriskā lauka intensitātes vektora cirkulācija

Šis vienādojums parāda, ka elektriskā lauka avoti var būt ne tikai elektriskie lādiņi, bet arī laikā mainīgos magnētiskos laukus.

3. ,

kur ir tilpuma lādiņa blīvums slēgtās virsmas iekšpusē; ir vielas īpatnējā vadītspēja.

Stacionāriem laukiem ( E= konst , B= const) Maksvela vienādojumi iegūst formu

tas ir, magnētiskā lauka avoti šajā gadījumā ir tikai
vadīšanas strāvas, un elektriskā lauka avoti ir tikai elektriskie lādiņi. Šajā konkrētajā gadījumā elektriskie un magnētiskie lauki ir neatkarīgi viens no otra, kas ļauj pētīt atsevišķi pastāvīgs elektriskie un magnētiskie lauki.

Izmantojot zināmo no vektora analīzes Stoksa un Gausa teorēmas, var iedomāties pilnīga Maksvela vienādojumu sistēma diferenciālā formā(raksturo lauku katrā telpas punktā):

(5.7)

Acīmredzot Maksvela vienādojumi nav simetrisks par elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem. Tas ir saistīts ar faktu, ka daba
Ir elektriskie lādiņi, bet nav magnētisko lādiņu.

Maksvela vienādojumi ir vispārīgākie elektriskie vienādojumi
un magnētiskie lauki vidē miera stāvoklī. Viņiem ir tāda pati loma elektromagnētisma teorijā kā Ņūtona likumiem mehānikā.

elektromagnētiskais vilnis sauc par mainīgu elektromagnētisko lauku, kas izplatās telpā ar ierobežotu ātrumu.

Elektromagnētisko viļņu esamība izriet no Maksvela vienādojumiem, kas formulēti 1865. gadā, pamatojoties uz elektrisko un magnētisko parādību empīrisko likumu vispārinājumu. Elektromagnētiskais vilnis veidojas mainīgu elektrisko un magnētisko lauku savstarpējās savienošanās dēļ - viena lauka maiņa izraisa izmaiņas otrā, tas ir, jo ātrāk mainās magnētiskā lauka indukcijas laikā, jo lielāks ir elektriskā lauka stiprums, un pretēji. Tādējādi intensīvu elektromagnētisko viļņu veidošanai ir nepieciešams ierosināt pietiekami augstas frekvences elektromagnētiskās svārstības. Fāzes ātrums tiek noteikti elektromagnētiskie viļņi
nesēja elektriskās un magnētiskās īpašības:

Vakuumā ( ) elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums sakrīt ar gaismas ātrumu; matērijā , tāpēc elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums vielā vienmēr ir mazāks nekā vakuumā.

Elektromagnētiskie viļņi ir bīdes viļņi –
vektoru svārstības un notiek savstarpēji perpendikulārās plaknēs, un vektori , un veido labās puses sistēmu. No Maksvela vienādojumiem arī izriet, ka elektromagnētiskajā viļņā vektori un vienmēr svārstās vienās un tajās pašās fāzēs, un momentānās vērtības E Un H jebkurā punktā ir saistīti ar attiecību

plaknes vienādojumi elektromagnētiskais vilnis vektora formā:

(6.66)

Rīsi. 6.21

Uz att. 6.21 parāda plaknes elektromagnētiskā viļņa "momentuzņēmumu". No tā var redzēt, ka vektori un veido labās puses sistēmu ar viļņu izplatīšanās virzienu. Fiksētā telpas punktā elektriskā un magnētiskā lauka vektori laika gaitā mainās saskaņā ar harmonikas likumu.

Lai raksturotu enerģijas pārnesi ar jebkuru viļņu fizikā, vektora lielumu sauc enerģijas plūsmas blīvums. Tas ir skaitliski vienāds ar enerģijas daudzumu, kas tiek nodots laika vienībā caur laukuma vienību, kas ir perpendikulāra virzienam, kurā
vilnis izplatās. Vektora virziens sakrīt ar enerģijas pārneses virzienu. Enerģijas plūsmas blīvuma vērtību var iegūt, reizinot enerģijas blīvumu ar viļņa ātrumu

Elektromagnētiskā lauka enerģijas blīvums ir elektriskā lauka enerģijas blīvuma un magnētiskā lauka enerģijas blīvuma summa:

(6.67)

Reizinot elektromagnētiskā viļņa enerģijas blīvumu ar tā fāzes ātrumu, iegūstam enerģijas plūsmas blīvumu

(6.68)

Vektori un ir savstarpēji perpendikulāri un veido labās puses sistēmu ar viļņu izplatīšanās virzienu. Tāpēc virziens
vektors sakrīt ar enerģijas pārneses virzienu, un šī vektora moduli nosaka sakarība (6.68). Tāpēc elektromagnētiskā viļņa enerģijas plūsmas blīvuma vektoru var attēlot kā vektora reizinājumu

(6.69)

Vektora zvans Umov-Poynting vektors.

Vibrācijas un viļņi

Tēma 18. Brīvs harmoniskas vibrācijas

Tiek sauktas kustības, kurām ir zināma atkārtošanās pakāpe svārstības.

Ja fizisko lielumu vērtības, kas mainās kustības procesā, atkārtojas ar regulāriem intervāliem, tad šādu kustību sauc periodiskais izdevums (planētu kustība ap Sauli, virzuļa kustība iekšdedzes dzinēja cilindrā utt.). Svārstību sistēmu, neatkarīgi no tās fiziskā rakstura, sauc oscilators. Oscilatora piemērs ir svārstīgs svars, kas piekārts uz atsperes vai vītnes.

Pilnās burāstiek izsaukts viens pilns svārstību kustības cikls, pēc kura tas tiek atkārtots tādā pašā secībā.

Saskaņā ar ierosmes metodi vibrācijas iedala:

· bezmaksas(iekšējais), kas rodas sistēmā pēc sākotnējās ietekmes, kas atrodas tuvu līdzsvara stāvoklim;

· piespiedu kārtā notiek periodiskas ārējās darbības laikā;

· parametrisks, rodas, mainot jebkuru svārstību sistēmas parametru;

· pašsvārstības kas rodas sistēmās, kas neatkarīgi regulē ārējās ietekmes plūsmu.

Tiek raksturota jebkura svārstību kustība amplitūda A - svārstību punkta maksimālā novirze no līdzsvara stāvokļa.

Tiek sauktas punkta svārstības, kas notiek ar nemainīgu amplitūdu neslāpēts, un svārstības ar pakāpenisku amplitūdas samazināšanos – izbalēšanu.

Tiek saukts laiks, kas nepieciešams, lai notiktu pilnīgas svārstības periodā(T).

Biežums Periodiskās svārstības ir pilno svārstību skaits laika vienībā. Svārstību frekvences mērvienība - hercu(Hz). Hercs ir svārstību frekvence, kuras periods ir vienāds ar 1 s: 1 Hz = 1 s -1.

ciklisksvai apļveida frekvence Periodiskās svārstības ir pilno svārstību skaits, kas notiek laikā 2p ar: . \u003d rad / s.