Detalji Kategorija: Elektricitet i magnetizam Objavljeno 24.05.2015. 20:43 Pregleda: 3915

Električni i magnetne pojave blisko povezana. A ako struja stvara magnetizam, onda mora postojati i suprotan fenomen - pojava električne struje kada se magnet kreće. Tako je razmišljao engleski naučnik Michael Faraday, koji je 1822. godine u svom laboratorijskom dnevniku napravio sljedeći zapis: „Pretvorite magnetizam u elektricitet“.

Pošto imamo posla sa alternativnim poljima, sinusoidi moraju biti stacionarni talasi, tako da ćemo imati, na primer, fazu 1: a 1 je prvi harmonijski ili fundamentalni. Kao što je već spomenuto, moguće je aproksimirati pravokutna polja generirana od strane svake faze kroz njen temelj.

Dakle, dato je prvo harmonijsko ili fundamentalno polje. Što sada znamo. Treba napomenuti da je maksimum rezultujućeg vremena s vremena na vrijeme u fazi sa maksimumom svake od baza u nizu. Okrenimo se sada trotonskim sinonimima predstavljenim funkcijama.

Ovom događaju prethodilo je otkriće fenomena elektromagnetizma od strane danskog fizičara Hansa Christiana Oersteda, koji je otkrio pojavu magnetnog polja oko provodnika sa strujom. Dugi niz godina Faraday je provodio razne eksperimente, ali prvi eksperimenti mu nisu donijeli sreću. Glavni razlog je bio taj što naučnik nije znao da samo naizmjenično magnetno polje može stvoriti struja. Pravi rezultat dobijen tek 1831.

Kada se drugi indeks odnosi na broj ili red harmonika, koji istovremeno predstavlja tri, odmah se primjećuje zanimljiva činjenica: dva su uvijek u fazi i u suprotnosti sa ostalima, što znači da je njihov zbir uvijek ništa. Ovo je osnovno i opšte pravilo.

Gdje je brzina magnetskog polja u odnosu na naboj

Treći harmonik prostornog trofaznog rotacionog polja, kao i svi višestruki harmonici trećeg, jednaki su nuli. Samo praktične svrhe zadržavaju značenje za peti i sedmi harmonik. Oko 5 do Harmonike. Opet, možemo uočiti fluktuacije ova tri. Kao rezultat, dodaju

Faradejevi eksperimenti

Kliknite na sliku

U eksperimentu izvedenom 29. avgusta 1931. godine, naučnik je omotao namotaje žica oko suprotnih strana gvožđa. prsten. Spojio je jednu žicu na galvanometar. U trenutku kada je druga žica spojena na bateriju, igla galvanometra je naglo odstupila i vratila se u prvobitni položaj. Ista slika je uočena kada se otvori kontakt sa baterijom. To je značilo da se u kolu pojavila električna struja. Nastala je kao rezultat linije sile magnetsko polje stvoreno zavojima prve žice prešlo je preko zavoja druge žice i stvorilo struju u njima.

Sila kojom ovo polje deluje na naelektrisanje

Onda se ispostavilo za peti harmonik. Koristeći slične korake, može se pokazati da, na primjer, sedmi harmonik napreduje, jedanaesta regresija itd. red harmonika se može dobiti iz formule. Sada da vidimo koji aspekt polja opisuje zbir osnovnog i 5 u harmoniku.

Upoređujemo ovu funkciju s jednom i promatramo je. Aproksimacija je prilično dobra: sa nepokolebljivom preciznošću opisuje deformaciju polja koraka dok se kreće. Ovo se odnosi na sve prostorne harmonike. Prostorni harmonici u rotirajućem polju su poremećaj koji biste izbjegli. Sinusoidni oblik je bliži broju udubljenja, a time i udaljenosti između njih. Harmonici prostornog polja uzrokuju gubitke željeza u rotoru zbog frekvencije induciranih struja.

Faradejevo iskustvo

Nekoliko sedmica kasnije, izveden je eksperiment sa trajnim magnetom. Faraday je spojio galvanometar na zavojnicu bakarne žice. Zatim je oštrim pokretom unutra gurnuo cilindrični magnetni štap. U ovom trenutku igla galvanometra se takođe naglo zamahnula. Kada je štap uklonjen sa kalema, igla se zamahnula na isti način, ali u suprotnom smjeru. I to se dešavalo svaki put kada je magnet gurnut ili izvučen iz zavojnice. To jest, struja se pojavila u krugu kada se magnet pomaknuo u njemu. Tako je Faraday uspio "pretvoriti magnetizam u elektricitet".

Vrijednost E.D.S. indukcija

Frekvencija struja indukovanih iz 5. harmonika je jednaka. Frekvencija struja indukovanih 5 prostornom harmoniku je 6 puta veća od osnovne. Isti rezultat se dobija za 7. harmonik. Konkretno, deformacija uzrokovana harmonikom 7 ponekad može uzrokovati pomicanje potisnog motora. Nudimo nekoliko ključnih riječi, čak i na engleski jezik, da izvršite ciljana pretraživanja koristeći okvir za pretragu ispod. "Rotaciono magnetsko polje", "Asinhroni motor", "Asinhroni motor", "Asinhroni motor", "Asinhroni motor", "Generator", "Generator", "Generator", Sinhroni motor, harmonika, harmonika, progresivni talasi, progresivni talasi , stacionarni talasi, konstantni talasi, itd.

Faraday u laboratoriji

Struja u zavojnici se pojavljuje i ako se, umjesto trajnog magneta, unutar njega pomakne drugi kalem povezan s izvorom struje.

U svim ovim slučajevima dogodilo promijeniti magnetni fluks prodiranje u krug zavojnice, što je dovelo do pojave električne struje u zatvorenom kolu. Ovaj Navalijev fenomen elektromagnetna indukcija , i struja indukcijskom strujom .

Stator je statički dio električne mašine. Slika statora dobijena je aplikacijom profesora Mirsada Todorovca ​​- Katedra za elektroniku i informacioni sistemi- Sveučilište u Zagrebu. Ovdje treba objasniti ili podsjetiti na važan aspekt vektorske reprezentacije sinusoida. U fizici je poželjno da se oscilacije opisuju kosinusnom funkcijom. To znači da su vrijednosti pripisane "posebnom fizičko značenje, koji su donekle mjerljivi, predstavljeni su realnim dijelom kompleksnog broja.

Poznato je da struja u zatvorenom kolu postoji ako održava razliku potencijala uz pomoć elektromotorna sila(EMF). Stoga, kada se magnetski tok u krugu promijeni, u njemu nastaje takav EMF. To se zove EMF indukcija .

Faradejev zakon

U elektrotehnici, uobičajena upotreba je izražavanje sinusoidnih veličina sa sinusoidnom funkcijom, u kojoj su "fizičke", "mjerene" vrijednosti dotičnih veličina predstavljene imaginarnim dijelom kompleksnog broja, a time i rotacija rotacionog vektora na propisanu. Vidi također: Kompleksni brojevi i sinusoidne varijable su sinusne na ovoj stranici. Zbir magnetnih polja u prisustvu magnetnih kola sa feromagnetnim materijalima je delikatan posao, jer magnetsko zasićenje čini sistem nelinearnim.

Efekti preklapanja su striktno istiniti ako sistem radi u linearnoj zoni magnetnog objekta. debljina zraka između statora i rotora, neophodna da bi se rotacija potonjeg održavala malom kako bi se smanjile struje magnetiziranja i zalutali fluksovi. tada je potreban maksimalni obrtni moment da bi se što više smanjio. Zašto ne izračunate krug koristeći prave linije polja? U ovom slučaju ćemo dobiti prilično netačne vrijednosti polja. Povezuje se sa razvojem i usavršavanjem indukcioni motor. "Leblanc kavez" je sposoban da priguši vibracije generatora.

Michael Faraday

Vrijednost elektromagnetna indukcija ne ovisi o tome zašto se magnetski tok mijenja - da li se mijenja samo magnetsko polje ili se kolo kreće u njemu. Zavisi od brzine promjene magnetskog fluksa koji prodire u kolo.

gdje ε - EMF koji djeluje duž konture;

F W - magnetni fluks.

Ovaj dio stranice nudi vježbe o elektromagnetizmu. Zbirka vježbi o elektromagnetizmu koja je predložena u nastavku namijenjena je i studentima naučni fakulteti kao i za srednjoškolce i tehnički instituti. Prije nego što pređemo na vježbe o elektromagnetizmu, ukratko uvodimo elektromagnetne pojave.

Vježbe elektromagnetizma

Baš kao što struja koja teče u provodnik stvara magnetsko polje oko njega, čak i magnetno polje može, pod određenim uslovima, stvoriti električnu struju. Ispod su vježbe elektromagnetizma, navedene uzlaznim redoslijedom težine.

Na vrijednost EMF zavojnice u naizmjeničnom magnetskom polju utiče broj zavoja u njemu i veličina magnetskog fluksa. Faradejev zakon u ovom slučaju izgleda ovako:

gdje N – broj okreta;

Nivo težine je srednji do nizak. Pravi provodnik od pola metra kreće se unutar magnetnog polja jačine 10-4 tone konstantnom brzinom i okomito na linije jačine polja. Izračunajte brzinu provodnika u polju i koliki je Lorentzov rad na jednom provodnom elektronu.

Znajući da je intenzitet magnetnog polja 0,5 T, određuju se struja i napon inducirani na otporu. Prst je postavljen u ortogonalnoj ravni na magnetsko polje napona od 10-2 T i povezan je na otpor od 10 Ohma. Kolika će biti vrijednost napetosti koju izazivaju njeni lideri?

F W – magnetni tok kroz jedan okret;

Ψ - veza fluksa, ili ukupni magnetni tok koji se prepliće sa svim zavojima zavojnice.

Ψ = N F i

F i je protok koji prolazi kroz jedan okret.

Kolika je vrijednost snage koja se rasipa u otporniku? Solenoid ima sljedeće fizičke karakteristike. Koliki bi trebao biti omjer broja zavoja primarnog kola i broja sekundarnih transformatora ako je punjač priključen na italijansku internu mrežu napona 220 V?

Da li 220V dovodi do vršnog ili efektivnog napona? Nivo težine je srednji do visok. Prst se stavlja unutra slobodan pad ali se kreće konstantnom brzinom. Magnetno polje jačine 0,5 T djeluje okomito na ravan.

Čak i slab magnet može stvoriti veliku indukcijsku struju ako je brzina kretanja ovog magneta velika.

Budući da se indukcijska struja javlja u provodnicima kada se mijenja magnetni tok koji prodire u njih, ona će se pojaviti i u vodiču koji se kreće u fiksnom magnetskom polju. Smjer indukcijske struje u ovom slučaju ovisi o smjeru kretanja vodiča i određen je pravilom desne ruke: “ Ako dlan desne ruke postavite na način da uključuje linije sile magnetskog polja, a palac savijen za 90 0 pokazuje smjer kretanja provodnika, tada će ispružena 4 prsta ukazati na smjer induciranog EMF-a i smjer struje u provodniku».

Izračunajte brzinu kojom prst pada. Možete ga pronaći ovdje. Polaritet hemijske veze je jedna od njihovih glavnih karakteristika. Da li je polarna ili ne zavisi od razlike u elektronegativnosti spojnih atoma. U organskim molekulima se uočava dodatna polarizacija hemijskih veza i stvaranje delokalizovanih veza. Razlog su takozvani elektronski efekti, odnosno induktivni i mezometrijski efekti.

Induktivni efekat je dalja polarizacija hemijskih veza djelovanjem atoma, atomskih grupa ili većih supstituta različite elektronegativnosti od atoma ugljika. Mezenhimski ili više efekat spajanja se opaža kada je elektronska gustina hemijskih veza u molekulima depolarizovana djelovanjem supstituenata. Mezomerni efekat takođe može biti pozitivan ili negativan.

Lenzovo pravilo

Emil Kristianovič Lenc

Smjer indukcijske struje određen je pravilom koje vrijedi u svim slučajevima kada se takva struja pojavi. Ovo pravilo je formulisao ruski fizičar baltičkog porijekla Emil Kristijanovič Lenc: " Induktivna struja koja se javlja u zatvorenom kolu ima takav smjer da magnetski tok koji njome stvara suprotstavlja promjenu magnetskog fluksa koju je ta struja izazvala.

Supstituenti su ili atomske grupe koje su povezane sa ugljikovodičnim lancem, zamjenjujući jedan ili više atoma vodika u njemu. Ovisno o smjeru u kojem se uklanja elektronska gustina, induktivni efekat može biti pozitivan ili negativan. Kada zamjena dodaje gustinu elektrona i veze su negativno polarizirane u suprotnom smjeru, kažemo da je uočen pozitivan induktivni efekat.

Jačina induktivnog uticaja supstituta zavisi od njihove elektronegativnosti. Efekt indukcije brzo opada duž lanca ugljikovodika i obično je najjači u blizini atoma ili atomska grupa koji ga priziva. Osim toga, induktivni efekat je aditivni po prirodi, što znači da se induktivni efekti jednosmjernih polarizirajućih supstituenata prikupljaju ako su u neposrednoj blizini jedan drugom. Suprotno tome, ako je djelovanje polarizacije dva susjedna supstituenta suprotno, njihovi indukcijski efekti se oduzimaju.

Treba napomenuti da je takav zaključak naučnik doneo na osnovu rezultata eksperimenata. Lenz je stvorio uređaj koji se sastoji od slobodno rotirajuće aluminijske ploče, na čijem je jednom kraju fiksiran čvrst aluminijski prsten, a na drugom urezan prsten.

Ako bi se magnet približio čvrstom prstenu, on bi se odbijao i počeo da "bježi".

Vrste supstituta prema njihovom induktivnom dejstvu

U zavisnosti od stepena i smera uticaja indukcije, supstituenti u molekulima organskih jedinjenja se dele na tri tipa. Prvi tip su ugljikovodični supstituenti koji sadrže samo sigma veze. Imaju pozitivan indukcijski učinak. Raste zbog svoje aditivnosti redoslijedom kojim supstituent sadrži primarni, sekundarni, tercijarni i kvarternarni atom ugljika, respektivno.

Induktivni efekat ugljikovodičnih supstituenata. Druga vrsta - pozitivan naboj ili neutralna zamjena koja uzrokuje negativan induktivni efekat. Njihova polarizacija je veća od naelektrisanja odgovarajućih atoma. Neutralne supstitucije koje sadrže kompleksne veze imaju negativan induktivni efekat.

Kliknite na sliku

Kada se magnet udaljio, prsten je pokušao da ga sustigne.

Kliknite na sliku

Ništa slično nije primijećeno kod odrezanog prstena.

Lenz je to objasnio činjenicom da u prvom slučaju indukcijska struja stvara magnetsko polje čije su linije indukcije usmjerene suprotno od linija indukcije vanjskog magnetskog polja. U drugom slučaju, linije indukcije magnetskog polja koje stvara indukcijska struja poklapaju se u smjeru s linijama indukcije polja stalnog magneta. U rezanom prstenu ne dolazi do indukcijske struje, tako da ne može stupiti u interakciju s magnetom.

Konjunkcijski efekat - mezometrijski efekat

Treća vrsta supstituenata su oni koji imaju negativni naboj ili su neutralni i izazivaju pozitivan induktivni efekat. U pravilu, to su atomske grupe atomske grupe ili elektroforetski atomi metala i nemetala. Mezometrijski efekat se može povezati kako sa pojavom delokalizovane veze, tako i sa daljom intervencijom postojeće. Može se posmatrati interakcija između π-elektrona i π-elektrona, ili između π-elektrona i β-elektrona neuništivog elektronskog para susednog atoma.

Prema Lenzovom pravilu, s povećanjem vanjskog magnetskog fluksa, indukcijska struja će imati takav smjer da će magnetsko polje stvoreno njom spriječiti takvo povećanje. Ako se vanjski magnetski tok smanji, tada će ga magnetsko polje indukcijske struje podržati i spriječiti njegovo smanjenje.

Generator električne struje

Mezenhimski efekat se može javiti sa ili bez pojave električnih naboja. Klasični primjeri odsustva električnih naboja nakon π-interakcija su spojevi butadiena i benzena. U prvom je došlo do linearne delokalizacije, au drugom do kružne depolarizacije.

Mezometrijski efekat prema vrsti supstituenata

Za različite molekule moguće su različite vrste prostorne orijentacije. Delokalizacija u molekuli butadiena. Mezometrijski efekat u molekuli benzena bez stvaranja naboja. Pozitivan mezometrijski efekat pokazuju supstituenti koji pri konjugaciji daju elektronsku gustinu.

Alternator

Faradejevo otkriće elektromagnetne indukcije omogućilo je korištenje ovog fenomena u praksi.

Šta se dešava ako zavrtite kolut više zavoja metalne žice u fiksnom magnetnom polju? Magnetni tok koji prodire u krug zavojnice će se stalno mijenjati. I u njemu će biti EMF elektromagnetne indukcije. To znači da takav dizajn može generirati električnu struju. Rad alternatora zasniva se na ovom principu.

Generator se sastoji od 2 dijela - rotora i statora. Rotor je pokretni dio. U generatorima male snage najčešće se rotira permanentni magnet. U snažnim generatorima umjesto trajnog magneta koristi se elektromagnet. Rotirajući, rotor stvara promjenjivi magnetni tok, koji stvara električnu indukcijsku struju u zavojima namotaja koji se nalazi u žljebovima stacionarnog dijela generatora - statora. Rotor pokreće motor. To može biti parna mašina, vodena turbina itd.

Transformer

Ovo je možda najčešći uređaj u elektrotehnici, dizajniran za pretvaranje električne struje i napona. Transformatori se koriste u radiotehnici i elektronici. Bez njih je nemoguće prenositi električnu energiju na velike udaljenosti.

Najjednostavniji transformator se sastoji od dva namotaja sa zajedničkim metalnim jezgrom. Izmjenična struja, primijenjen na jednu od zavojnica, stvara u njoj naizmjenično magnetsko polje, koje se pojačava jezgrom. Magnetski tok ovog polja, koji prodire u zavoje drugog zavojnice, stvara u njemu indukcijsku električnu struju. Kako veličina EMF indukcije zavisi od broja zavoja, promjenom njihovog omjera u zavojnicama može se promijeniti i veličina struje. Ovo je vrlo važno, na primjer, kod prijenosa električne energije na velike udaljenosti. Uostalom, tokom transporta nastaju veliki gubici zbog činjenice da se žice zagrijavaju. Smanjenjem struje uz pomoć transformatora ovi gubici se smanjuju. Ali u isto vrijeme, napetost raste. U završnoj fazi, koristeći opadajući transformator, smanjite napon i povećajte struju. Naravno, takvi transformatori su mnogo složeniji.

Nemoguće je ne reći da nije samo Faraday pokušao stvoriti indukcijsku struju. Slične eksperimente izvodili su i poznati američki fizičar Joseph Henry. I uspio je uspjeti gotovo istovremeno s Faradejem. Ali Faraday ga je pretekao objavljivanjem izvještaja o svom otkriću prije Henryja.

>>Fizika 11. razred >> Smjer indukcijske struje. Lenzovo pravilo


§10 PRAVAC INDUKCIJSKE STRUJE. LENTZ PRAVILO

Pričvršćivanjem zavojnice u kojoj se javlja indukcijska struja na galvanometar, može se ustanoviti da smjer te struje ovisi o tome da li se magnet približava zavojnici (na primjer, sjevernom polu) ili se udaljava od njega (vidi sliku 2.2, b).

u nastajanju indukciona struja jednog ili drugog smjera na neki način stupa u interakciju s magnetom (privlači ga ili odbija). Zavojnica kroz koju prolazi struja je poput magneta sa dva pola - sjevernim i južnim. Smjer indukcijske struje određuje koji kraj zavojnice djeluje kao sjeverni pol (linije magnetske indukcije izlaze iz njega). Na osnovu zakona održanja energije moguće je predvidjeti u kojim slučajevima će zavojnica privlačiti magnet, a u kojim će ga odbijati.

Interakcija indukcijske struje s magnetom. Ako se magnet približi zavojnici, tada se u njemu pojavljuje indukcijska struja u takvom smjeru da se magnet nužno odbija. Da bi se magnet približio zavojnici, mora se obaviti pozitivan rad. Zavojnica postaje slična magnetu, okrenuta istim polom prema magnetu koji mu se približava. Istoimenovani stubovi se odbijaju.

Kada se magnet ukloni, naprotiv, u zavojnici nastaje struja u takvom smjeru da se pojavljuje sila koja privlači magnet.

Koja je razlika između dva eksperimenta: približavanja magneta zavojnici i njegovog uklanjanja? U prvom slučaju, broj vodova magnetne indukcije koji prodiru kroz zavoje zavojnice, ili, što je isto, magnetni fluks, raste (slika 2.5, a), au drugom slučaju opada (slika 2.5, b). Štaviše, u prvom slučaju, linije indukcije magnetskog polja stvorene indukcijskom strujom koja je nastala u zavojnici izlaze iz gornjeg kraja zavojnice, budući da zavojnica odbija magnet, au drugom slučaju, na naprotiv, oni ulaze u ovaj kraj. Ove linije magnetne indukcije prikazane su crnom bojom na slici 2.5. U slučaju a, kalem sa strujom je sličan magnetu, čiji je sjeverni pol iznad, a u slučaju b - ispod.

Slični zaključci se mogu izvući koristeći iskustvo prikazano na slici 2.6. Na krajevima štapa koji se može slobodno rotirati vertikalna osa, dva provodna aluminijska prstena su fiksirana. Jedan od njih ima posjekotinu. Ako magnet dovedete do prstena bez reza, tada će se u njemu pojaviti indukcijska struja koja će biti usmjerena na takav način da će se ovaj prsten odbiti od magneta i štap će se okrenuti. Ako uklonite magnet iz prstena, on će, naprotiv, biti privučen magnetom. Magnet ne stupa u interakciju sa odsečenim prstenom, jer rez sprečava pojavu indukcione struje u prstenu. Zavojnica odbija ili privlači magnet, ovisi o smjeru indukcijske struje u njemu. Stoga nam zakon održanja energije omogućava da formuliramo pravilo koje određuje smjer indukcijske struje.

Sada smo došli do glavne stvari: s povećanjem magnetskog toka kroz zavoje zavojnice, indukcijska struja ima takav smjer da magnetsko polje koje stvara sprječava povećanje magnetskog toka kroz zavoje zavojnice. Uostalom, linije indukcije ovog polja usmjerene su protiv linija indukcije polja čija promjena stvara električnu struju. Ako magnetni tok kroz zavojnicu oslabi, onda indukcija
struja stvara magnetsko polje sa indukcijom, povećavajući magnetni tok kroz zavoje zavojnice.

Ovo je suština opšte pravilo određivanje smjera induktivne struje, što je primjenjivo u svim slučajevima. Ovo pravilo je ustanovio ruski fizičar E. X. Lenz.

Prema Lenzovom pravilu induktivnu struju koja nastaje u zatvorenom kolu sa svojim magnetsko polje suprotstavlja se promjeni magnetskog fluksa koji ga uzrokuje. Ukratko, ovo pravilo se može formulirati na sljedeći način: induktivna struja je usmjerena tako da interferira s uzrokom koji je uzrokuje.

Primijenite Lenzovo pravilo da pronađete smjer indukcijske struje u krugu na sljedeći način:

1. Odrediti smjer linija magnetske indukcije vanjskog magnetskog polja.
2. Utvrdite da li se tok vektora magnetske indukcije ovog polja kroz površinu ograničenu konturom (F > 0) povećava ili smanjuje (F< 0).
3. Podesite pravac linija magnetne indukcije magnetnog polja indukcione struje. Ove linije treba da budu, prema Lenzovom pravilu, usmerene suprotno od linija magnetne indukcije na F > 0 i da imaju isti pravac sa njima na F< 0.
4. Poznavajući smjer linija magnetske indukcije, pronađite smjer indukcijske struje koristeći pravilo gimleta.

Smjer indukcijske struje određuje se korištenjem zakona održanja energije. Indukcijska struja je u svim slučajevima usmjerena tako da njeno magnetsko polje spriječi promjenu magnetskog fluksa koji to uzrokuje indukciona struja.