Detalii Categorie: Electricitate si magnetism Postat pe 24.05.2015 20:43 Vizualizări: 3915

electrice și fenomene magnetice strâns legate. Și dacă curentul generează magnetism, atunci trebuie să existe și fenomenul opus - apariția unui curent electric atunci când magnetul se mișcă. Așa a raționat omul de știință englez Michael Faraday, care în 1822 a făcut următoarea înregistrare în jurnalul său de laborator: „Transformă magnetismul în electricitate”.

Deoarece avem de-a face cu câmpuri alternative, sinusoidele trebuie să fie unde staționare, deci vom avea, de exemplu, faza 1: și 1 - prima armonică sau fundamentală. După cum sa menționat deja, este posibil să se aproximeze câmpurile dreptunghiulare generate de fiecare etapă prin fundamentala sa.

Astfel, este dat primul câmp armonic sau fundamental. Pe care îl știm acum. Trebuie remarcat faptul că maximul timpului rezultat este din când în când în fază cu maximul fiecăreia dintre bazele din secvență. Să ne întoarcem acum la sinonimele cu 3 tonuri reprezentate de funcții.

Acest eveniment a fost precedat de descoperirea fenomenului electromagnetismului de către fizicianul danez Hans Christian Oersted, care a descoperit apariția unui câmp magnetic în jurul unui conductor purtător de curent. Timp de mulți ani, Faraday a efectuat diverse experimente, dar primele experimente nu i-au adus noroc. Motivul principal a fost că omul de știință nu știa că numai un câmp magnetic alternativ poate crea electricitate. Rezultat real a fost obținut abia în 1831.

Când al doilea indice se referă la numărul sau ordinea armonicii, reprezentând în același timp trei, se observă imediat fapt interesant: doi dintre ei sunt întotdeauna în fază și în opoziție cu restul, ceea ce înseamnă că suma lor este întotdeauna nimic. Aceasta este o regulă fundamentală și generală.

Unde este viteza câmpului magnetic în raport cu sarcina

Câmpul rotativ trifazat spațial al treilea armonic, precum și toate armonicile multiple ale celui de-al treilea, sunt zero. Doar scopurile practice păstrează sensul pentru armonicile a cincea și a șaptea. Cam 5 la armonică. Din nou, putem observa fluctuații ale celor trei. Drept urmare, ei adaugă

Experimentele lui Faraday

Click pe imagine

Într-un experiment efectuat la 29 august 1931, omul de știință a înfășurat bobine de fire în jurul părților opuse ale fierului de călcat. inel. A conectat un fir la un galvanometru. În momentul în care al doilea fir a fost conectat la baterie, acul galvanometrului a deviat brusc și a revenit în poziția inițială. Aceeași imagine a fost observată la deschiderea contactului cu bateria. Aceasta însemna că în circuit a apărut un curent electric. A apărut ca urmare a linii de forță câmpul magnetic creat de spirele primului fir a traversat spirele celui de-al doilea fir și a generat un curent în ele.

Forța cu care acest câmp acționează asupra sarcinii

Apoi, pentru a cincea armonică s-a dovedit. Folosind pași similari, se poate demonstra că, de exemplu, a șaptea armonică progresează, a unsprezecea regresie etc. ordinea armonicilor se poate obtine din formula. Acum să vedem ce aspect al câmpului este descris de suma fundamentalei și 5 în armonică.

Comparăm această funcție cu una și o observăm. Aproximația este destul de bună: descrie cu o acuratețe neclintită deformarea câmpului de trepte pe măsură ce se mișcă. Acest lucru se aplică tuturor armonicilor spațiale. Armonicile spațiale într-un câmp rotativ reprezintă o perturbare pe care ați evita-o. Forma sinusoidală este mai apropiată de numărul de gropi și de aici distanța dintre ele. Armonicele câmpului spațial provoacă pierderi de fier în rotor datorită frecvenței curenților induși.

Experiența Faraday

Câteva săptămâni mai târziu, a fost efectuat un experiment cu un magnet permanent. Faraday a conectat un galvanometru la o bobină de sârmă de cupru. Apoi, cu o mișcare ascuțită, a împins înăuntru o tijă magnetică cilindrică. În acest moment, acul galvanometrului s-a balansat și el brusc. Când tija a fost scoasă din bobină, acul s-a balansat în același mod, dar în direcția opusă. Și asta s-a întâmplat de fiecare dată când magnetul a fost împins sau împins afară din bobină. Adică, curentul a apărut în circuit când magnetul s-a deplasat în el. Așa că Faraday a reușit să „transforme magnetismul în electricitate”.

Valoarea E.D.S. inducţie

Frecvența curenților induși din armonica a 5-a este egală. Frecvența curenților induși 5 la armonica spațială este de 6 ori mai mare decât cea fundamentală. Același rezultat se obține pentru armonica a 7-a. În special, deformarea cauzată de armonica 7 poate determina uneori mișcarea motorului de împingere. Oferim mai multe cuvinte cheie, chiar și pe Limba engleză, pentru a efectua căutări direcționate folosind caseta de căutare de mai jos. „Câmp magnetic de rotație”, „Motor asincron”, „Motor asincron”, „Motor asincron”, „Motor asincron”, „Generator”, „Generator”, „Generator”, Motor sincron, armonică, armonică, unde progresive, unde progresive , unde staționare, unde constante etc.

Faraday în laborator

Curentul din bobină apare și dacă, în locul unui magnet permanent, o altă bobină conectată la o sursă de curent este mutată în interiorul acesteia.

În toate aceste cazuri s-a întâmplat Schimbare flux magnetic pătrunzând în circuitul bobinei, ceea ce a dus la apariția unui curent electric într-un circuit închis. Acest fenomen Navali inductie electromagnetica , și curentul prin curent de inducție .

Statorul este o parte statică a unei mașini electrice. Imaginea statorului a fost obținută cu ajutorul aplicației profesorului Mirsad Todorovac – Departamentul de Electronică și sisteme de informare- Universitatea din Zagreb. Un aspect important al reprezentării vectoriale a sinusoidelor ar trebui explicat sau amintit aici. În fizică, oscilațiile sunt descrise de preferință printr-o funcție cosinus. Aceasta înseamnă că valorile atribuite „un anumit sens fizic, care sunt oarecum măsurabile, sunt reprezentate de partea reală a numărului complex.

Se știe că un curent într-un circuit închis există dacă menține o diferență de potențial cu ajutorul lui forta electromotoare(EMF). Prin urmare, atunci când fluxul magnetic din circuit se modifică, în el apare un astfel de EMF. Se numeste inducția EMF .

Legea lui Faraday

În electrotehnică, o utilizare obișnuită este de a exprima mărimi sinusoidale cu o funcție sinusoidală, în care valorile „fizice”, „măsurate” ale mărimilor în cauză sunt reprezentate de partea imaginară a unui număr complex și, prin urmare, de rotirea unui vector rotativ pe cel prescris. Vezi și: Numerele complexe și variabilele sinusoidale sunt sinusoidale pe acest site. Suma câmpurilor magnetice în prezența circuitelor magnetice cu materiale feromagnetice este o muncă delicată, deoarece saturația magnetică face sistemul neliniar.

Efectele de suprapunere sunt strict adevărate dacă sistemul operează în zona liniară a obiectului magnetic. grosimea aerului dintre stator si rotor, necesara pentru a mentine mica rotatie a acestuia din urma pentru a reduce curentii de magnetizare si fluxurile parazite. atunci este necesar un cuplu maxim pentru a-l reduce cât mai mult posibil. De ce nu calculezi circuitul folosind linii de câmp reale? În acest caz, vom obține valori de câmp destul de incorecte. Este asociat cu dezvoltarea și rafinamentul motor de inducție. „Cușca Leblanc” este capabilă să atenueze vibrațiile generatorului.

Michael Faraday

Valoare inductie electromagnetica nu depinde de motivul pentru care se modifică fluxul magnetic - dacă câmpul magnetic în sine se schimbă sau circuitul se mișcă în el. Depinde de viteza de schimbare a fluxului magnetic care pătrunde în circuit.

Unde ε - EMF care actioneaza de-a lungul conturului;

F W - flux magnetic.

Această secțiune a site-ului oferă exerciții de electromagnetism. Culegerea de exerciții de electromagnetism propusă mai jos este destinată atât studenților universitari facultati stiintifice cât şi pentru elevii de liceu şi institute tehnice. Înainte de a trece la exercițiile de electromagnetism, prezentăm pe scurt fenomenele electromagnetice.

Exerciții de electromagnetism

Așa cum curentul care curge într-un conductor creează un câmp magnetic în jurul acestuia, chiar și un câmp magnetic poate, în anumite condiții, să creeze un curent electric. Mai jos sunt exercițiile de electromagnetism, enumerate în ordine crescătoare a dificultății.

Valoarea EMF a unei bobine într-un câmp magnetic alternativ este afectată de numărul de spire din ea și de mărimea fluxului magnetic. Legea lui Faraday în acest caz arată astfel:

Unde N – numărul de ture;

Nivelul de dificultate este mediu spre scăzut. Un conductor drept de jumătate de metru se mișcă într-un câmp magnetic cu o putere de 10-4 tone la o viteză constantă și perpendicular pe liniile intensității câmpului. Calculați viteza conductorului în câmp și cât este munca lui Lorentz asupra unui electron conductor.

Știind că intensitatea câmpului magnetic este de 0,5 T, se determină curentul și tensiunea induse asupra rezistenței. Degetul este poziționat pe un plan ortogonal la un câmp magnetic cu o tensiune de 10-2 T și este conectat la o rezistență de 10 Ohm. Care va fi valoarea tensiunii provocate de liderii săi?

F W – flux magnetic printr-o tură;

Ψ - legătura de flux sau fluxul magnetic total care se interconectează cu toate spirele bobinei.

Ψ = N F i

F i este fluxul care trece printr-o tură.

Care este valoarea puterii disipate în rezistor? Solenoidul are următoarele caracteristici fizice. Care ar trebui să fie raportul dintre numărul de spire ale circuitului primar și numărul de transformatoare secundare dacă încărcătorul este conectat la tensiunea rețelei interne italiene de 220 V?

220V duce la tensiune de vârf sau la tensiune efectivă? Nivelul de dificultate este mediu spre mare. Degetul este introdus cădere liberă dar deplasându-se cu o viteză constantă. Un câmp magnetic cu o intensitate de 0,5 T acţionează perpendicular pe plan.

Chiar și un magnet slab poate crea un curent de inducție mare dacă viteza de mișcare a acestui magnet este mare.

Deoarece un curent de inducție apare în conductori atunci când fluxul magnetic care le pătrunde se modifică, acesta va apărea și într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic fix. Direcția curentului de inducție în acest caz depinde de direcția de mișcare a conductorului și este determinată de regula mâinii drepte: „ Dacă plasați palma mâinii drepte în așa fel încât să includă liniile de forță ale câmpului magnetic, iar degetul mare îndoit cu 90 0 ar arăta direcția de mișcare a conductorului, atunci cele 4 degete extinse vor indica direcția EMF indusă și direcția curentului în conductor».

Calculați viteza cu care cade degetul. Îl puteți găsi aici. Polaritate legături chimice este una dintre caracteristicile lor principale. Dacă este polar sau nu depinde de diferența de electronegativitate a atomilor de legătură. În moleculele organice se observă polarizarea suplimentară a legăturilor chimice și formarea de legături delocalizate. Motivul îl reprezintă așa-numitele efecte electronice, care sunt, respectiv, efecte inductive și mezometrice.

Efectul inductiv este polarizarea în continuare a legăturilor chimice prin acțiunea atomilor, grupărilor atomice sau substituenților mai mari de electronegativitate diferită de atomii de carbon. Se observă un efect mezenchimal sau mai mult de cuplare atunci când densitatea electronică a legăturilor chimice din molecule este depolarizată prin acțiunea substituenților. Efectul mezomer poate fi, de asemenea, pozitiv sau negativ.

regula lui Lenz

Emil Hristianovici Lenz

Direcția curentului de inducție este determinată de regula care se aplică în toate cazurile când apare un astfel de curent. Această regulă a fost formulată de un fizician rus de origine baltică Emil Khristianovici Lenz: „ Curentul inductiv care apare într-un circuit închis are o astfel de direcție încât fluxul magnetic creat de acesta contracarează modificarea fluxului magnetic pe care a provocat-o acest curent.

Substituenții sunt fie grupări atomice care sunt asociate cu un lanț de hidrocarburi, înlocuind unul sau mai mulți atomi de hidrogen în acesta. În funcție de direcția în care este îndepărtată densitatea electronică, efectul inductiv poate fi pozitiv sau negativ. Când înlocuitorul adaugă o densitate de electroni și legăturile sunt polarizate negativ în direcția opusă, spunem că se observă un efect inductiv pozitiv.

Puterea influenței inductive a înlocuitorilor depinde de electronegativitatea acestora. Efectul de inducție scade rapid de-a lungul lanțului de hidrocarburi și este de obicei cel mai puternic lângă un atom sau grupa atomica care o invocă. În plus, efectul inductiv este de natură aditivă, ceea ce înseamnă că efectele inductive ale substituenților polarizați unidirecționali sunt colectate dacă sunt în imediata apropiere unul de celălalt. În schimb, dacă acțiunea de polarizare a doi substituenți adiacenți este opusă, efectele lor de inducție sunt scăzute.

Trebuie remarcat faptul că o astfel de concluzie a fost făcută de om de știință pe baza rezultatelor experimentelor. Lenz a creat un dispozitiv format dintr-o placă de aluminiu care se rotește liber, la un capăt al căreia era fixat un inel solid de aluminiu, iar la celălalt, un inel crestat.

Dacă magnetul ar fi adus mai aproape de un inel solid, acesta s-ar respinge și ar începe să „fugă”.

Tipuri de înlocuitori în funcție de efectul lor inductiv

În funcție de gradul și direcția influenței inducției, substituenții din moleculele compușilor organici sunt împărțiți în trei tipuri. Primul tip este reprezentat de substituenții hidrocarburi care conțin doar legături sigma. Au un efect pozitiv de inducție. Crește datorită aditivității sale în ordinea în care substituentul conține atomul de carbon primar, secundar, terțiar și, respectiv, cuaternar.

Efectul inductiv al substituenților de hidrocarburi. Al doilea tip - sarcină pozitivă sau un substitut neutru care provoacă un efect inductiv negativ. Polarizarea lor este mai mare decât electrificarea atomilor corespunzători. Substituțiile neutre care conțin legături complexe au un efect inductiv negativ.

Click pe imagine

Când magnetul s-a îndepărtat, inelul a încercat să-l prindă din urmă.

Click pe imagine

Nimic de genul acesta nu a fost observat cu un inel tăiat.

Lenz a explicat acest lucru prin faptul că, în primul caz, curentul de inducție creează un câmp magnetic, ale cărui linii de inducție sunt îndreptate opus liniilor de inducție ale câmpului magnetic extern. În al doilea caz, liniile de inducție a câmpului magnetic creat de curentul de inducție coincid în direcție cu liniile de inducție a câmpului magnetului permanent. Într-un inel tăiat, nu are loc nici un curent de inducție, așa că nu poate interacționa cu un magnet.

Efect de conjuncție - efect mezometric

Al treilea fel de substituenți sunt cei care au sarcina negativa sau sunt neutre și provoacă un efect inductiv pozitiv. De regulă, acestea sunt grupări atomice ale unei grupări atomice sau atomi de metal electroforetic și nemetalici. Efectul mezometric poate fi asociat atât cu apariția unei conexiuni delocalizate, cât și cu intervenția ulterioară a celei existente. Se poate observa interacțiunea dintre electronii π și electronii π, sau între electronii π și electronii β ai unei perechi de electroni indestructibile a unui atom vecin.

Conform regulii lui Lenz, odată cu creșterea fluxului magnetic extern, curentul de inducție va avea o astfel de direcție încât câmpul magnetic creat de acesta să împiedice o astfel de creștere. Dacă fluxul magnetic extern scade, atunci câmpul magnetic al curentului de inducție îl va susține și îl va împiedica să scadă.

Generator de curent electric

Efectul mezenchimatos poate apărea cu sau fără apariție sarcini electrice. Exemple clasice de absență a sarcinilor electrice după interacțiunile π sunt compușii butadienei și benzenului. În prima a avut loc o delocalizare liniară, iar în a doua o depolarizare circulară.

Efectul mezometric după tipul de substituenți

Sunt posibile diferite tipuri de orientare spațială pentru diferite molecule. Delocalizare în molecula de butadienă. Efect mezometric în molecula de benzen fără formarea de sarcini. Un efect mezometric pozitiv este prezentat de substituenții care dau densitate electronică la conjugare.

Alternator

Descoperirea lui Faraday a inducției electromagnetice a făcut posibilă utilizarea acestui fenomen în practică.

Ce se întâmplă dacă învârti o bobină de mai multe spire de sârmă metalică într-un câmp magnetic fix? Fluxul magnetic care pătrunde în circuitul bobinei se va schimba constant. Și în el va exista un EMF de inducție electromagnetică. Aceasta înseamnă că un astfel de design poate genera un curent electric. Funcționarea alternatoarelor se bazează pe acest principiu.

Generatorul este format din 2 părți - un rotor și un stator. Rotorul este o parte în mișcare. În generatoarele de putere mică, cel mai adesea se rotește magnet permanent. În generatoarele puternice, în locul unui magnet permanent se folosește un electromagnet. Rotindu-se, rotorul creează un flux magnetic în schimbare, care generează un curent electric de inducție în spirele înfășurării situate în canelurile părții staționare a generatorului - statorul. Rotorul este antrenat de un motor. Poate fi un motor cu abur, o turbină cu apă etc.

Transformator

Acesta este poate cel mai comun dispozitiv din inginerie electrică, conceput pentru a converti curentul și tensiunea electrică. Transformatoarele sunt folosite în inginerie radio și electronică. Fără ele, este imposibil să se transmită energie electrică pe distanțe lungi.

Cel mai simplu transformator este format din două bobine cu un miez metalic comun. Curent alternativ, aplicat pe una dintre bobine, creează în ea un câmp magnetic alternativ, care este amplificat de miez. Fluxul magnetic al acestui câmp, pătrunzând în spirele celei de-a doua bobine, creează în el un curent electric de inducție. Deoarece mărimea EMF de inducție depinde de numărul de spire, prin modificarea raportului acestora în bobine, se poate modifica și mărimea curentului. Acest lucru este foarte important, de exemplu, atunci când se transmite energie electrică pe distanțe lungi. La urma urmei, în timpul transportului, apar pierderi mari din cauza faptului că firele se încălzesc. Prin reducerea curentului cu ajutorul unui transformator se reduc aceste pierderi. Dar, în același timp, tensiunea crește. În etapa finală, folosind un transformator descendente, reduceți tensiunea și creșteți curentul. Desigur, astfel de transformatoare sunt mult mai complicate.

Este imposibil să nu spunem că nu numai Faraday a încercat să creeze un curent de inducție. Experimente similare au fost efectuate și de cei cunoscuți fizician american Joseph Henry. Și a reușit să reușească aproape simultan cu Faraday. Dar Faraday l-a devansat publicând un raport despre descoperirea sa înaintea lui Henry.

>>Fizică nota 11 >> Direcția curentului de inducție. regula lui Lenz


§10 DIRECȚIA CURENTULUI DE INDUCȚIE. REGULA LENTZ

Prin atașarea unei bobine în care apare un curent de inducție la un galvanometru, se poate constata că direcția acestui curent depinde dacă magnetul se apropie de bobină (de exemplu, polul nord) sau se îndepărtează de aceasta (vezi Fig. 2.2, b).

în curs de dezvoltare curent de inducție dintr-o direcție sau alta interacționează cumva cu magnetul (atrage sau respinge). O bobină cu un curent care trece prin ea este ca un magnet cu doi poli - nord și sud. Direcția curentului de inducție determină care capăt al bobinei acționează ca pol nord (din el ies liniile de inducție magnetică). Pe baza legii conservării energiei, este posibil să se prezică în ce cazuri bobina va atrage magnetul și în ce cazuri îl va respinge.

Interacțiunea curentului de inducție cu un magnet. Dacă magnetul este adus mai aproape de bobină, atunci apare un curent de inducție în el într-o astfel de direcție încât magnetul este în mod necesar respins. Pentru a aduce magnetul mai aproape de bobină, trebuie făcută o muncă pozitivă. Bobina devine asemănătoare unui magnet, rotită cu același pol de magnetul care se apropie de el. Stâlpii cu nume asemănător se resping reciproc.

Când magnetul este îndepărtat, dimpotrivă, în bobină ia naștere un curent în așa direcție încât apare o forță care atrage magnetul.

Care este diferența dintre cele două experimente: apropierea magnetului de bobină și îndepărtarea acestuia? În primul caz, numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund în spirele bobinei sau, ceea ce este același, fluxul magnetic crește (Fig. 2.5, a), iar în al doilea caz scade (Fig. 2.5, b). Mai mult, în primul caz, liniile de inducție a câmpului magnetic creat de curentul de inducție care a apărut în bobină ies din capătul superior al bobinei, deoarece bobina respinge magnetul, iar în al doilea caz, pe dimpotrivă, ei intră în acest capăt. Aceste linii de inducție magnetică sunt prezentate cu negru în Figura 2.5. În cazul a, bobina cu curent este similară cu un magnet, al cărui pol nord este deasupra, iar în cazul b - dedesubt.

Concluzii similare pot fi trase folosind experiența prezentată în Figura 2.6. La capetele unei tije care se poate roti liber axa verticala, două inele conductoare din aluminiu sunt fixate. Unul dintre ei are o tăietură. Dacă aduceți magnetul la inel fără tăiere, atunci va apărea un curent de inducție în el și va fi dirijat în așa fel încât acest inel să se respingă de magnet și tija se va întoarce. Dacă scoateți magnetul din inel, atunci acesta, dimpotrivă, va fi atras de magnet. Magnetul nu interacționează cu inelul tăiat, deoarece tăierea împiedică apariția curentului de inducție în inel. Bobina respinge sau atrage un magnet, depinde de direcția curentului de inducție în ea. Prin urmare, legea conservării energiei ne permite să formulăm o regulă care să determine direcția curentului de inducție.

Acum am ajuns la punctul principal: odată cu creșterea fluxului magnetic prin spirele bobinei, curentul de inducție are o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează împiedică creșterea fluxului magnetic prin spirele bobinei. La urma urmei, liniile de inducție ale acestui câmp sunt îndreptate împotriva liniilor de inducție ale câmpului, a căror modificare generează un curent electric. Dacă fluxul magnetic prin bobină slăbește, atunci inducția
curentul creează un câmp magnetic cu inducție, crescând fluxul magnetic prin spirele bobinei.

Aceasta este esența regula generala determinarea direcției curentului inductiv, care este aplicabilă în toate cazurile. Această regulă a fost stabilită de fizicianul rus E. X. Lenz.

După regula lui Lenz curentul inductiv apărut într-un circuit închis cu acesta camp magnetic contracarează modificarea fluxului magnetic prin care este cauzată. Mai pe scurt, această regulă poate fi formulată astfel: curentul inductiv este dirijat astfel încât să interfereze cu cauza care îl provoacă.

Aplicați regula Lenz pentru a găsi direcția curentului de inducție în circuit, după cum urmează:

1. Determinați direcția liniilor de inducție magnetică a câmpului magnetic extern.
2. Aflați dacă fluxul vectorului de inducție magnetică al acestui câmp prin suprafața delimitată de contur (Ф > 0) crește sau scade (Ф< 0).
3. Setați direcția liniilor de inducție magnetică a câmpului magnetic al curentului de inducție. Aceste linii, conform regulii Lenz, ar trebui să fie îndreptate opus liniilor de inducție magnetică la Ф > 0 și să aibă aceeași direcție cu ele la Ф< 0.
4. Cunoscând direcția liniilor de inducție magnetică, găsiți direcția curentului de inducție folosind regula brațelor.

Direcția curentului de inducție este determinată folosind legea conservării energiei. Curentul de inducție în toate cazurile este direcționat astfel încât câmpul său magnetic să prevină o modificare a fluxului magnetic care provoacă acest lucru. curent de inducție.