Ако има електростатско поле во просторот околу стационарни електрични полнежи, тогаш во просторот околу подвижните полнежи (како и околу временските променливи електрични полиња, како што првично претпоставуваше Максвел) постои. Ова е лесно да се набљудува експериментално.
Благодарение на магнетното поле, електричните струи комуницираат едни со други, како и постојаните магнети и струите со магнети. Во споредба со електричната интеракција, магнетната интеракција е многу посилна. Оваа интеракција некогаш ја проучувал Андре-Мари Ампер.
Во физиката, карактеристиката на магнетното поле е B, а колку е поголемо, толку е посилно магнетното поле. Магнетната индукција Б е векторска големина, нејзината насока се совпаѓа со насоката на силата што дејствува на северниот пол на конвенционалната магнетна игла поставена во одреден момент во магнетното поле - магнетното поле ќе ја ориентира магнетната игла во насока на векторот Б. , односно во насока на магнетното поле.
Векторот Б во секоја точка од линијата на магнетната индукција е насочен тангенцијално кон него. Односно, индукцијата Б го карактеризира ефектот на силата на магнетното поле врз струјата. Слична улога игра и интензитетот E за електричното поле, што го карактеризира ефектот на силата на електричното поле врз полнежот.
Наједноставниот експеримент со железни гребени овозможува јасно да се демонстрира феноменот на дејството на магнетното поле на магнетизиран објект, бидејќи во постојано магнетно поле мали парчиња феромагнет (таквите парчиња се железни трупови) се магнетизираат долж полето , магнетни игли, како мали игли за компас.
Ако земете вертикален бакарен проводник и го поминете низ дупка во хоризонтален лист хартија (или плексиглас или иверица), а потоа истурете метални филови на листот и малку протресете го, а потоа поминете директна струја низ проводник, лесно е да се види како струготини ќе се наредат во форма на вител во кругови околу проводникот, во рамнина нормална на струјата во него.
Овие кругови направени од струготини ќе бидат симболична слика на линиите на магнетна индукција Б на магнетното поле на проводник што носи струја. Центарот на круговите, во овој експеримент, ќе биде лоциран точно во центарот, долж оската на спроводникот со струја.
Насоката на векторите на магнетна индукција Б на проводникот што носи струја лесно се одредува или според правилото на десната завртка: кога оската на завртката се движи напред во насока на струјата во проводникот, насоката на ротација на завртката или рачката на гајтанот (ја навртуваме или ја вадиме завртката) ќе ја означи насоката на магнетното поле околу струјата.
Зошто важи правилото за гимлет? Бидејќи операцијата на роторот (означена во теоријата на поле со гниење), која се користи во двете равенки на Максвел, може формално да се запише како векторски производ (со операторот nabla), и што е најважно затоа што роторот на векторското поле може да се спореди (претставува аналогија) на аголната брзина на ротација на идеалната течност (како што си замислил самиот Максвел), чие поле за брзина на проток претставува дадено векторско поле, за роторот може да се користат истите формулации на правилото што се опишани за аголна брзина.
Така, ако ја извртувате гимлетот во насока на вителот на векторското поле, тој ќе се навртува во насока на векторот на роторот на ова поле.
Како што можете да видите, за разлика од линиите на електростатското поле, кои се отворени во вселената, линиите на магнетна индукција што ја опкружуваат електричната струја се затворени. Ако линиите со електричен интензитет Е започнуваат со позитивни полнежи и завршуваат на негативни, тогаш линиите на магнетна индукција Б се едноставно затворени околу струјата што ги генерира.
Сега да го комплицираме експериментот. Наместо правилен проводник со струја, земете го во предвид калем со струја. Да претпоставиме дека ни е погодно да поставиме таква контура нормално на рамнината на цртежот, при што струјата е насочена кон нас налево, а подалеку од нас надесно. Ако сега поставите компас со магнетна игла во внатрешноста на серпентина со струја, тогаш магнетната игла ќе ја означи насоката на линиите на магнетната индукција - тие ќе бидат насочени по оската на серпентина.
Зошто? Бидејќи спротивните страни од рамнината на серпентина ќе бидат слични на половите на магнетната игла. Од каде доаѓаат линиите Б е северниот магнетен пол, каде што влегуваат е јужниот пол. Ова е лесно да се разбере ако прво размислите за проводник со струја и неговото магнетно поле, а потоа едноставно превртете го проводникот во прстен.
За да ја одредат насоката на магнетната индукција на калем со струја, тие исто така го користат правилото за газење или правилото за десната завртка. Поставете го врвот на гајтанот во центарот на серпентина и почнете да го ротирате во насока на стрелките на часовникот. Напредното движење на гајтанот ќе се совпадне во насока со векторот на магнетна индукција B во центарот на серпентина.
Очигледно, насоката на магнетното поле на струјата е поврзана со насоката на струјата во проводникот, без разлика дали станува збор за прав проводник или калем.
Општо е прифатено дека страната на серпентина или кривина со струја од која излегуваат линиите на магнетната индукција Б (правецот на векторот Б е нанадвор) е северниот магнетен пол, а каде што линиите влегуваат (векторот Б е насочен навнатре ) е јужниот магнетен пол.
Ако многу свиоци со струја формираат долг калем - соленоид (должината на серпентина е многу пати поголема од нејзиниот дијаметар), тогаш магнетното поле во него е униформно, односно линиите на магнетната индукција Б се паралелни една со друга и имаат иста густина по целата должина на серпентина. Патем, магнетното поле на постојан магнет е слично однадвор на магнетното поле на калем со струја.
За калем со струја I, должина l, со број на вртења N, магнетната индукција во вакуум нумерички ќе биде еднаква на:
Значи, магнетното поле во серпентина со струја е униформно и е насочено од југ кон северниот пол (внатре во серпентина!). калем со струја.
Што мислиш со зборот „ролна“? Па... ова е веројатно некаква „смоква“ на која конци, риболов конец, јаже, што и да е! Индукторска калем е потполно исто, но наместо конец, риболов линија или што било друго, таму е намотана обична бакарна жица во изолацијата.
Изолацијата може да биде изработена од проѕирен лак, ПВЦ изолација, па дури и ткаенина. Трикот овде е што иако жиците во индукторот се многу блиску една до друга, тие сепак изолирани едни од други. Ако навивате индукторски калеми со свои раце, во никој случај не размислувајте да користите обична гола бакарна жица!
Индуктивност
Секој индуктор има индуктивност. Индуктивноста на серпентина се мери во Хенри(Gn), означено со буква Ли се мери со помош на LC метар.
Што е индуктивност? Ако електрична струја помине низ жица, таа ќе создаде магнетно поле околу себе:
Каде
Б – магнетно поле, Wb
јас -
Да ја земеме оваа жица и да ја навиваме во спирала и да примениме напон на нејзините краеви
И ја добиваме оваа слика со магнетни линии на сила:
Грубо кажано, колку повеќе линии на магнетното поле ја преминуваат областа на овој соленоид, во нашиот случај површината на цилиндерот, толку е поголем магнетниот флукс. (F). Бидејќи електрична струја тече низ серпентина, тоа значи дека низ неа поминува струја со тековен интензитет (јас),а коефициентот помеѓу магнетниот тек и јачината на струјата се нарекува индуктивност и се пресметува со формулата:
Од научна гледна точка, индуктивноста е способност да се извлече енергија од извор на електрична струја и да се складира во форма на магнетно поле. Ако струјата во серпентина се зголеми, магнетното поле околу серпентина се шири, а ако струјата се намали, магнетното поле се собира.
Самоиндукција
Индукторот има и многу интересна особина. Кога на серпентина се применува постојан напон, во серпентина се појавува спротивен напон за краток временски период.
Овој спротивен напон се нарекува Самоиндуцирана емф.Ова зависи од вредноста на индуктивноста на серпентина. Затоа, во моментот кога напонот се применува на серпентина, струјата постепено ја менува својата вредност од 0 до одредена вредност во дел од секундата, бидејќи напонот, во моментот на примена на електричната струја, ја менува и својата вредност од нула до стабилна вредност. Според законот на Ом:
Каде
Јас– јачина на струја во серпентина, А
У– напон во серпентина, V
Р– отпорност на серпентина, Ом
Како што можеме да видиме од формулата, напонот се менува од нула до напонот што се доставува до серпентина, затоа струјата исто така ќе се промени од нула до одредена вредност. Отпорот на серпентина за еднонасочна струја е исто така константен.
И вториот феномен во индукторот е дека ако го отвориме колото помеѓу индукторот и изворот на струја, тогаш нашиот самоиндукција емф ќе се додаде на напонот што веќе го применивме на серпентина.
Односно, штом ќе го прекинеме колото, напонот на серпентина во тој момент може да биде многу пати поголем отколку што беше пред да се прекине колото, а јачината на струјата во колото на серпентина тивко ќе падне, бидејќи самоиндукцијата emf ќе го одржува опаѓачкиот напон.
Дозволете ни да ги извлечеме првите заклучоци за работата на индукторот кога му се снабдува DC струја. Кога електричната струја се испорачува на серпентина, јачината на струјата постепено ќе се зголемува, а кога електричната струја ќе се отстрани од серпентина, јачината на струјата непречено ќе се намали на нула. Накратко, моменталната јачина во серпентина не може да се промени веднаш.
Видови на индуктори
Индукторите се поделени главно во две класи: со магнетно и немагнетно јадро. Подолу на фотографијата е калем со немагнетно јадро.
Но, каде е нејзиното јадро? Воздухот е немагнетно јадро :-). Таквите намотки може да се намотаат и на некоја цилиндрична хартиена цевка. Индуктивните калеми со немагнетно јадро се користат кога индуктивноста не надминува 5 милихенрии.
И еве ги индукторите со јадро:
Главно се користат јадра направени од феритни и железни плочи. Јадрата значително ја зголемуваат индуктивноста на намотките.Јадрата во форма на прстен (тороидална) ви овозможуваат да добиете поголема индуктивност од само јадрата на цилиндрите.
За калеми со средна индуктивност, се користат феритни јадра:
Калеми со висока индуктивност се направени како трансформатор со железно јадро, но со едно намотување, за разлика од трансформаторот.
Дави
Постои и посебен тип на индуктор. Тоа се т.н. Индуктор е индуктор чија задача е да создаде висок отпор на наизменична струја во колото со цел да ги потисне струите со висока фреквенција.
Директната струја поминува низ индукторот без проблеми. Можете да прочитате зошто тоа се случува во оваа статија. Вообичаено, пригушувачите се поврзани во колата за напојување на уредите за засилување. Пригушувачите се дизајнирани да ги заштитат напојувањата од високофреквентни сигнали (RF сигнали). При ниски фреквенции (LF) тие се користат во кола за напојување и обично имаат метални или феритни јадра. Подолу на фотографијата се пригушувачите за напојување:
Исто така, постои уште еден посебен вид на пригушници - ова. Се состои од два индуктори со контра-рана. Поради контра-намотување и меѓусебната индукција, тој е поефикасен. Двојните пригушници се широко користени како влезни филтри за напојување, како и во аудио технологијата.
Експерименти со калем
Од кои фактори зависи индуктивноста на серпентина? Ајде да направиме неколку експерименти. Намотав калем со немагнетно јадро. Неговата индуктивност е толку мала што LC-метарот ми покажува нула.
Има феритно јадро
Почнувам да ја вметнувам серпентина во јадрото до самиот раб
LC-метарот покажува 21 микрохенри.
Ја вметнувам серпентина во средината на феритот
35 микрохенри. Веќе подобро.
Продолжувам да ја вметнувам серпентина на десниот раб на феритот
20 микрохенри. Заклучуваме Најголемата индуктивност на цилиндричниот ферит се јавува во неговата средина.Затоа, ако навивате на цилиндар, обидете се да навивате во средината на феритот. Ова својство се користи за непречено менување на индуктивноста кај променливите индуктори:
Каде
1 - ова е рамката на серпентина
2 - ова се вртењата на серпентина
3 – јадро, кое има жлеб одозгора за мал шрафцигер. Со навртување или одвртување на јадрото, со тоа ја менуваме индуктивноста на серпентина.
Индуктивноста стана речиси 50 микрохенри!
Ајде да се обидеме да ги исправиме вртењата низ феритот
13 микрохенри. Заклучуваме: За максимална индуктивност, серпентина мора да се навива „сврти во вртење“.
Ајде да ги намалиме вртењата на серпентина за половина. Имаше 24 орбити, сега има 12.
Многу ниска индуктивност. Го намалив бројот на вртења за 2 пати, индуктивноста се намали за 10 пати. Заклучок: колку е помал бројот на вртења, толку е помала индуктивноста и обратно. Индуктивноста не се менува линеарно низ свиоците.
Ајде да експериментираме со феритен прстен.
Ние ја мериме индуктивноста
15 микрохенри
Ајде да ги преместиме серпентина се врти настрана едни од други
Ајде повторно да измериме
Хм, исто така 15 микрохенри. Заклучуваме: Растојанието од кривина до кривина не игра никаква улога во тороидалниот индуктор.
Ајде да направиме повеќе врти. Имаше 3 свиоци, сега има 9.
Мериме
Леле! Зголемен бројот на вртења за 3 пати, а индуктивноста се зголеми за 12 пати! Заклучок: Индуктивноста не се менува линеарно низ свиоците.
Ако верувате во формулите за пресметување на индуктивностите, индуктивноста зависи од „вртењата во квадрат“.Нема да ги објавувам овие формули овде, бидејќи не гледам потреба. Само ќе кажам дека индуктивноста зависи и од такви параметри како јадрото (од каков материјал е направено), површината на пресекот на јадрото и должината на серпентина.
Означување на дијаграми
Сериско и паралелно поврзување на калеми
На сериско поврзување на индуктори, нивната вкупна индуктивност ќе биде еднаква на збирот на индуктивностите.
И кога паралелна врскаго добиваме ова:
Кога поврзувате индуктивности, мора да се направи следново: Правилото е дека тие треба да бидат просторно распоредени на таблата.Тоа е затоа што ако се блиску еден до друг, нивните магнетни полиња ќе влијаат едно на друго и затоа отчитувањата на индуктивностите ќе бидат неточни. Не ставајте две или повеќе тороидални намотки на една железна оска. Ова може да резултира со неточни отчитувања на вкупната индуктивност.
Резиме
Индукторот игра многу важна улога во електрониката, особено во опремата за примопредаватели. Различни видови електронска радио опрема се изградени и на индукторски калеми, а во електротехниката се користи и како ограничувач на струјниот пренапон.
Момците од Рачка за лемење направија многу добро видео за индуктор. Дефинитивно препорачувам да гледате:
Проводник низ кој тече електрична струја создава магнетно поле кое се карактеризира со вектор на напон `Х(сл. 3). Јачината на магнетното поле го почитува принципот на суперпозиција
и, според законот Биот-Саварт-Лаплас,
Каде Јас– јачина на струјата во проводникот, – вектор со должина на елементарен сегмент од проводникот и насочен во насока на струјата, `r– вектор на радиус што го поврзува елементот со предметната точка П.
Една од најчестите конфигурации на проводници со струја е калем во форма на прстен со радиус R (слика 3, а). Магнетното поле на таква струја во рамнина што минува низ оската на симетрија има форма (види слика 3, б). Полето како целина мора да има ротациона симетрија во однос на оската z (слика 3, б), а самите линии на полето мора да бидат симетрични во однос на рамнината на јамката (рамнина xy). Полето во непосредна близина на проводникот ќе личи на полето во близина на долга права жица, бидејќи овде влијанието на оддалечените делови на јамката е релативно мало. На оската на кружната струја, полето е насочено долж оската З.
Да ја пресметаме јачината на магнетното поле на оската на прстенот во точка лоцирана на растојание z од рамнината на прстенот. Користејќи ја формулата (6), доволно е да се пресмета z-компонентата на векторот:
. (7)
Интегрирајќи го целиот прстен, добиваме òd л= 2 стр Р. Бидејќи, според Питагоровата теорема р 2 = Р 2 + z 2 , тогаш потребното поле во точка на оската е еднакво по големина
. (8)
Векторска насока `Хможе да се насочи според правилото за десната завртка.
Во центарот на прстенот z= 0 и формулата (8) го поедноставува:
Ние сме заинтересирани за краток ролна– цилиндрична жичана намотка која се состои од Нврти со ист радиус. Поради аксијална симетрија и во согласност со принципот на суперпозиција, магнетното поле на таквата намотка на оската H е алгебарскиот збир на полињата на поединечните свиоци Хјас: . Така, магнетното поле на краток серпентина содржи Н k врти, во произволна точка на оската се пресметува со помош на формулите
, 
, (10)
Каде Х- напнатост, Б– индукција на магнетно поле.
Магнетно поле на соленоид со струја
За да се пресмета индукцијата на магнетното поле во соленоидот, се користи теоремата за циркулација на векторот на магнетната индукција:
, (11)
каде е алгебарскиот збир на струите опфатени со колото Лслободна форма, n– бројот на проводници со струи покриени од колото. Во овој случај, секоја струја се зема предвид онолку пати колку пати е покриена со колото, а струјата се смета за позитивна, чија насока формира десен систем со насока на премин по колото. - елемент на колото Л.
Да ја примениме теоремата за циркулацијата на векторот на магнетната индукција на соленоид со должина лимајќи Нсо свиоци со моментална јачина Јас(сл. 4). При пресметката земаме предвид дека речиси целото поле е концентрирано во соленоидот (ги занемаруваме ефектите на рабовите) и е униформно. Тогаш формулата 11 ќе ја има формата:
,
од каде ја наоѓаме индукцијата на магнетното поле создадена од струјата во соленоидот:
 |
Ориз. 4. Соленоид со струја и неговото магнетно поле
Дијаграм за инсталација
Ориз. 5 Шематски електричен дијаграм на инсталацијата
1 – мерач за индукција на магнетно поле (тесламетар), A – амперметар, 2 – жица за поврзување, 3 – мерна сонда, 4 – Хол сензор*, 5 – предмет на испитување (краток калем, правилен проводник, електромагнет), 6 – извор на струја, 7 – линијар за фиксирање на положбата на сензорот, 8 – држач за сонда.
* – принципот на работа на сензорот се заснова на феноменот на ефектот Хол (види лабораториска работа бр. 15 Проучување на ефектот Хол)
Работниот ред
1. Проучување на магнетното поле на краток калем
1.1. Вклучете ги уредите. Прекинувачите за напојување и тесламетарот се наоѓаат на задните панели.
1.2. Како предмет под студија 5 (види слика 5), инсталирајте краток калем во држачот и поврзете го со тековниот извор 6.
1.3. Поставете го регулаторот на напон на изворот 6 во средната положба. Поставете ја јачината на струјата на нула со прилагодување на тековниот излез на изворот 6 и мониторот со амперметар (вредноста треба да биде нула).
1.4. Користете ги грубите 1 и регулаторите за фино подесување 2 (сл. 6) за да постигнете нула отчитувања на Тесламетарот.
1.5. Ставете го држачот со мерната сонда на линијарот во положба погодна за читање - на пример, на координатата 300 mm. Во иднина, земете ја оваа позиција како нула. За време на инсталацијата и за време на мерењата, обезбедете паралелност помеѓу сондата и линијарот.
1.6. Поставете го држачот со краток калем така што сензорот Хол 4 да биде во центарот на вртењата на серпентина (слика 7). За да го направите ова, користете ја завртката за стегање за прилагодување на висината на држачот на мерната сонда. Рамнината на серпентина мора да биде нормална на сондата. Во процесот на подготовка на мерењата, поместете го држачот со примерокот за тестирање, оставајќи ја мерната сонда неподвижна.
1.7. Уверете се дека додека Тесламетарот се загрева, неговите отчитувања остануваат нула. Ако ова не е направено, поставете го Teslameter на нула отчитувања при нула струја во примерокот.
1.8. Поставете ја струјата во кратката намотка на 5 А (со прилагодување на излезот на напојувањето 6, Constanter/Netzgerät Universal).
1.9. Измерете ја магнетната индукција Бекстензија на оската на серпентина во зависност од растојанието до центарот на серпентина. За да го направите ова, поместете го држачот на мерната сонда долж линијарот, одржувајќи го паралелизмот на неговата првобитна положба. Негативните z вредности одговараат на поместување на сондата во област со помали координати од почетната, и обратно - позитивни z вредности - во област со големи координати. Внесете ги податоците во табелата 1.
Табела 1 Зависност на магнетната индукција од оската на краток калем на растојанието до центарот на серпентина
1.10. Повторете ги точките 1.2 – 1.7.
1.11. Измерете ја зависноста на индукцијата во центарот на кривината од струјата што минува низ серпентина. Внесете ги податоците во табелата 2.
Табела 2 Зависност на магнетната индукција во центарот на краток калем од јачината на струјата во неа
2. Проучување на магнетното поле на соленоидот
2.1. Како предмет за тестирање 5, инсталирајте го соленоидот на метална клупа што може да се прилагоди во висина, направена од немагнетен материјал (сл. 8).
2.2. Повторете 1,3 – 1,5.
2.3. Прилагодете ја висината на клупата така што мерната сонда поминува по оската на симетрија на електромагнетниот систем, а сензорот Хол е во средината на вртењата на соленоидот.
2.4. Повторете ги чекорите 1.7 – 1.11 (тука се користи електромагнет наместо краток калем). Внесете ги податоците во табелите 3 и 4, соодветно.. Во овој случај, определете ја координатата на центарот на електромагнетниот систем на следниов начин: инсталирајте го сензорот Hall на почетокот на електромагнетот и поправете ја координатата на држачот. Потоа поместете го држачот долж линијарот долж оската на електромагнетот додека крајот на сензорот не биде од другата страна на електромагнетниот систем. Поправете ја координатата на држачот во оваа позиција. Координатата на соленоидниот центар ќе биде еднаква на аритметичката средина на двете измерени координати.
Табела 3 Зависност на магнетната индукција од оската на соленоидот од растојанието до неговиот центар.
2.5. Повторете ги точките 1.3 – 1.7.
2.6. Измерете ја зависноста на индукцијата во центарот на соленоидот од струјата што минува низ серпентина. Внесете ги податоците во табелата 4.
Табела 4 Зависност на магнетната индукција во центарот на соленоидот од јачината на струјата во него
3. Проучување на магнетното поле на прав спроводник со струја
3.1. Како предмет под студија 5, инсталирајте прав проводник со струја (слика 9, а). За да го направите ова, поврзете ги жиците што доаѓаат од амперметарот и изворот на енергија едни со други (кратко спој го надворешното коло) и поставете го проводникот директно на работ на сондата 3 кај сензорот 4, нормално на сондата (сл. 9, б). За да го поддржите проводникот, употребете метална клупа која може да се прилагоди на висина, изработена од немагнетен материјал на едната страна од сондата и држач за примероците за тестирање од другата страна (приклучок за проводник може да се вметне во еден од приклучоците на држачот за повеќе сигурна фиксација на овој проводник). Дајте му на проводникот права форма.
3.2. Повторете ги точките 1.3 – 1.5.
3.3. Одреди ја зависноста на магнетната индукција од јачината на струјата во проводникот. Внесете ги измерените податоци во табелата 5.
Табела 5 Зависност на магнетната индукција создадена од правилен проводник од јачината на струјата во него
4. Одредување на параметри на проучуваните објекти
4.1. Одредете (измерете, доколку е потребно) и запишете ги во Табела 6 податоците потребни за пресметките: Н до- број на вртења на краток калем, Р– неговиот радиус; Н с– број на вртења на соленоид, л- нејзината должина, Л– неговата индуктивност (означена на соленоидот), г- неговиот дијаметар.
Табела 6 Параметри на проучуваните примероци
| НДо | Р | НСо | г | л | Л |
Обработка на резултатите
1. Користејќи ја формулата (10), пресметајте ја магнетната индукција создадена од краток калем со струја. Внесете ги податоците во табелите 1 и 2. Врз основа на податоците од табелата 1, конструирајте теоретска и експериментална зависност на магнетната индукција од оската на краток калем на растојанието z до центарот на серпентина. Конструирај теоретски и експериментални зависности во исти координатни оски.
2. Врз основа на податоците од Табела 2, конструирај теоретска и експериментална зависност на магнетната индукција во центарот на кус калем од јачината на струјата во неа. Конструирај теоретски и експериментални зависности во исти координатни оски. Пресметајте ја јачината на магнетното поле во центарот на серпентина кога струјата во него е 5 А со помош на формулата (10).
3. Користејќи ја формулата (12), пресметајте ја магнетната индукција создадена од соленоидот. Внесете ги податоците во табелите 3 и 4. Врз основа на податоците во табелата 3, конструирајте теоретска и експериментална зависност на магнетната индукција на оската на соленоидот на растојанието z до неговиот центар. Конструирај теоретски и експериментални зависности во исти координатни оски.
4. Врз основа на податоците од Табела 4, конструирај теоретска и експериментална зависност на магнетната индукција во центарот на соленоидот од јачината на струјата во него. Конструирај теоретски и експериментални зависности во исти координатни оски. Пресметајте ја јачината на магнетното поле во центарот на соленоидот кога струјата во него е 5 А.
5. Врз основа на податоците од Табела 5, конструирај експериментална зависност на магнетната индукција создадена од проводникот од јачината на струјата во него.
6. Врз основа на формулата (5), определи го најкраткото растојание р o од сензорот до проводникот што носи струја (ова растојание се одредува според дебелината на изолацијата на проводникот и дебелината на изолацијата на сензорот во сондата). Внесете ги резултатите од пресметката во табелата 5. Пресметајте ја аритметичката средна вредност р o, споредете со визуелно набљудувана вредност.
7. Пресметај ја индуктивноста на соленоидот Л.Внесете ги резултатите од пресметката во табелата 4. Споредете ја добиената просечна вредност Лсо фиксна вредност на индуктивноста во Табела 6. За да се пресмета, користете ја формулата, каде Y- флуксна врска, Y = N со БС,Каде ВО– магнетна индукција во соленоидот (според Табела 4), С= стр г 2/4 - површина на пресек на соленоидот.
Контролни прашања
1. Што е законот Биот-Саварт-Лаплас и како да се примени при пресметување на магнетните полиња на спроводниците што носат струја?
2. Како се одредува правецот на векторот Хво законот Биот-Саварт-Лаплас?
3. Како се меѓусебно поврзани векторите на магнетна индукција? Би напнатост Хмеѓу себе? Кои се нивните мерни единици?
4. Како се користи законот Биот-Саварт-Лаплас при пресметувањето на магнетните полиња?
5. Како се мери магнетното поле во оваа работа? На кој физички феномен се заснова принципот на мерење на магнетното поле?
6. Дефинирајте ја индуктивноста, магнетниот тек, флуксното поврзување. Наведете ги мерните единици за овие големини.
библиографија
едукативна литература
1. Калашников Н.П.Основи на физиката. М.: Бустард, 2004. Т. 1
2. Савељев И.В.. Курс по физика. М.: Наука, 1998. Т. 2.
3. Детлаф А.А.,Јаворски Б.М.Курс по физика. М.: Виша школа, 2000 година.
4. Иродов И.Е.Електромагнетизам. М.: Бином, 2006 година.
5. Јаворски Б.М.,Детлаф А.А.Прирачник за физика. М.: Наука, 1998 година.
Добредојдовте на сите на нашата веб-страница!
Продолжуваме да учиме електроникаод самиот почеток, односно од самите основи, а темата на денешната статија ќе биде принцип на работа и главни карактеристики на индукторите. Гледајќи напред, ќе кажам дека прво ќе разговараме за теоретските аспекти, а неколку идни написи ќе бидат целосно посветени на разгледување на различни електрични кола кои користат индуктори, како и елементи што ги проучувавме порано во нашиот курс - и.
Дизајнот и принципот на работа на индуктор.
Како што е веќе јасно од името на елементот, индукторот, пред сè, е само калем :), односно голем број вртења на изолиран проводник. Покрај тоа, присуството на изолација е најважниот услов - вртењата на серпентина не треба да се краток спој едни со други. Најчесто, свиоците се намотани на цилиндрична или тороидална рамка:
Најважната карактеристика индукторие, природно, индуктивност, инаку зошто би добила такво име :) Индуктивноста е способност да се претвори енергијата на електричното поле во енергија на магнетно поле. Ова својство на серпентина се должи на фактот дека кога струјата тече низ проводникот, околу него се појавува магнетно поле:
И еве како изгледа магнетното поле што се појавува кога струјата минува низ серпентина:
Во принцип, строго кажано, секој елемент во електричното коло има индуктивност, дури и обично парче жица. Но, факт е дека големината на таквата индуктивност е многу незначителна, за разлика од индуктивноста на намотките. Всушност, за да се карактеризира оваа вредност, се користи мерната единица Хенри (H). 1 Хенри всушност е многу голема вредност, па најчесто се користат µH (микроенри) и mH (милихенри). Големина индуктивносткалемите може да се пресметаат со следнава формула:
Ајде да откриеме каква вредност е вклучена во овој израз:
Од формулата произлегува дека како што се зголемува бројот на вртења или, на пример, дијаметарот (и, соодветно, површината на пресекот) на серпентина, индуктивноста ќе се зголеми. И како што се зголемува должината, се намалува. Така, вртењата на серпентина треба да бидат поставени што е можно поблиску еден до друг, бидејќи тоа ќе доведе до намалување на должината на серпентина.
СО индуктор уредСфативме, време е да ги разгледаме физичките процеси што се случуваат во овој елемент кога ќе помине електрична струја. За да го направите ова, ќе разгледаме две кола - во едната ќе поминеме директна струја низ серпентина, а во другата - наизменична струја :)
Значи, пред сè, да откриеме што се случува во самата серпентина кога тече струја. Ако струјата не ја промени својата вредност, тогаш серпентина нема ефект врз неа. Дали ова значи дека во случај на еднонасочна струја не треба да се размислува за употреба на индуктори? Но, не :) На крајот на краиштата, директната струја може да се вклучи/исклучи, а во моментите на префрлување се случуваат сите најинтересни работи. Да го погледнеме колото:
Во овој случај, отпорот делува како оптоварување; на негово место може да има, на пример, светилка. Покрај отпорникот и индуктивноста, колото вклучува извор на еднонасочна струја и прекинувач со кој ќе го затвориме и отвораме колото.
Што се случува во моментот кога ќе го затвориме прекинувачот?
Струја на серпентинаќе почне да се менува, бидејќи во претходниот момент беше еднаква на 0. Промената на струјата ќе доведе до промена на магнетниот флукс во внатрешноста на серпентина, што, пак, ќе предизвика појава на EMF (електромоторна сила) на самоиндукција, што може да се изрази на следниов начин:
Појавата на EMF ќе доведе до појава на индуцирана струја во серпентина, која ќе тече во насока спротивна на насоката на струјата на изворот на енергија. Така, самоиндуцираниот emf ќе спречи струја да тече низ серпентина (индуцираната струја ќе ја откаже струјата на колото поради фактот што нивните насоки се спротивни). Тоа значи дека во почетниот момент (веднаш по затворањето на прекинувачот) струјата низ серпентина ќе биде еднаква на 0. Во овој момент, ЕМП на самоиндукција е максимална. Што ќе се случи следно? Бидејќи големината на ЕМП е директно пропорционална со стапката на промена на струјата, таа постепено ќе ослабне, а струјата, соодветно, напротив, ќе се зголеми. Ајде да ги погледнеме графиконите што го илустрираат она што го дискутиравме:
Во првиот графикон гледаме влезен напон на колото– колото првично е отворено, но кога прекинувачот е затворен, се појавува константна вредност. Во вториот графикон гледаме промена на струјата низ серпентинаиндуктивност. Веднаш по затворањето на прекинувачот, струјата е отсутна поради појавата на самоиндукција ЕМП, а потоа почнува постепено да се зголемува. Напонот на серпентина, напротив, е максимум во почетниот момент на времето, а потоа се намалува. Графикот на напонот преку оптоварувањето ќе се совпадне во форма (но не и во големина) со тековниот графикон низ серпентина (бидејќи во сериско поврзување струјата што тече низ различни елементи на колото е иста). Така, ако користиме светилка како товар, тие нема да светнат веднаш по затворањето на прекинувачот, туку со мало задоцнување (во согласност со тековниот график).
Сличен преоден процес во колото ќе се забележи кога ќе се отвори клучот. Во индукторот ќе се појави самоиндуктивен електричен погон, но индуцираната струја во случај на отворено коло ќе биде насочена во иста насока како струјата во колото, а не во спротивна насока, па затоа складираната енергија на индукторот ќе се користи за одржување на струјата во колото:
Откако ќе се отвори прекинувачот, се јавува самоиндукција емф, што спречува струјата низ серпентина да се намали, па струјата не достигнува нула веднаш, туку по одредено време. Напонот во серпентина е идентичен во форма со случајот на затворање на прекинувачот, но спротивен по знак. Ова се должи на фактот дека промената на струјата, а со тоа и самоиндуктивниот емф во првиот и вториот случај, е спротивен по знак (во првиот случај струјата се зголемува, а во вториот се намалува).
Патем, спомнав дека големината на самоиндукцијата ЕМП е директно пропорционална со стапката на промена на струјата, така што коефициентот на пропорционалност не е ништо повеќе од индуктивноста на серпентина:
Ова завршува со индукторите во еднонасочните кола и продолжува кон AC кола.
Размислете за коло во кое наизменична струја се снабдува на индукторот:
Ајде да ја погледнеме зависноста на струјата и самоиндукцијата ЕМП на време, а потоа ќе откриеме зошто изгледаат вака:
Како што веќе дознавме Самоиндуцирана емфимаме директно пропорционален и спротивен знак на брзината на промена на струјата:
Всушност, графикот ни ја покажува оваа зависност :) Уверете се сами - помеѓу точките 1 и 2 струјата се менува, и колку е поблиску до точката 2, толку се помали промените, а во точката 2 за краток временски период струјата не се менува со сето свое значење. Според тоа, брзината на промена на струјата е максимална во точката 1 и непречено се намалува како што се приближува до точката 2, а во точката 2 е еднаква на 0, што е она што го гледаме во самоиндуциран емф график. Покрај тоа, во текот на целиот интервал 1-2, струјата се зголемува, што значи дека стапката на нејзината промена е позитивна, и затоа ЕМП низ целиот овој интервал, напротив, зема негативни вредности.
Слично на тоа, помеѓу точките 2 и 3 - струјата се намалува - стапката на промена на струјата е негативна и се зголемува - самоиндукцијата emf се зголемува и е позитивна. Нема да ги опишам преостанатите делови од графиконот - сите процеси таму се одвиваат според истиот принцип :)
Покрај тоа, на графиконот можете да забележите многу важна точка - со зголемување на струјата (делови 1-2 и 3-4), ЕМП и струјата за самоиндукција имаат различни знаци (дел 1-2: , title="(! ЛАНГ: Изведено од QuickLaTeX.com" height="12" width="39" style="vertical-align: 0px;">, участок 3-4: title="Изведено од QuickLaTeX.com" height="12" width="41" style="vertical-align: 0px;">, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:!}
Каде е кружната фреквенција: . - Ова.
Така, колку е поголема фреквенцијата на струјата, толку е поголем отпорот што ќе му го обезбеди индукторот. И ако струјата е константна (= 0), тогаш реактансата на серпентина е 0, соодветно, таа нема ефект врз струјата што тече.
Ајде да се вратиме на нашите графикони што ги направивме за случајот на користење на индуктор во AC коло. Го одредивме самоиндукцијата емф на серпентина, но каков ќе биде напонот? Сè овде е всушност едноставно :) Според вториот закон на Кирхоф:
И следствено:
Ајде да ја нацртаме зависноста на струјата и напонот во колото навреме на еден график:
Како што можете да видите, струјата и напонот се поместуваат во фаза () релативно едни на други, и ова е една од најважните својства на кола на наизменична струја во која се користи индуктор:
Кога индуктор е поврзан со коло на наизменична струја, се појавува фазно поместување во колото помеѓу напонот и струјата, при што струјата е надвор од фаза со напонот за четвртина период.
Така, сфативме како да го поврземе серпентина со AC коло :)
Овде веројатно ќе ја завршиме денешната статија; таа веќе се покажа доста долга, па следниот пат ќе го продолжиме разговорот за индукторите. Така да се видиме наскоро, ќе ни биде мило да те видиме на нашата веб-страница!
Ако правилен проводник се тркала во круг, тогаш може да се проучува магнетното поле на кружна струја.
Ајде да извршиме експеримент (1). Низ картонот ќе ја поминеме жицата во форма на круг. Ајде да поставиме неколку слободни магнетни стрелки на површината на картонот во различни точки. Ајде да ја вклучиме струјата и да видиме дека магнетните стрелки во центарот на серпентина ја покажуваат истата насока, а надвор од серпентина од двете страни во спротивна насока.
Сега да го повториме експериментот (2), менувајќи ги половите, а со тоа и насоката на струјата. Гледаме дека магнетните стрелки го промениле правецот на целата површина на картонот за 180 степени.
Да заклучиме: магнетните линии на кружна струја зависат и од насоката на струјата во проводникот.
Да го спроведеме експериментот 3. Отстранете ги магнетните стрелки, вклучете ја електричната струја и внимателно истурете мали железни филови по целата површина на картонот. на кружна струја“. Како, во овој случај, можеме да ја одредиме насоката на линиите на магнетното поле? Повторно го применуваме правилото за гимлет, но се применува на кружна струја. Ако насоката на вртење на рачката на гајтанот се комбинира со насоката на струјата во кружниот спроводник, тогаш насоката на преводното движење на жицата ќе се совпадне со насоката на магнетните линии на силата.
Да разгледаме неколку случаи.
1. Рамнината на серпентина лежи во рамнината на листот, струјата долж серпентина тече во насока на стрелките на часовникот. Со ротирање на серпентина во насока на стрелките на часовникот, утврдуваме дека магнетните линии на сила во центарот на серпентина се насочени внатре во серпентина „далеку од нас“. Ова е конвенционално означено со знакот „+“ (плус). Оние. во центарот на серпентина ставаме „+“
2. Рамнината на серпентина лежи во рамнината на листот, струјата долж серпентина тече спротивно од стрелките на часовникот. Со ротирање на серпентина спротивно од стрелките на часовникот, утврдуваме дека магнетните линии на сила излегуваат од центарот на серпентина „кон нас“. Ова е конвенционално означено со „∙“ (точка). Оние. во центарот на кривината мора да ставиме точка („∙“).
Ако прав проводник е намотан околу цилиндарот, добивате калем со струја или соленоид.
Ајде да го извршиме експериментот (4.) Ние го користиме истото коло за експериментот, само жицата сега се пренесува низ картонот во форма на калем. Ајде да поставиме неколку слободни магнетни игли на рамнината на картон на различни точки: на двата краја на серпентина, внатре во серпентина и на двете страни надвор. Нека серпентина е поставена хоризонтално (во правец од лево кон десно). Ајде да го вклучиме колото и да откриеме дека магнетните стрелки лоцирани долж оската на серпентина покажуваат една насока. Забележуваме дека на десниот крај на серпентина стрелката покажува дека линиите на сила влегуваат во серпентина, што значи дека ова е „јужниот пол“ (S), а лево магнетната стрелка покажува дека тие излегуваат, ова е „северниот пол“ (N). На надворешната страна на серпентина, магнетните игли имаат спротивна насока во споредба со насоката внатре во серпентина.
Ајде да извршиме експеримент (5). Во истото коло, да ја смениме насоката на струјата. Ќе откриеме дека насоката на сите магнетни игли е променета, тие се свртеле за 180 степени. Заклучуваме: насоката на линиите на магнетното поле зависи од насоката на струјата долж свиоците на серпентина.
Ајде да извршиме експеримент (6). Ајде да ги отстраниме магнетните стрелки и да го вклучиме колото. Внимателно посолете го картонот со железни фолии внатре и надвор од макарата. Добиваме слика на линии на магнетно поле, што се нарекува „спектар на магнетното поле на калем со струја“
Како можеме да ја одредиме насоката на линиите на магнетното поле? Насоката на линиите на магнетното поле се определува со правилото на гимлетот на ист начин како и за калем со струја: Ако насоката на вртење на рачката на гимлетот се комбинира со насоката на струјата во намотките, тогаш насоката на транслациона движењето ќе се совпадне со насоката на линиите на магнетното поле во соленоидот. Магнетното поле на соленоид е слично на магнетното поле на постојан магнет со прачка. Крајот на калем од кој излегуваат линиите на полето ќе биде „северниот пол“ (N), а крајот во кој влегуваат линиите на полето ќе биде „јужниот пол“ (S).
По откривањето на Ханс Оерстед, многу научници почнаа да ги повторуваат неговите експерименти, измислувајќи нови со цел да откријат докази за поврзаноста помеѓу електричната енергија и магнетизмот. Францускиот научник Доминик Араго ставил железна прачка во стаклена цевка, а врз неа намотал бакарна жица низ која поминувала електрична струја. Штом Араго го затвори електричното коло, железната прачка стана толку силно магнетизирана што ги привлече железните клучеви кон себе. Беше потребно многу напор за да се извадат клучевите. Кога Араго го исклучил изворот на струја, клучевите сами паднале! Така, Араго го измислил првиот електромагнет. Современите електромагнети се состојат од три дела: намотување, јадро и арматура. Жиците се ставаат во посебна обвивка, која делува како изолатор. Повеќеслојна калем е намотана со жица - намотување на електромагнет. Како јадро се користи челична прачка. Плочата што се привлекува кон јадрото се нарекува арматура. Електромагнетите се широко користени во индустријата поради нивните својства: тие брзо се демагнетизираат кога струјата е исклучена; тие можат да се направат во различни големини во зависност од намената; Со менување на јачината на струјата, можете да го регулирате магнетното дејство на електромагнетот. Електромагнетите се користат во фабриките за носење производи од челик и леано железо. Овие магнети имаат голема сила на кревање. Електромагнетите се користат и во електрични ѕвона, електромагнетни сепаратори, микрофони и телефони. Денес го разгледавме магнетното поле на кружна струја, намотки со струја. Се запознавме со електромагнетите, нивната употреба во индустријата и националната економија.
Се вчитува...
