Elektromagnetische inductie. Praktische toepassing van het fenomeen elektromagnetische inductie
De wet van elektromagnetische inductie ligt ten grondslag aan moderne elektrotechniek, evenals aan radiotechniek, die op zijn beurt de kern vormt van de moderne industrie, die onze hele beschaving volledig heeft veranderd. Praktisch gebruik elektromagnetische inductie begon pas een halve eeuw na zijn ontdekking. De technologische vooruitgang verliep toen nog relatief traag. De reden waarom elektrotechniek zo'n belangrijke rol speelt in al onze modern leven, is dat elektriciteit de meest geschikte vorm van energie is en juist vanwege de wet van elektromagnetische inductie. Dit laatste maakt het eenvoudig om elektriciteit uit mechanische (generatoren) te halen, energie flexibel te verdelen en te transporteren (transformatoren) en terug om te zetten in mechanische (elektromotor) en andere vormen van energie, en dit alles gebeurt met zeer hoge efficiëntie. Zo'n 50 jaar geleden vond de distributie van energie tussen werktuigmachines in fabrieken plaats via een complex systeem van assen en riemaandrijvingen - het woud van transmissies was een karakteristiek detail van het industriële "interieur" van die tijd. Moderne werktuigmachines zijn uitgerust met compacte elektromotoren die worden gevoed via een verborgen elektrisch bedradingssysteem.
De moderne industrie gebruikt één enkel stroomvoorzieningssysteem dat het hele land bestrijkt, en soms meerdere buurlanden.
Het stroomvoorzieningssysteem begint met een stroomgenerator. De werking van de generator is gebaseerd op het directe gebruik van de wet van elektromagnetische inductie. schematisch de eenvoudigste generator Het is een stationaire elektromagneet (stator), in het veld waarvan een spoel (rotor) draait. De in de rotorwikkeling opgewekte wisselstroom wordt verwijderd met behulp van speciale beweegbare contacten - borstels. Omdat het moeilijk is om groot vermogen door bewegende contacten te laten gaan, wordt vaak een omgekeerd generatorcircuit gebruikt: een roterende elektromagneet wekt stroom op in de stationaire statorwikkelingen. Zo zet de generator de mechanische energie van de rotatie van de rotor om in elektriciteit. Deze laatste wordt aangedreven door thermische energie (stoom of gasturbine), of mechanisch (hydroturbine).
Aan het andere uiteinde van het voedingssysteem bevinden zich verschillende actuatoren die elektriciteit gebruiken, waarvan de belangrijkste de elektromotor (elektromotor) is. De meest voorkomende, vanwege zijn eenvoud, is de zogenaamde asynchrone motor, onafhankelijk uitgevonden in 1885-1887. Httalian natuurkundige Ferraris en de beroemde Kroatische ingenieur Tesla (VS). De stator van zo'n motor is een complexe elektromagneet die een draaiveld creëert. De rotatie van het veld wordt bereikt met behulp van een systeem van wikkelingen waarin de stromen in fase verschoven zijn. In het eenvoudigste geval is het voldoende om een superpositie te nemen van twee velden in loodrechte richtingen, 90° in fase verschoven (Fig. VI.10).
Zo'n veld kan worden geschreven als een complexe uitdrukking:
die een tweedimensionale vector van constante lengte voorstelt, tegen de klok in roterend met een frequentie o. Hoewel formule (53.1) vergelijkbaar is met de complexe weergave van wisselstroom in § 52, is de fysieke betekenis ervan anders. In het geval van wisselstroom had alleen het reële deel van de complexe uitdrukking echte waarde, maar hier vertegenwoordigt de complexe waarde een tweedimensionale vector, en de fase ervan is niet alleen de fase van oscillaties van de componenten van het wisselveld, maar karakteriseert ook de richting van de veldvector (zie Fig. VI.10).
In de techniek is het gebruikelijk om iets meer te gebruiken complex schema rotatie van het veld met behulp van de zogenaamde driefasenstroom, d.w.z. drie stromen waarvan de fasen 120 ° ten opzichte van elkaar zijn verschoven. Deze stromen creëren een magnetisch veld in drie richtingen, de ene ten opzichte van de andere geroteerd met een hoek van 120 ° (Fig. VI.11). Merk op dat een dergelijke driefasenstroom automatisch wordt verkregen in generatoren met een vergelijkbare opstelling van wikkelingen. De driefasige stroom, die veel werd gebruikt in de technologie, werd uitgevonden
Rijst. VI.10. Schema voor het verkrijgen van een roterend magnetisch veld.
Rijst. VI.11. Schema van een asynchrone motor. Voor de eenvoud wordt de rotor weergegeven als een enkele omwenteling.
in 1888 door de uitstekende Russische elektrotechnisch ingenieur Dolivo-Dobrovolsky, die op deze basis in Duitsland 's werelds eerste technische hoogspanningslijn bouwde.
De rotorwikkeling van een inductiemotor bestaat in het eenvoudigste geval uit kortgesloten windingen. Een wisselend magnetisch veld wekt een stroom op in de spoelen, wat leidt tot de rotatie van de rotor in dezelfde richting als het magnetische veld. In overeenstemming met de regel van Lenz heeft de rotor de neiging om het roterende magnetische veld "in te halen". Voor een geladen motor is de rotorsnelheid altijd lager dan de velden, omdat anders: EMF-inductie en de stroom in de rotor zou naar nul gaan. Vandaar de naam - asynchrone motor.
Taak 1. Bepaal de rotatiesnelheid van de rotor van een inductiemotor, afhankelijk van de belasting.
De vergelijking voor de stroom in één omwenteling van de rotor heeft de vorm
waarbij - de hoeksnelheid van het veld dat schuift ten opzichte van de rotor, de oriëntatie van de spoel ten opzichte van het veld kenmerkt, de locatie van de spoel in de rotor (Fig. VI.12, a). Als we overgaan op complexe grootheden (zie § 52), krijgen we de oplossing (53.2)
Het koppel dat op een spoel in hetzelfde magnetische veld werkt, is
Rijst. VI.12. Over het probleem van een asynchrone motor. a - een draai van de rotorwikkeling in een "glijdend" veld; b - belastingskarakteristiek van de motor.
Meestal bevat de rotorwikkeling een groot aantal gelijkmatig verdeelde windingen, zodat sommatie van meer dan 9 kan worden vervangen door integratie, als resultaat krijgen we voor het totale koppel op de motoras
waar is het aantal omwentelingen van de rotor. De afhankelijkheidsgrafiek wordt getoond in Fig. VI.12, geb. Het maximale koppel komt overeen met de slipfrequentie. Merk op dat de ohmse weerstand van de rotor alleen de slipfrequentie beïnvloedt, maar niet het maximale koppel van de motor. De negatieve slipfrequentie (de rotor "haalt" het veld in) komt overeen met de generatormodus. Om deze modus te behouden, is het noodzakelijk om externe energie te verbruiken, die wordt omgezet in elektrische energie in de statorwikkelingen.
Voor een bepaald koppel is de slipfrequentie dubbelzinnig, maar alleen de modus is stabiel
Het belangrijkste element van de systemen voor het omzetten en transporteren van elektriciteit is een transformator die de wisselspanning verandert. Voor transmissie van elektriciteit over lange afstand is het voordelig om de maximaal mogelijke spanning te gebruiken, alleen beperkt door isolatiedoorslag. Op dit moment werken transmissielijnen met een spanning van ongeveer. Voor een bepaald uitgezonden vermogen is de stroom in de lijn omgekeerd evenredig met de spanning en vallen de verliezen in de lijn als het kwadraat van de spanning. Aan de andere kant zijn veel lagere spanningen nodig om elektriciteitsverbruikers van stroom te voorzien, voornamelijk om redenen van eenvoud van ontwerp (isolatie) en veiligheid. Vandaar de noodzaak voor spanningstransformatie.
Gewoonlijk bestaat een transformator uit twee wikkelingen op een gemeenschappelijke ijzeren kern (Fig. VI. 13). Een ijzeren kern is nodig in een transformator om verdwaalde flux te verminderen en dus een betere fluxkoppeling tussen de wikkelingen. Omdat ijzer ook een geleider is, passeert het een variabele
Rijst. V1.13. Schema van een AC-transformator.
Rijst. VI.14. Schema van de Rogowski-gordel. De stippellijn geeft voorwaardelijk het integratiepad weer.
magnetisch veld slechts tot een geringe diepte (zie § 87). Daarom moeten de kernen van transformatoren gelamineerd zijn, dat wil zeggen in de vorm van een set dunne platen die elektrisch van elkaar geïsoleerd zijn. Voor een netfrequentie van 50 Hz is de gebruikelijke plaatdikte 0,5 mm. Voor transformatoren op hoge frequenties (in de radiotechniek) moet je zeer dunne platen (mm) of ferrietkernen gebruiken.
Taak 2. Tot welke spanning moeten de kernplaten van de transformator worden geïsoleerd?
Als het aantal platen in de kern en de spanning per winding van de transformatorwikkeling, dan is de spanning tussen aangrenzende platen
In het eenvoudigste geval van de afwezigheid van een verstrooide stroom, is de EMF-verhouding in beide wikkelingen evenredig met het aantal van hun windingen, aangezien de inductie-EMF per winding wordt bepaald door dezelfde flux in de kern. Als bovendien de verliezen in de transformator klein zijn en de belastingsweerstand groot is, dan is het duidelijk dat de verhouding van de spanningen op de primaire en secundaire wikkelingen ook proportioneel is. Dit is het principe van de werking van de transformator, waardoor het gemakkelijk is om de spanning vele malen te wijzigen.
Taak 3. Zoek de voor een willekeurige belasting.
Als we verliezen in de transformator en lekkage verwaarlozen (ideale transformator), schrijven we de vergelijking voor stromen in de wikkelingen in de vorm (in SI-eenheden)
waar is de complexe belastingsweerstand (zie § 52) en de uitdrukking (51.2) wordt gebruikt voor de inductie-EMF van een complex circuit. Met behulp van relatie (51.6); je kunt de vinden zonder vergelijkingen (53.6) op te lossen, maar gewoon door ze door elkaar te delen:
De transformatieverhouding blijkt dus eenvoudig gelijk te zijn aan de verhouding van het aantal windingen bij elke belasting. Het teken hangt af van de keuze van het begin en einde van de windingen.
Om de huidige transformatieverhouding te vinden, moet je het systeem (53,7) oplossen, waardoor we krijgen
In het algemene geval blijkt de coëfficiënt een complexe waarde te zijn, d.w.z. er verschijnt een faseverschuiving tussen de stromen in de wikkelingen. Van belang is het speciale geval van een kleine belasting, d.w.z. de verhouding van stromen wordt de inverse van de verhouding van spanningen.
Deze transformatormodus kan worden gebruikt om hoge stromen te meten (stroomtransformator). Het blijkt dat dezelfde eenvoudige transformatie van stromen ook behouden blijft voor een willekeurige afhankelijkheid van de stroom op tijd met een speciaal ontwerp van de stroomtransformator. In dit geval wordt het de Rogowski-spoel genoemd (Fig. VI.14) en is het een flexibele gesloten solenoïde van willekeurige vorm met uniforme wikkeling. De werking van de riem is gebaseerd op de wet van behoud van de circulatie van het magnetische veld (zie § 33): waar de integratie wordt uitgevoerd langs de contour in de riem (zie Fig. VI.14), is de totale gemeten stroom bedekt door de riem. Ervan uitgaande dat de dwarsafmetingen van de riem klein genoeg zijn, kunnen we de inductie-emf die op de riem wordt geïnduceerd als volgt schrijven:
waar de dwarsdoorsnede van de riem is, a de wikkeldichtheid is, wordt aangenomen dat beide waarden constant zijn langs de riem; binnen de riem, als de dichtheid van de wikkeling van de riem en zijn dwarsdoorsnede 50 over de lengte constant zijn (53,9).
Een eenvoudige omzetting van elektrische spanning is alleen mogelijk voor wisselstroom. Dit bepaalt zijn een vitale rol in de moderne industrie. In gevallen waar gelijkstroom vereist is, doen zich aanzienlijke problemen voor. Zo biedt het gebruik van gelijkstroom in hoogspanningslijnen met ultragroot bereik aanzienlijke voordelen: warmteverliezen worden verminderd, omdat er geen skin-effect is (zie § 87) en er geen resonantie is
(golf) transiënten bij het in- en uitschakelen van de transmissielijn, waarvan de lengte in de orde van grootte is van de golflengte van wisselstroom (6000 km voor een industriële frequentie van 50 Hz). De moeilijkheid ligt in het gelijkrichten van hoogspanningswisselstroom aan het ene uiteinde van de transmissielijn en het omkeren ervan aan het andere.
Vandaag zullen we het hebben over het fenomeen van elektromagnetische inductie. We zullen onthullen waarom dit fenomeen werd ontdekt en welke voordelen het met zich meebracht.
Zijde
Mensen hebben er altijd naar gestreefd om beter te leven. Iemand zou kunnen denken dat dit een reden is om de mensheid van hebzucht te beschuldigen. Maar vaak we zijn aan het praten over het verkrijgen van basiscomfort van het leven.
BIJ Middeleeuws Europa Ze wisten hoe ze wollen, katoenen en linnen stoffen moesten maken. En in die tijd hadden mensen last van een overdaad aan vlooien en luizen. Tegelijkertijd heeft de Chinese beschaving al geleerd hoe ze vakkundig zijde kan weven. Kleding ervan liet geen bloedzuigers toe op de menselijke huid. De poten van de insecten glibberden om gladde stof en de luizen vielen eraf. Daarom wilden de Europeanen zich koste wat kost in zijde kleden. En de kooplieden dachten dat het een nieuwe kans was om rijk te worden. Daarom werd de Grote Zijderoute aangelegd.
Alleen op deze manier werd de gewenste stof geleverd aan het lijdende Europa. En er waren zoveel mensen bij het proces betrokken dat steden ontstonden, rijken vochten om het recht om belastingen te heffen, en sommige stukken van de weg zijn nog steeds de meest handige manier op de juiste plek terecht komen.
Kompas en ster
Bergen en woestijnen stonden caravans met zijde in de weg. Het kwam voor dat het karakter van het gebied weken en maanden hetzelfde bleef. Steppeduinen maakten plaats voor dezelfde heuvels, de ene pas volgde de andere op. En mensen moesten op de een of andere manier navigeren om hun waardevolle lading af te leveren.
De sterren kwamen eerst. Wetende welke dag het is en welke sterrenbeelden hij kan verwachten, kan een ervaren reiziger altijd bepalen waar het zuiden is, waar het oosten is en waar hij heen moet. Maar het ontbrak altijd aan mensen met voldoende kennis. Ja, en toen wisten ze niet hoe ze de tijd nauwkeurig moesten tellen. Zonsondergang, zonsopgang - dat zijn alle oriëntatiepunten. En een sneeuw- of zandstorm, bewolkt weer sloot zelfs de mogelijkheid uit om de poolster te zien.
Toen realiseerden mensen (waarschijnlijk de oude Chinezen, maar wetenschappers discussiëren hier nog steeds over) dat één mineraal zich altijd op een bepaalde manier bevindt ten opzichte van de windstreken. Deze eigenschap werd gebruikt om het eerste kompas te maken. Voordat de ontdekking van het fenomeen elektromagnetische inductie nog ver weg was, was er een begin gemaakt.
Van kompas tot magneet
De naam "magneet" gaat terug naar het toponiem. Waarschijnlijk werden de eerste kompassen gemaakt van erts gedolven in de heuvels van Magnesia. Dit gebied ligt in Klein-Azië. En de magneten zagen eruit als zwarte stenen.
De eerste kompassen waren erg primitief. Water werd in een kom of andere container gegoten, er werd een dunne schijf drijvend materiaal bovenop geplaatst. En een gemagnetiseerde naald werd in het midden van de schijf geplaatst. Een van zijn uiteinden wees altijd naar het noorden, de andere - naar het zuiden.
Het is zelfs moeilijk voor te stellen dat de karavaan water bewaarde voor het kompas terwijl de mensen stierven van de dorst. Maar verlies de richting niet en laat mensen, dieren en goederen bij elkaar komen veilige plaats belangrijker was dan een paar afzonderlijke levens.
Kompassen maakten veel reizen en ontmoetten verschillende natuurverschijnselen. Het is niet verwonderlijk dat het fenomeen van elektromagnetische inductie in Europa werd ontdekt, hoewel magnetisch erts oorspronkelijk in Azië werd gewonnen. Op deze ingewikkelde manier leidde de wens van Europese inwoners om comfortabeler te slapen tot de belangrijkste ontdekking van de natuurkunde.
Magnetisch of elektrisch?
Aan het begin van de negentiende eeuw ontdekten wetenschappers hoe ze gelijkstroom konden krijgen. De eerste primitieve batterij werd gemaakt. Het was voldoende om een stroom elektronen door metalen geleiders te sturen. Dankzij de eerste elektriciteitsbron werden een aantal ontdekkingen gedaan.
In 1820 ontdekte de Deense wetenschapper Hans Christian Oersted dat de magnetische naald afwijkt naast de geleider die in het netwerk is opgenomen. De positieve pool van het kompas bevindt zich altijd op een bepaalde manier ten opzichte van de richting van de stroom. De wetenschapper deed experimenten in alle mogelijke geometrieën: de geleider bevond zich boven of onder de pijl, ze stonden parallel of loodrecht. Het resultaat was altijd hetzelfde: de meegeleverde stroom zette de magneet in beweging. Zo werd de ontdekking van het fenomeen van elektromagnetische inductie verwacht.
Maar het idee van wetenschappers moet experimenteel worden bevestigd. Onmiddellijk na het experiment van Oersted stelde de Engelse natuurkundige Michael Faraday de vraag: "Magnetic and elektrisch veld beïnvloeden elkaar gewoon, of zijn ze nauwer verwant? De wetenschapper was de eerste die de aanname testte dat als een elektrisch veld een gemagnetiseerd object doet afwijken, de magneet een stroom moet genereren.
Het ervaringsschema is eenvoudig. Nu kan elke student het herhalen. Een dunne metalen draad was opgerold in de vorm van een veer. De uiteinden waren verbonden met een apparaat dat de stroom registreerde. Wanneer een magneet naast de spoel bewoog, toonde de pijl van het apparaat de spanning van het elektrische veld. Zo werd de wet van Faraday van elektromagnetische inductie afgeleid.
Voortzetting van experimenten
Maar dat is niet alles wat de wetenschapper heeft gedaan. Omdat de magnetische en elektrische velden nauw verwant zijn, was het noodzakelijk om uit te zoeken hoeveel.
Om dit te doen, bracht Faraday stroom naar één wikkeling en duwde deze in een andere soortgelijke wikkeling met een straal groter dan de eerste. Opnieuw werd elektriciteit opgewekt. Zo bewees de wetenschapper: een bewegende lading genereert tegelijkertijd zowel elektrische als magnetische velden.
Het is de moeite waard om te benadrukken dat we het hebben over de beweging van een magneet of een magnetisch veld in een gesloten circuit van een veer. Dat wil zeggen, de stroom moet voortdurend veranderen. Als dit niet gebeurt, wordt er geen stroom opgewekt.
Formule
De wet van Faraday voor elektromagnetische inductie wordt uitgedrukt door de formule
Laten we de karakters ontcijferen.
ε staat voor EMF of elektromotorische kracht. Deze grootheid is een scalair (dat wil zeggen, geen vector) en het toont het werk dat sommige krachten of natuurwetten toepassen om een stroom te creëren. Opgemerkt moet worden dat het werk moet worden uitgevoerd door niet-elektrische verschijnselen.
Φ is de magnetische flux door een gesloten lus. Deze waarde is het product van twee andere: de modulus van de magnetische inductievector B en het gebied van de gesloten lus. Als het magnetische veld op de contour inwerkt die niet strikt loodrecht staat, wordt de cosinus van de hoek tussen de vector B en de normaal op het oppervlak opgeteld bij het product.
Gevolgen van ontdekking
Deze wet werd gevolgd door anderen. Daaropvolgende wetenschappers stelden de afhankelijkheid van de elektrische stroom op het vermogen vast, weerstand op het materiaal van de geleider. Nieuwe eigenschappen werden bestudeerd, ongelooflijke legeringen werden gecreëerd. Ten slotte heeft de mensheid de structuur van het atoom ontcijferd, in het geheim van de geboorte en dood van sterren gedoken en het genoom van levende wezens geopend.
En al deze prestaties vereisten een enorme hoeveelheid middelen, en vooral elektriciteit. Elke productie of grote Wetenschappelijk onderzoek werden uitgevoerd waar drie componenten beschikbaar waren: gekwalificeerd personeel, direct het materiaal om mee te werken en goedkope elektriciteit.
En dit was mogelijk waar de natuurkrachten konden geven groot moment rotorrotatie: rivieren met een groot hoogteverschil, valleien met harde wind, fouten met overtollige geomagnetische energie.
Het is interessant dat moderne manier het verkrijgen van elektriciteit verschilt niet fundamenteel van de experimenten van Faraday. De magnetische rotor draait zeer snel in een grote draadspoel. Het magnetische veld in de wikkeling verandert voortdurend en er wordt een elektrische stroom opgewekt.
Natuurlijk geselecteerd beste materiaal voor de magneet en geleiders, en de technologie van het hele proces is compleet anders. Maar de essentie is één ding: er wordt een principe gehanteerd dat open is op het eenvoudigste systeem.
Stuur uw goede werk in de kennisbank is eenvoudig. Gebruik het onderstaande formulier
Studenten, afstudeerders, jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.
geplaatst op http://www.allbest.ru/
INVOERING
Het is geen toeval dat de eerste en belangrijkste stap in de ontdekking van deze nieuwe kant van elektromagnetische interacties werd gezet door de grondlegger van de ideeën over het elektromagnetische veld - een van de grootste wetenschappers ter wereld - Michael Faraday (1791-1867) . Faraday was absoluut zeker van de eenheid van elektrische en magnetische verschijnselen. Kort na de ontdekking van Oersted schreef hij in zijn dagboek (1821): "Zet magnetisme om in elektriciteit." Sindsdien heeft Faraday onophoudelijk aan dit probleem gedacht. Ze zeggen dat hij constant een magneet in zijn vestzak droeg, die hem moest herinneren aan de taak die voor hem lag. Tien jaar later, in 1831, was het probleem dankzij hard werken en vertrouwen in succes opgelost. Hij deed een ontdekking die ten grondslag ligt aan de constructie van alle generatoren van 's werelds energiecentrales, die mechanische energie omzetten in elektrische stroom. Andere bronnen: galvanische cellen, thermo- en fotocellen zorgen voor een verwaarloosbaar aandeel van de opgewekte energie.
Elektrische stroom, zo redeneerde Faraday, is in staat om ijzeren voorwerpen te magnetiseren. Om dit te doen, plaatst u gewoon een ijzeren staaf in de spoel. Kan de magneet op zijn beurt het verschijnen van een elektrische stroom veroorzaken of de grootte ervan veranderen? Lange tijd was er niets te vinden.
GESCHIEDENIS VAN DE ONTDEKKING VAN HET FENOMEEN VAN ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE
Uitspraken van Signors Nobili en Antinori uit het tijdschrift "Antologia"
« Dhr. Faraday heeft onlangs een nieuwe klasse van elektrodynamische verschijnselen ontdekt. Hij heeft hierover een memoires ingediend bij de Royal Society of London, maar deze memoires zijn nog niet gepubliceerd. We weten over hemalleen een nota gecommuniceerd door de heer Agriffier van de Academie van Wetenschappen in Parijs26 december 1831, op basis van een brief die hij van de heer Faraday zelf ontving.
Dit bericht bracht Chevalier Antinori en mij ertoe het basisexperiment onmiddellijk te herhalen en het vanuit verschillende gezichtspunten te bestuderen. We vleien onszelf met de hoop dat de resultaten die we hebben bereikt hebben bekende waarde, en daarom hebben we haast om ze te publiceren zonder enigevorigmaterialen, behalve het briefje dat geserveerd werd startpunt in ons onderzoek.»
'De memoires van meneer Faraday', zoals het briefje zegt, 'is in vier delen verdeeld.
In de eerste, getiteld "The Excitation of Galvanic Electricity", vinden we het volgende hoofdfeit: een galvanische stroom die door een metaaldraad gaat, wekt een andere stroom op in de naderende draad; de tweede stroom is tegengesteld aan de eerste en duurt slechts één moment. Als de bekrachtigingsstroom wordt weggenomen, ontstaat er onder zijn invloed een stroom in de draad, tegengesteld aan die in het eerste geval, d.w.z. in dezelfde richting als de opwindende stroom.
Het tweede deel van de memoires vertelt over de elektrische stromen die door de magneet worden veroorzaakt. Door de spoelmagneten te benaderen, produceerde de heer Faraday elektrische stromen; toen de spoelen werden verwijderd, ontstonden stromen in de tegenovergestelde richting. Deze stromen hebben een sterk effect op de galvanometer en gaan, zij het zwak, door pekel en andere oplossingen. Hieruit volgt dat deze wetenschapper, met behulp van een magneet, de elektrische stromen opwekte die door de heer Ampère waren ontdekt.
Het derde deel van de memoires verwijst naar de elektrische basistoestand, die de heer Faraday de elektromonische toestand noemt.
Het vierde deel spreekt over een even merkwaardig als ongewoon experiment, dat toebehoort aan de heer Arago; zoals bekend bestaat dit experiment uit het feit dat de magnetische naald draait onder invloed van een roterende metalen schijf. Hij ontdekte dat wanneer een metalen schijf draait onder invloed van een magneet, er elektrische stromen kunnen verschijnen in een hoeveelheid die voldoende is om van de schijf een nieuwe elektrische machine te maken.
MODERNE THEORIE VAN ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE
Elektrische stromen creëren een magnetisch veld om hen heen. Kan een magnetisch veld een elektrisch veld veroorzaken? Faraday ontdekte experimenteel dat wanneer de magnetische flux die een gesloten circuit binnendringt verandert, er een elektrische stroom in ontstaat. Dit fenomeen wordt elektromagnetische inductie genoemd. De stroom die optreedt tijdens het fenomeen van elektromagnetische inductie wordt inductief genoemd. Strikt genomen, wanneer het circuit in een magnetisch veld beweegt, wordt niet een bepaalde stroom gegenereerd, maar een bepaalde EMF. Een meer gedetailleerde studie van elektromagnetische inductie toonde aan dat de inductie-EMK die optreedt in een gesloten circuit gelijk is aan de veranderingssnelheid van de magnetische flux door het oppervlak dat wordt begrensd door dit circuit, genomen met het tegenovergestelde teken.
De elektromotorische kracht in het circuit is het resultaat van de werking van externe krachten, d.w.z. krachten van niet-elektrische oorsprong. Wanneer een geleider in een magnetisch veld beweegt, wordt de rol van externe krachten gespeeld door de Lorentzkracht, onder invloed waarvan de ladingen worden gescheiden, waardoor aan de uiteinden van de geleider een potentiaalverschil ontstaat. EMF van inductie in een geleider kenmerkt het werk van het verplaatsen van een eenheid positieve lading langs de dirigent.
Het fenomeen van elektromagnetische inductie ligt ten grondslag aan de werking van elektrische generatoren. Als het draadframe uniform wordt geroteerd in een uniform magnetisch veld, ontstaat er een geïnduceerde stroom die periodiek van richting verandert. Zelfs een enkel frame dat in een uniform magnetisch veld roteert, is een wisselstroomgenerator.
EXPERIMENTEEL ONDERZOEK VAN DE VERSCHIJNSELEN VAN ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE
Overweeg de klassieke experimenten van Faraday, met behulp waarvan het fenomeen van elektromagnetische inductie werd ontdekt:
Bij het verplaatsen van een permanente magneet, krachtlijnen kruis de windingen van de spoel, in dit geval inductiestroom, dus de galvanometernaald wijkt af. De aflezingen van het apparaat zijn afhankelijk van de bewegingssnelheid van de magneet en van het aantal windingen van de spoel.
In dit experiment laten we een stroom door de eerste spoel gaan, die een magnetische flux creëert, en wanneer de tweede spoel in de eerste beweegt, vindt er een kruising plaats magnetische lijnen, dus er is een inductieve stroom.
Bij het uitvoeren van experiment nr. 2 werd vastgelegd dat op het moment dat de schakelaar werd ingeschakeld, de pijl van het apparaat afweek en de waarde van de EMF liet zien, waarna de pijl terugkeerde naar zijn oorspronkelijke positie. Toen de schakelaar werd uitgeschakeld, week de pijl opnieuw af, maar in de andere richting en toonde de waarde van de EMF en keerde vervolgens terug naar zijn oorspronkelijke positie. Op het moment dat de schakelaar wordt aangezet, neemt de stroom toe, maar er ontstaat een soort kracht die de toename van de stroom voorkomt. Deze kracht induceert zichzelf, dus het werd de zelfinductie emf genoemd. Op het moment van afsluiten gebeurt hetzelfde, alleen de richting van de EMF is veranderd, dus de pijl van het apparaat week af in de tegenovergestelde richting.
Deze ervaring toont aan dat de EMF van elektromagnetische inductie optreedt wanneer de grootte en richting van de stroom veranderen. Dit bewijst dat de EMF van inductie, die zichzelf creëert, de veranderingssnelheid van de stroom is.
Binnen een maand ontdekte Faraday experimenteel alle essentiële kenmerken van het fenomeen elektromagnetische inductie. Het bleef alleen om de wet een strikt kwantitatieve vorm te geven en volledig te onthullen fysieke aard fenomenen. Faraday zelf begreep al het gemeenschappelijke dat het uiterlijk van een inductiestroom bepaalt in experimenten die er aan de buitenkant anders uitzien.
In een gesloten geleidend circuit ontstaat een stroom wanneer het aantal magnetische inductielijnen dat het door dit circuit begrensde oppervlak penetreert, verandert. Dit fenomeen wordt elektromagnetische inductie genoemd.
En hoe sneller het aantal magnetische inductielijnen verandert, hoe groter de resulterende stroom. In dit geval is de reden voor de verandering in het aantal magnetische inductielijnen volledig onverschillig.
Dit kan een verandering zijn in het aantal lijnen van magnetische inductie dat een vaste geleider binnendringt als gevolg van een verandering in de stroomsterkte in een aangrenzende spoel, en een verandering in het aantal lijnen als gevolg van de beweging van het circuit in een inhomogeen magnetisch veld , waarvan de dichtheid van lijnen varieert in de ruimte.
LENTZ REGEL
De inductieve stroom die in de geleider is ontstaan, begint onmiddellijk te interageren met de stroom of magneet die deze heeft gegenereerd. Als een magneet (of een spoel met stroom) dichter bij een gesloten geleider wordt gebracht, stoot de opkomende inductiestroom met zijn magnetische veld noodzakelijkerwijs de magneet (spoel) af. Er moet gewerkt worden om de magneet en spoel dichter bij elkaar te brengen. Wanneer de magneet wordt verwijderd, vindt aantrekking plaats. Deze regel wordt strikt gevolgd. Stel je voor dat het anders was: je duwde de magneet naar de spoel en hij zou er vanzelf in komen. Dit zou in strijd zijn met de wet van behoud van energie. Immers, de mechanische energie van de magneet zou toenemen en tegelijkertijd zou er een stroom ontstaan, die op zichzelf energie kost, omdat de stroom ook werk kan doen. De elektrische stroom die wordt geïnduceerd in het generatoranker, in wisselwerking met het magnetische veld van de stator, vertraagt de rotatie van het anker. Alleen daarom, om het anker te roteren, is het noodzakelijk om werk te doen, hoe groter, hoe groter de stroomsterkte. Door dit werk ontstaat een inductieve stroom. Het is interessant op te merken dat als het magnetische veld van onze planeet erg groot en zeer inhomogeen zou zijn, snelle bewegingen van geleidende lichamen op het oppervlak en in de atmosfeer onmogelijk zouden zijn vanwege de intense interactie van de stroom die in het lichaam wordt geïnduceerd met dit veld. De lichamen zouden bewegen als in een dicht stroperig medium en tegelijkertijd sterk worden verwarmd. Noch vliegtuigen, noch raketten konden vliegen. Een persoon kon zijn armen of benen niet snel bewegen, omdat het menselijk lichaam een goede geleider is.
Als de spoel waarin de stroom wordt geïnduceerd stilstaat ten opzichte van de aangrenzende spoel met wisselstroom, zoals bijvoorbeeld in een transformator, dan wordt in dit geval de richting van de inductiestroom bepaald door de wet van behoud van energie. Deze stroom is altijd zo gericht dat het magnetische veld dat het creëert de neiging heeft om stroomvariaties in de primaire stroom te verminderen.
De afstoting of aantrekking van een magneet door een spoel hangt af van de richting van de inductiestroom erin. Daarom stelt de wet van behoud van energie ons in staat om een regel te formuleren die de richting van de inductiestroom bepaalt. Wat is het verschil tussen de twee experimenten: de benadering van de magneet naar de spoel en de verwijdering ervan? In het eerste geval neemt de magnetische flux (of het aantal magnetische inductielijnen dat de windingen van de spoel penetreert) toe (Fig. a), en in het tweede geval neemt het af (Fig. b). Bovendien komen in het eerste geval de lijnen van inductie B "van het magnetische veld gecreëerd door de inductiestroom die in de spoel is ontstaan uit het bovenste uiteinde van de spoel, omdat de spoel de magneet afstoot, en in het tweede geval , integendeel, ze komen dit uiteinde binnen. Deze magnetische inductielijnen in de figuur zijn weergegeven met een streep .
Nu zijn we bij het belangrijkste punt aangekomen: bij een toename van de magnetische flux door de windingen van de spoel, heeft de inductiestroom een zodanige richting dat het magnetische veld dat het creëert de groei van de magnetische flux door de windingen van de spoel verhindert. De inductievector van dit veld is immers gericht tegen de veldinductievector, waarvan de verandering een elektrische stroom genereert. Als de magnetische flux door de spoel verzwakt, dan creëert de inductieve stroom een magnetisch veld met inductie, waardoor de magnetische flux door de windingen van de spoel toeneemt.
Dit is de essentie van de algemene regel voor het bepalen van de richting van de inductieve stroom, die in alle gevallen van toepassing is. Deze regel is opgesteld door de Russische natuurkundige E.X. Lenz (1804-1865).
Volgens de regel van Lenz heeft de inductieve stroom die optreedt in een gesloten circuit een zodanige richting dat de magnetische flux die hierdoor wordt gecreëerd door het oppervlak dat wordt begrensd door het circuit, de verandering in de flux die deze stroom genereert, voorkomt. Of de inductiestroom heeft een zodanige richting dat de oorzaak ervan wordt voorkomen.
In het geval van supergeleiders zal de compensatie voor veranderingen in de externe magnetische flux volledig zijn. De flux van magnetische inductie door een oppervlak dat wordt begrensd door een supergeleidend circuit, verandert onder geen enkele omstandigheid in de loop van de tijd.
WET VAN ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE
elektromagnetische inductie faraday lenz
De experimenten van Faraday toonden aan dat de sterkte van de geïnduceerde stroom l i in een geleidend circuit is evenredig met de veranderingssnelheid van het aantal magnetische inductielijnen dat het door dit circuit begrensde oppervlak binnendringt. Meer precies, deze verklaring kan worden geformuleerd met behulp van het concept van magnetische flux.
De magnetische flux wordt duidelijk geïnterpreteerd als het aantal lijnen van magnetische inductie dat een oppervlak met een oppervlakte binnendringt S. Daarom is de veranderingssnelheid van dit aantal niets anders dan de veranderingssnelheid van de magnetische flux. Als in een korte tijd t magnetische flux verandert in D F, dan is de veranderingssnelheid van de magnetische flux gelijk aan.
Daarom kan een uitspraak die direct uit ervaring volgt, als volgt worden geformuleerd:
de sterkte van de inductiestroom is evenredig met de veranderingssnelheid van de magnetische flux door het oppervlak dat wordt begrensd door de contour:
Bedenk dat er een elektrische stroom in het circuit ontstaat wanneer externe krachten op vrije ladingen inwerken. Het werk van deze krachten bij het verplaatsen van een enkele positieve lading langs een gesloten circuit wordt de elektromotorische kracht genoemd. Bijgevolg, wanneer de magnetische flux verandert door het oppervlak dat wordt begrensd door de contour, verschijnen er externe krachten in, waarvan de werking wordt gekenmerkt door een EMF, de EMF van inductie genoemd. Laten we het aanduiden met de letter E i .
De wet van elektromagnetische inductie is specifiek geformuleerd voor EMV, en niet voor stroomsterkte. Met deze formulering drukt de wet de essentie van het fenomeen uit, dat niet afhankelijk is van de eigenschappen van de geleiders waarin de inductiestroom optreedt.
Volgens de wet van elektromagnetische inductie (EMI) is de EMV van inductie in een gesloten lus in absolute waarde gelijk aan de veranderingssnelheid van de magnetische flux door het oppervlak dat wordt begrensd door de lus:
Hoe rekening te houden met de richting van de inductiestroom (of het teken van de inductie-EMK) in de wet van elektromagnetische inductie in overeenstemming met de Lenz-regel?
De figuur toont een gesloten lus. We zullen de richting van het omzeilen van de contour tegen de klok in als positief beschouwen. De normaal op de contour vormt een rechtse schroef met de bypass-richting. Het teken van de EMF, d.w.z. specifiek werk, hangt af van de richting van externe krachten met betrekking tot de richting van het omzeilen van het circuit.
Als deze richtingen samenvallen, dan E i > 0 en dienovereenkomstig l i > 0. Anders zijn de EMV en de stroomsterkte negatief.
Laat de magnetische inductie van het externe magnetische veld langs de normaal op de contour worden gericht en met de tijd toenemen. Dan F> 0 en > 0. Volgens de regel van Lenz creëert de inductiestroom een magnetische flux F" < 0. Линии индукции B"Het magnetische veld van de inductiestroom wordt in de figuur weergegeven met een streepje. Daarom is de inductiestroom l i is met de klok mee gericht (tegen de positieve bypass-richting) en de inductie-emf is negatief. Daarom moet er in de wet van elektromagnetische inductie een minteken zijn:
BIJ internationaal systeem eenheden, wordt de wet van elektromagnetische inductie gebruikt om de eenheid van magnetische flux vast te stellen. Deze eenheid wordt de weber (Wb) genoemd.
Sinds de EMF van inductie E i wordt uitgedrukt in volt en tijd is in seconden, dan kan de EMP-wet van Weber als volgt worden bepaald:
de magnetische flux door het oppervlak begrensd door een gesloten lus is 1 Wb, als, met een uniforme afname van deze flux tot nul in 1 s, een inductie-emf gelijk aan 1 V in het circuit verschijnt: 1 Wb \u003d 1 V 1 s .
PRAKTISCHE TOEPASSING VAN DE VERSCHIJNSELEN VAN ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE
Uitzending
Een wisselend magnetisch veld, opgewekt door een veranderende stroom, creëert een elektrisch veld in de omringende ruimte, dat op zijn beurt een magnetisch veld opwekt, enzovoort. Deze velden genereren elkaar wederzijds en vormen een enkel variabel elektromagnetisch veld - elektromagnetische golf. Het elektromagnetische veld is ontstaan op de plaats waar een draad met stroom loopt en plant zich in de ruimte voort met de snelheid van het licht - 300.000 km/s.
Magnetotherapie
In het frequentiespectrum verschillende plaatsen bezet door radiogolven, licht, röntgenstralen en andere electromagnetische straling. Ze worden meestal gekenmerkt door continu onderling verbonden elektrische en magnetische velden.
Synchromasotronen
Tegenwoordig wordt een magnetisch veld begrepen als een speciale vorm van materie bestaande uit geladen deeltjes. In de moderne natuurkunde worden bundels geladen deeltjes gebruikt om diep in atomen door te dringen om ze te bestuderen. De kracht waarmee een magnetisch veld inwerkt op een bewegend geladen deeltje wordt de Lorentzkracht genoemd.
Flowmeters - meters
De methode is gebaseerd op de toepassing van de wet van Faraday voor een geleider in een magnetisch veld: in de stroom van een elektrisch geleidende vloeistof die in een magnetisch veld beweegt, wordt een EMF geïnduceerd evenredig met de stroomsnelheid, die door het elektronische deel wordt omgezet in een elektrisch analoog/digitaal signaal.
DC-generator
In de generatormodus draait het anker van de machine onder invloed van een extern moment. Tussen de polen van de stator dringt een constante magnetische flux door het anker. De geleiders van de ankerwikkeling bewegen in een magnetisch veld en daarom wordt er een EMF in geïnduceerd, waarvan de richting kan worden bepaald door de regel " rechter hand". In dit geval ontstaat er een positieve potentiaal op één borstel ten opzichte van de tweede. Als een belasting is aangesloten op de generatorterminals, zal er een stroom in vloeien.
Het EMR-fenomeen wordt veel gebruikt in transformatoren. Laten we dit apparaat in meer detail bekijken.
TRANSFORMATOREN
Transformator (van lat. transformo - transform) - statisch elektromagnetisch apparaat: met twee of meer inductief gekoppelde wikkelingen en bedoeld om door elektromagnetische inductie van een of meer wisselstroomsystemen te worden omgezet in een of meer andere wisselstroomsystemen.
De uitvinder van de transformator is de Russische wetenschapper P.N. Jablochkov (1847 - 1894). In 1876 gebruikte Yablochkov een inductiespoel met twee wikkelingen als transformator voor de elektrische kaarsen die hij uitvond. De Yablochkov-transformator had een open kern. Gesloten kerntransformatoren, vergelijkbaar met de transformatoren die tegenwoordig worden gebruikt, verschenen veel later, in 1884. Met de uitvinding van de transformator ontstond een technische interesse in wisselstroom, die tot dan toe niet werd toegepast.
Transformatoren worden veel gebruikt bij de transmissie van elektrische energie over lange afstanden, de distributie ervan tussen ontvangers, evenals in verschillende rectificatie-, versterkings-, signalerings- en andere apparaten.
De transformatie van energie in de transformator wordt uitgevoerd door een wisselend magnetisch veld. De transformator is een kern van dunne, van elkaar geïsoleerde staalplaten, waarop twee en soms meer windingen (spoelen) van geïsoleerde draad zijn geplaatst. De wikkeling waarop de bron van elektrische wisselstroom is aangesloten, wordt de primaire wikkeling genoemd, de overige wikkelingen worden secundair genoemd.
Als er drie keer meer windingen in de secundaire wikkeling van de transformator worden gewikkeld dan in de primaire, dan zal het magnetische veld dat in de kern wordt gecreëerd door de primaire wikkeling, de windingen van de secundaire wikkeling kruisen, drie keer meer spanning creëren.
Met behulp van een transformator met een omgekeerde windverhouding kunt u net zo gemakkelijk en eenvoudig een verlaagde spanning krijgen.
Bijideale transformatorvergelijking
Een ideale transformator is een transformator die geen energieverliezen heeft voor het verwarmen van de wikkelingen en wikkelingslekstromen. In een ideale transformator gaan alle krachtlijnen door alle windingen van beide windingen, en aangezien het veranderende magnetische veld in elke winding dezelfde EMF genereert, is de totale in de winding geïnduceerde EMF evenredig met het totale aantal windingen. Zo'n transformator zet alle binnenkomende energie van het primaire circuit om in een magnetisch veld en vervolgens in de energie van het secundaire circuit. In dit geval is de inkomende energie gelijk aan de omgezette energie:
Waar P1 de momentane waarde is van het vermogen dat door het primaire circuit aan de transformator wordt geleverd,
P2 is de momentane waarde van het vermogen dat wordt omgezet door de transformator die het secundaire circuit binnenkomt.
Door deze vergelijking te combineren met de verhouding van spanningen aan de uiteinden van de wikkelingen, krijgen we de vergelijking voor een ideale transformator:
We verkrijgen dus dat met een toename van de spanning aan de uiteinden van de secundaire wikkeling U2, de stroom van het secundaire circuit I2 afneemt.
Om de weerstand van het ene circuit om te zetten in de weerstand van een ander circuit, moet je de waarde vermenigvuldigen met het kwadraat van de verhouding. De weerstand Z2 is bijvoorbeeld verbonden met de uiteinden van de secundaire wikkeling, de verminderde waarde ervan naar het primaire circuit zal zijn
Deze regel geldt ook voor het secundaire circuit:
Aanduiding op de diagrammen
In de diagrammen is de transformator als volgt aangegeven:
De middelste dikke lijn komt overeen met de kern, 1 is de primaire wikkeling (meestal aan de linkerkant), 2,3 is de secundaire wikkeling. Het aantal halve cirkels in een ruwe benadering symboliseert het aantal windingen van de wikkeling (meer windingen - meer halve cirkels, maar zonder strikte evenredigheid).
TRANSFORMATOR TOEPASSINGEN
Transformatoren worden veel gebruikt in de industrie en het dagelijks leven voor verschillende doeleinden:
1. Voor de transmissie en distributie van elektrische energie.
In elektriciteitscentrales wekken wisselstroomgeneratoren doorgaans elektrische energie op met een spanning van 6-24 kV en zenden ze elektriciteit naar lange afstand voordelig bij veel hogere spanningen (110, 220, 330, 400, 500 en 750 kV). Daarom worden bij elke energiecentrale transformatoren geïnstalleerd die de spanning verhogen.
Distributie van elektrische energie tussen industriële ondernemingen, nederzettingen, steden en platteland, evenals binnen industriële ondernemingen, wordt het geproduceerd via bovengrondse en kabellijnen, met een spanning van 220, 110, 35, 20, 10 en 6 kV. Daarom moeten in alle distributieknooppunten transformatoren worden geïnstalleerd die de spanning verlagen tot 220, 380 en 660 V
2. Om de gewenste schakeling te voorzien voor het inschakelen van kleppen in convertorapparaten en om de spanning aan de uitgang en ingang van de omzetter op elkaar af te stemmen. Transformatoren die voor deze doeleinden worden gebruikt, worden transformatoren genoemd.
3. Voor diverse technologische doeleinden: lassen (lastransformatoren), voeding van elektrothermische installaties (elektrische oventransformatoren), enz.
4. Voor het voeden van verschillende circuits van radioapparatuur, elektronische apparatuur, communicatie- en automatiseringsapparatuur, huishoudelijke apparaten, voor het scheiden van elektrische circuits verschillende elementen van deze apparaten, voor spanningsaanpassing, enz.
5. Om elektrische meetinstrumenten en sommige apparaten (relais, enz.) op te nemen in elektrische hoogspanningscircuits of in circuits waar grote stromen doorheen gaan, om de meetlimieten te vergroten en de elektrische veiligheid te garanderen. Transformatoren die voor deze doeleinden worden gebruikt, worden meten genoemd.
CONCLUSIE
Het fenomeen van elektromagnetische inductie en zijn speciale gevallen worden veel gebruikt in de elektrotechniek. Gebruikt om mechanische energie om te zetten in elektrische energie synchrone generatoren . Transformatoren worden gebruikt om de wisselspanning te verhogen of te verlagen. Het gebruik van transformatoren maakt het mogelijk om op een economische manier elektriciteit van elektriciteitscentrales naar verbruiksknooppunten over te brengen.
BIBLIOGRAFIE:
1. Natuurkundecursus, leerboek voor universiteiten. TI Trofimova, 2007.
2. Grondbeginselen van de theorie van circuits, G.I. Atabekov, Lan, St. Petersburg, - M., - Krasnodar, 2006.
3. Elektrische auto's, LM Piotrovsky, L., Energie, 1972.
4. Stroomtransformatoren. Naslagwerk / Ed. SD Lizunova, AK Lochanin. M.: Energoizdat 2004.
5. Ontwerp van transformatoren. AV Sapozhnikov. M.: Gosenergoizdat. 1959.
6. Berekening van transformatoren. Leerboek voor universiteiten. P.M. Tikhomirov. Moskou: Energie, 1976.
7. Natuurkunde - leerboek voor technische scholen, auteur V.F. Dmitriev, editie Moskou "Hogere School" 2004.
Gehost op Allbest.ru
Vergelijkbare documenten
Algemene concepten, de geschiedenis van de ontdekking van elektromagnetische inductie. De evenredigheidscoëfficiënt in de wet van elektromagnetische inductie. De magnetische flux veranderen op het voorbeeld van het Lenz-apparaat. Solenoïde-inductantie, berekening van de energiedichtheid van het magnetische veld.
lezing, toegevoegd 10/10/2011
De geschiedenis van de ontdekking van het fenomeen elektromagnetische inductie. Onderzoek naar de afhankelijkheid van magnetische flux van magnetische inductie. Praktische toepassing van het fenomeen elektromagnetische inductie: omroep, magnetotherapie, synchrophasotrons, elektrische generatoren.
samenvatting, toegevoegd 15-11-2009
Werk aan het verplaatsen van een geleider met stroom in een magnetisch veld. Studie van het fenomeen van elektromagnetische inductie. Methoden voor het verkrijgen van inductiestroom in een constant en wisselend magnetisch veld. De aard van de elektromotorische kracht van elektromagnetische inductie. De wet van Faraday.
presentatie, toegevoegd 24/09/2013
Elektromagnetische inductie is het fenomeen van het opwekken van een elektrisch veld van een vortex door een wisselend magnetisch veld. De geschiedenis van de ontdekking van dit fenomeen door Michael Faraday. Inductie dynamo. Formule voor het bepalen van de elektromotorische kracht van inductie.
samenvatting, toegevoegd 13-12-2011
Elektromagnetische inductie. Wet van Lenz, elektromotorische kracht. Methoden voor het meten van magnetische inductie en magnetische spanning. Wervelstromen (Foucault-stromen). Rotatie van het frame in een magnetisch veld. Zelfinductie, stroom bij het sluiten en openen van het circuit. Wederzijdse inductie.
scriptie, toegevoegd 25-11-2013
Elektrische machines als die waarin de transformatie van energie plaatsvindt als gevolg van het fenomeen van elektromagnetische inductie, de geschiedenis en de belangrijkste ontwikkelingsstadia, prestaties op dit gebied. Creatie van een elektromotor met de mogelijkheid van praktische toepassing.
samenvatting, toegevoegd 21-06-2012
Kenmerken van het elektrische veld van de vortex. Analytische verklaring van experimentele feiten. Wetten van elektromagnetische inductie en Ohm. Verschijnselen van rotatie van het polarisatievlak van licht in een magnetisch veld. Methoden voor het verkrijgen van inductiestroom. Toepassing van de regel van Lenz.
presentatie, toegevoegd 19/05/2014
Jeugd en jeugd van Michael Faraday. Aan de slag bij het Koninklijk Instituut. De eerste onafhankelijke studies van M. Faraday. Wet van elektromagnetische inductie, elektrolyse. Ziekte van Faraday, recent experimenteel werk. Betekenis van de ontdekkingen van M. Faraday.
samenvatting, toegevoegd 06/07/2012
Een korte schets van het leven, de persoonlijke en creatieve ontwikkeling van de grote Engelse natuurkundige Michael Faraday. Faraday's onderzoek op het gebied van elektromagnetisme en zijn ontdekking van het fenomeen elektromagnetische inductie, de formulering van de wet. Experimenten met elektriciteit.
samenvatting, toegevoegd 23-04-2009
Michael Faraday's opleidingsperiode, zijn eerste onafhankelijke onderzoek (experimenten in het smelten van staal dat nikkel bevat). De creatie door een Engelse natuurkundige van het eerste model van een elektromotor, de ontdekking van elektromagnetische inductie en de wetten van elektrolyse.
Khudoley Andrey, Chnykov Igor
Praktische toepassing van het fenomeen elektromagnetische inductie.
downloaden:
Voorbeeld:
Om de preview van presentaties te gebruiken, maakt u voor uzelf een account aan ( rekening) Google en log in: https://accounts.google.com
Bijschriften van dia's:
Elektromagnetische inductie in moderne technologie Uitgevoerd door studenten van de 11 "A" -klasse MOUSOSH nr. 2 van de stad Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey
Het fenomeen van elektromagnetische inductie werd op 29 augustus 1831 ontdekt door Michael Faraday. Het fenomeen van elektromagnetische inductie bestaat uit het optreden van een elektrische stroom in een geleidend circuit, dat ofwel rust in een magnetisch veld dat in de tijd verandert, ofwel in een constant magnetisch veld beweegt op een zodanige manier dat het aantal magnetische inductielijnen dat de circuit verandert.
De EMF van elektromagnetische inductie in een gesloten lus is numeriek gelijk en tegengesteld in teken aan de veranderingssnelheid van de magnetische flux door het oppervlak dat door deze lus wordt begrensd. De richting van de inductiestroom (evenals de grootte van de EMF) wordt als positief beschouwd als deze samenvalt met de geselecteerde richting van het omzeilen van het circuit.
Experiment van Faraday Een permanente magneet wordt ingebracht in of verwijderd uit een spoel die is aangesloten op een galvanometer. Wanneer de magneet in het circuit beweegt, ontstaat er een elektrische stroom.Binnen een maand ontdekte Faraday experimenteel alle essentiële kenmerken van het fenomeen elektromagnetische inductie. Momenteel kunnen de experimenten van Faraday door iedereen worden uitgevoerd.
hoofdbronnen elektromagnetisch veld Als belangrijkste bronnen van het elektromagnetische veld kunnen worden geïdentificeerd: Hoogspanningslijnen. Bedrading (binnen gebouwen en constructies). Huishoudelijke elektrische apparaten. Persoonlijke computers. TV- en radiozenders. Satelliet- en mobiele communicatie (apparaten, repeaters). Elektrisch vervoer. radar installaties.
Hoogspanningslijnen De draden van een werkende hoogspanningslijn creëren een elektromagnetisch veld van industriële frequentie (50 Hz) in de aangrenzende ruimte (op afstanden in de orde van tientallen meters van de draad). Bovendien kan de veldsterkte nabij de lijn over een groot bereik variëren, afhankelijk van de elektrische belasting. In feite worden de grenzen van de sanitaire beschermingszone vastgesteld langs de grenslijn die het verst verwijderd is van de draden met de maximale elektrische veldsterkte, gelijk aan 1 kV / m.
Elektrische bedrading Elektrische bedrading omvat: stroomkabels voor het bouwen van levensondersteunende systemen, stroomdistributiedraden, evenals vertakkingsborden, voedingskasten en transformatoren. Elektrische bedrading is de belangrijkste bron van het industriële elektromagnetische veld in woongebouwen. In dit geval is het niveau van de door de bron uitgezonden elektrische veldsterkte vaak relatief laag (niet hoger dan 500 V/m).
Huishoudelijke elektrische apparaten Bronnen van elektromagnetische velden zijn alle huishoudelijke apparaten die werken op elektrische stroom. Tegelijkertijd varieert het stralingsniveau over het breedste bereik, afhankelijk van het model, het apparaatapparaat en de specifieke bedrijfsmodus. Ook hangt het stralingsniveau sterk af van het stroomverbruik van het apparaat - hoe hoger het vermogen, hoe hoger het niveau van het elektromagnetische veld tijdens de werking van het apparaat. De elektrische veldsterkte in de buurt van huishoudelijke apparaten is niet groter dan tientallen V/m.
Personal Computers De primaire bron van nadelige gezondheidseffecten voor een computergebruiker is het beeldscherm van de monitor (VOD). Naast de monitor en de systeemeenheid kan een personal computer ook een groot aantal andere apparaten bevatten (zoals printers, scanners, netwerkfilters, enz.). Al deze apparaten werken met het gebruik van elektrische stroom, wat betekent dat ze bronnen zijn van een elektromagnetisch veld.
Het elektromagnetische veld van personal computers heeft de meest complexe golf- en spectrale samenstelling en is moeilijk te meten en te kwantificeren. Het heeft magnetische, elektrostatische en stralingscomponenten (met name het elektrostatische potentieel van een persoon die voor een monitor zit kan variëren van -3 tot +5 V). Gezien de voorwaarde dat personal computers nu actief worden gebruikt in alle industrieën menselijke activiteit, hun impact op de menselijke gezondheid is onderworpen aan zorgvuldige studie en controle
Televisie- en radiozenders Op het grondgebied van Rusland bevinden zich momenteel een aanzienlijk aantal radiozenders en centra van verschillende affiliaties. Zendstations en centra bevinden zich in speciaal daarvoor bestemde zones en kunnen vrij grote gebieden (tot 1000 ha) beslaan. Door hun structuur omvatten ze een of meer technische gebouwen, waar radiozenders zich bevinden, en antennevelden, waarop zich tot enkele tientallen antenne-feedersystemen (AFS) bevinden. Elk systeem bevat een straalantenne en een voedingslijn die het uitzendsignaal brengt.
Satellietcommunicatie Satellietcommunicatiesystemen bestaan uit een zendstation op aarde en satellieten - repeaters in een baan om de aarde. Zendende satellietcommunicatiestations zenden een nauw gerichte golfbundel uit, waarbij de energiefluxdichtheid honderden W/m bereikt. Satellietcommunicatiesystemen creëren hoge elektromagnetische veldsterkten op aanzienlijke afstanden van antennes. Een station met een vermogen van 225 kW, werkend op een frequentie van 2,38 GHz, creëert bijvoorbeeld een energiefluxdichtheid van 2,8 W/m2 op een afstand van 100 km. De verstrooiing van energie ten opzichte van de hoofdbundel is erg klein en komt vooral voor in het gebied van de directe plaatsing van de antenne.
Mobiele communicatie Mobiele radiotelefonie is vandaag een van de meest intensief ontwikkelde telecommunicatiesystemen. De belangrijkste elementen van het systeem cellulaire communicatie zijn basisstations en mobiele radiotelefoons. Basisstations onderhouden radiocommunicatie met mobiele apparaten, waardoor ze bronnen van een elektromagnetisch veld zijn. Het systeem maakt gebruik van het principe om het dekkingsgebied op te delen in zones, of zogenaamde "cellen", met een straal van km.
De stralingsintensiteit van het basisstation wordt bepaald door de belasting, dat wil zeggen de aanwezigheid van eigenaren telefoons in het servicegebied van een bepaald basisstation en hun wens om de telefoon te gebruiken voor een gesprek, wat op zijn beurt fundamenteel afhangt van het tijdstip van de dag, de locatie van het station, de dag van de week en andere factoren. 'S Nachts is de belading van stations bijna nul. De stralingsintensiteit van mobiele apparaten hangt grotendeels af van de toestand van het communicatiekanaal "mobiele radiotelefoon - basisstation" (hoe groter de afstand tot het basisstation, hoe hoger de stralingsintensiteit van het apparaat).
Elektrisch vervoer Elektrisch vervoer (trolleybussen, trams, metro's, enz.) is een krachtige bron van elektromagnetische velden in het Hz-frequentiebereik. Tegelijkertijd fungeert in de overgrote meerderheid van de gevallen de elektrische tractiemotor als de belangrijkste emitter (voor trolleybussen en trams concurreren luchtstroomcollectoren met de elektromotor wat betreft de sterkte van het uitgestraalde elektrische veld).
Radarinstallaties Radar- en radarinstallaties hebben meestal reflectorantennes (“schotels”) en zenden een nauw gerichte radiobundel uit. Periodieke beweging van de antenne in de ruimte leidt tot ruimtelijke discontinuïteit van straling. Ook is er een tijdelijke onderbreking van de straling door de cyclische werking van de radar voor straling. Ze werken op frequenties van 500 MHz tot 15 GHz, maar sommige speciale installaties kunnen werken op frequenties tot 100 GHz of meer. Door de bijzondere aard van de straling kunnen ze op de grond zones met een hoge energiefluxdichtheid (100 W/m2 of meer) creëren.
Metaaldetectoren Technologisch gezien is het werkingsprincipe van een metaaldetector gebaseerd op het fenomeen van het registreren van een elektromagnetisch veld dat wordt gecreëerd rond een metalen voorwerp wanneer het in een elektromagnetisch veld wordt geplaatst. Dit secundaire elektromagnetische veld verschilt zowel in intensiteit (veldsterkte) als in andere parameters. Deze parameters zijn afhankelijk van de grootte van het object en zijn geleidbaarheid (goud en zilver hebben een veel betere geleidbaarheid dan bijvoorbeeld lood) en natuurlijk van de afstand tussen de metaaldetectorantenne en het object zelf (diepte van optreden).
Bovenstaande technologie bepaalde de samenstelling van de metaaldetector: deze bestaat uit vier hoofdblokken: een antenne (soms zijn de zend- en ontvangstantennes verschillend, en soms zijn het dezelfde antenne), een elektronische verwerkingseenheid, een informatie-uitvoereenheid (visuele - LCD-scherm of pijlindicator en audio - luidspreker- of hoofdtelefoonaansluiting) en voeding.
Metaaldetectoren zijn: Zoeken Inspectie Voor constructiedoeleinden
Zoeken Deze metaaldetector is ontworpen om te zoeken naar alle soorten metalen voorwerpen. In de regel zijn dit de grootste in omvang, kosten en natuurlijk in termen van de functies van het model. Dit komt door het feit dat je soms objecten moet vinden op een diepte tot enkele meters in de dikte van de aarde. Een krachtige antenne is in staat om een hoog niveau van elektromagnetisch veld te genereren en zelfs de kleinste stromen op grote diepte te detecteren met een hoge gevoeligheid. Een zoekmetaaldetector detecteert bijvoorbeeld een metalen munt op een diepte van 2-3 meter in de aarde, die zelfs ijzerhoudende geologische verbindingen kan bevatten.
Inspectiecamera's Gebruikt door speciale diensten, douanebeambten en beveiligers van verschillende organisaties om metalen voorwerpen (wapens, edele metalen, draden van explosieven, enz.) verborgen op het lichaam en in de kleding van een persoon. Deze metaaldetectoren onderscheiden zich door compactheid, gebruiksgemak, de aanwezigheid van standen zoals stille vibratie van de handgreep (zodat de gezochte persoon niet weet dat de opsporingsambtenaar iets heeft gevonden). Het bereik (diepte) van detectie van een roebelmunt in dergelijke metaaldetectoren bereikt 10-15 cm.
Gebogen metaaldetectoren, die uiterlijk op een boog lijken en een persoon nodig hebben om er doorheen te gaan, worden ook veel gebruikt. Langs hun verticale wanden zijn ultragevoelige antennes geplaatst die metalen voorwerpen op alle niveaus van menselijke groei detecteren. Ze worden meestal geïnstalleerd voor plaatsen van cultureel amusement, in banken, instellingen, enz. Het belangrijkste kenmerk van boogvormige metaaldetectoren is de hoge gevoeligheid (instelbaar) en de hoge verwerkingssnelheid van de mensenstroom.
Voor bouwdoeleinden. Deze klasse metaaldetectoren helpt bouwers met behulp van geluids- en lichtalarmen bij het vinden van: metalen buizen, constructie- of aandrijfelementen die zich zowel in de dikte van de muren als achter scheidingswanden en tussenpanelen bevinden. Sommige metaaldetectoren voor bouwdoeleinden worden vaak gecombineerd in één apparaat met detectoren houten constructie, spanningsdetectoren op stroomvoerende draden, lekdetectoren, enz.
We weten al dat een elektrische stroom, die door een geleider beweegt, er een magnetisch veld omheen creëert. Op basis van dit fenomeen heeft de mens een grote verscheidenheid aan elektromagneten uitgevonden en op grote schaal gebruikt. Maar de vraag rijst: als elektrische ladingen, bewegend, het verschijnen van een magnetisch veld veroorzaken, maar werkt het niet en vice versa?
Dat wil zeggen, kan een magnetisch veld een elektrische stroom in een geleider veroorzaken? In 1831 stelde Michael Faraday vast dat een elektrische stroom wordt opgewekt in een gesloten geleidend elektrisch circuit wanneer een magnetisch veld verandert. Zo'n stroom werd een inductiestroom genoemd en het fenomeen van het verschijnen van een stroom in een gesloten geleidend circuit met een verandering in het magnetische veld dat dit circuit penetreert, wordt elektromagnetische inductie genoemd.
Het fenomeen van elektromagnetische inductie
De naam "elektromagnetisch" zelf bestaat uit twee delen: "elektro" en "magnetisch". Elektrische en magnetische verschijnselen zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. En als de elektrische ladingen, bewegend, het magnetische veld om hen heen veranderen, dan zal het magnetische veld, dat verandert, willekeurig de elektrische ladingen laten bewegen en een elektrische stroom vormen.
In dit geval is het het veranderende magnetische veld dat het optreden van een elektrische stroom veroorzaakt. Een constant magnetisch veld zal de beweging van elektrische ladingen niet veroorzaken, en dienovereenkomstig zal zich geen inductiestroom vormen. Een meer gedetailleerde beschouwing van het fenomeen elektromagnetische inductie, de afleiding van formules en de wet van elektromagnetische inductie verwijst naar het verloop van de negende klas.
Toepassing van elektromagnetische inductie:
In dit artikel zullen we het hebben over het gebruik van elektromagnetische inductie. De werking van veel motoren en stroomgeneratoren is gebaseerd op het gebruik van de wetten van elektromagnetische inductie. Het principe van hun werk is vrij eenvoudig te begrijpen.
Een verandering in het magnetische veld kan bijvoorbeeld worden veroorzaakt door het verplaatsen van een magneet. Daarom, als een magneet door een derde partij in een gesloten circuit wordt bewogen, zal er een stroom in dit circuit verschijnen. U kunt dus een stroomgenerator maken.
Als we daarentegen stroom van een externe bron door het circuit laten gaan, dan zal de magneet in het circuit beginnen te bewegen onder invloed van een magnetisch veld gevormd door elektrische schok. Op deze manier kan een elektromotor worden samengesteld.
De hierboven beschreven stroomgeneratoren zetten bij energiecentrales mechanische energie om in elektrische energie. Mechanische energie is de energie van kolen, diesel, wind, water enzovoort. Elektriciteit wordt via draden aan de verbruikers geleverd en daar in elektromotoren weer omgezet in mechanische energie.
De elektromotoren van stofzuigers, haardrogers, mixers, koelers, elektrische vleesmolens en tal van andere apparaten die we dagelijks gebruiken, zijn gebaseerd op het gebruik van elektromagnetische inductie en magnetische krachten. Het is niet nodig om te praten over het gebruik van dezelfde fenomenen in de industrie, het is duidelijk dat het alomtegenwoordig is.
