shtëpi-Shkallët e brendshme-Induksioni elektromagnetik. Zbatimi praktik i dukurisë së induksionit elektromagnetik

Induksioni elektromagnetik. Zbatimi praktik i dukurisë së induksionit elektromagnetik

Ligji i induksionit elektromagnetik qëndron në themel të inxhinierisë moderne elektrike, si dhe inxhinierisë radio, e cila, nga ana tjetër, formon thelbin e industrisë moderne, e cila ka transformuar plotësisht të gjithë qytetërimin tonë. Përdorimi praktik Induksioni elektromagnetik filloi vetëm gjysmë shekulli pas zbulimit të tij. Në atë kohë, përparimi teknologjik ishte ende relativisht i ngadaltë. Arsyeja pse inxhinieria elektrike luan kaq shumë rol i rendesishem në të gjithë tonën jeta moderne, është se energjia elektrike është më formë e përshtatshme energji dhe pikërisht falë ligjit të induksionit elektromagnetik. Kjo e fundit ju lejon të merrni me lehtësi energji elektrike nga mekanike (gjeneratorë), të shpërndani dhe transportoni në mënyrë fleksibël energjinë (transformatorët) dhe ta ktheni atë në mekanike (motor elektrik) dhe lloje të tjera të energjisë, dhe e gjithë kjo ndodh me shumë efikasitet të lartë. Vetëm 50 vjet më parë, shpërndarja e energjisë ndërmjet makinerive në fabrika u krye përmes sistem kompleks boshtet dhe ngasjet e rripave - pylli i transmisioneve përbënte një detaj karakteristik të "interierit" industrial të asaj kohe. Makineritë moderne janë të pajisura me motorë elektrikë kompaktë të mundësuar nga një sistem i fshehur i instalimeve elektrike.

Industria moderne përdor një sistem të vetëm furnizimi me energji elektrike që mbulon të gjithë vendin, dhe nganjëherë disa vende fqinje.

Sistemi i furnizimit me energji fillon me një gjenerator të energjisë elektrike. Funksionimi i gjeneratorit bazohet në përdorimin e drejtpërdrejtë të ligjit të induksionit elektromagnetik. Skematikisht gjenerator i thjeshtëËshtë një elektromagnet i palëvizshëm (stator), në fushën e të cilit rrotullohet një spirale (rotori). Rryma alternative e ngacmuar në mbështjelljen e rotorit hiqet duke përdorur kontakte speciale të lëvizshme - furça. Meqenëse është e vështirë të kalosh një sasi të madhe energjie përmes kontakteve në lëvizje, shpesh përdoret një qark gjenerator i kundërt: një elektromagnet rrotullues eksiton rrymën në mbështjelljet e palëvizshme të statorit. Kështu, gjeneratori konverton energjinë mekanike të rrotullimit të rotorit në energji elektrike. Ky i fundit drejtohet ose nga energjia termike (avulli ose turbinë me gaz), ose mekanike (turbinë hidraulike).

Në anën tjetër të sistemit të furnizimit me energji elektrike janë aktivizues të ndryshëm që përdorin energji elektrike, ndër të cilët më i rëndësishmi është motori elektrik (motori elektrik). Më i zakonshmi, për shkak të thjeshtësisë së tij, është i ashtuquajturi motor asinkron, i shpikur në mënyrë të pavarur në 1885-1887. fizikani italian Ferraris dhe inxhinieri i famshëm kroat Tesla (SHBA). Statori i një motori të tillë është një elektromagnet kompleks që krijon një fushë rrotulluese. Rrotullimi i fushës arrihet duke përdorur një sistem mbështjelljesh në të cilin rrymat janë jashtë fazës. Në rastin më të thjeshtë, mjafton të merret një mbivendosje e dy fushave në drejtime pingule, të zhvendosura në fazë me 90° (Fig. VI.10).

Një fushë e tillë mund të shkruhet si një shprehje komplekse:

i cili paraqet një vektor dydimensional me gjatësi konstante që rrotullohet në drejtim të kundërt të akrepave të orës me një frekuencë bashkë. Edhe pse formula (53.1) është e ngjashme me paraqitjen komplekse rrymë alternative në § 52, saj kuptimi fizik tjera. Në rastin e rrymës alternative, vetëm pjesa reale e shprehjes komplekse kishte një vlerë reale, por këtu sasia komplekse përfaqëson një vektor dydimensional dhe faza e saj nuk është vetëm faza e lëkundjeve të përbërësve të fushës alternative, por karakterizon edhe drejtimin e vektorit të fushës (shih Fig. VI.10).

Në teknologji, zakonisht përdoret pak më shumë qark kompleks rrotullimi i fushës duke përdorur të ashtuquajturën rrymë trefazore, pra tre rryma, fazat e të cilave zhvendosen me 120° në raport me njëra-tjetrën. Këto rryma krijojnë një fushë magnetike në tre drejtime, të rrotulluara njëra në raport me tjetrën në një kënd prej 120° (Fig. VI.11). Vini re se një rrymë e tillë trefazore merret automatikisht në gjeneratorët me një rregullim të ngjashëm të mbështjelljes. U shpik rryma trefazore, e cila është bërë e përhapur në teknologji

Oriz. VI.10. Skema për marrjen e një rrotullimi fushë magnetike.

Oriz. VI.11. Diagrami i motorit asinkron. Për thjeshtësi, rotori tregohet si një kthesë e vetme.

në 1888 nga inxhinieri i shquar elektrik rus Dolivo-Dobrovolsky, i cili ndërtoi linjën e parë teknike të transmetimit të energjisë në botë në Gjermani mbi këtë bazë.

Dredha-dredha e rotorit të një motori asinkron konsiston në rastin më të thjeshtë të kthesave me qark të shkurtër. Një fushë magnetike e alternuar shkakton një rrymë në kthesat që bën që rotori të rrotullohet në të njëjtin drejtim si fusha magnetike. Në përputhje me rregullin e Lenz-it, rotori tenton të "kapë" fushën magnetike rrotulluese. Për një motor të ngarkuar, shpejtësia e rotorit është gjithmonë më e vogël se fusha, pasi ndryshe emf i induktuar dhe rryma në rotor do të bëhej zero. Prandaj emri - motor asinkron.

Detyra 1. Gjeni shpejtësinë e rotorit të një motori asinkron në varësi të ngarkesës.

Ekuacioni për rrymën në një rrotullim të rotorit ka formën

ku është shpejtësia këndore e fushës që rrëshqet në raport me rotorin, karakterizon orientimin e spirales në lidhje me fushën, vendndodhjen e spirales në rotor (Fig. VI.12, a). Duke kaluar në sasi komplekse (shih § 52), marrim zgjidhjen (53.2)

Çift rrotullues që vepron në spirale në të njëjtën fushë magnetike është

Oriz. VI.12. Për problemin e motori asinkron. a - kthesë e mbështjelljes së rotorit në një fushë "rrëshqitëse"; b - karakteristikat e ngarkesës së motorit.

Në mënyrë tipike mbështjellja e rotorit përmban numër i madh rrotullime të shpërndara në mënyrë të njëtrajtshme, në mënyrë që përmbledhja mbi 9 të mund të zëvendësohet nga integrimi, si rezultat marrim për çift rrotullues total në boshtin e motorit

ku është numri i rrotullimeve të rotorit. Grafiku i varësisë është paraqitur në Fig. VI.12, b. Çift rrotullues maksimal korrespondon me frekuencën e rrëshqitjes. Vini re se rezistenca omike e rotorit ndikon vetëm në frekuencën e rrëshqitjes, por jo në çift rrotullues maksimal të motorit. Një frekuencë negative e rrëshqitjes (rotori "kapërcen" fushën) korrespondon me modalitetin e gjeneratorit. Për të ruajtur këtë mënyrë, është e nevojshme të shpenzoni energji të jashtme, e cila shndërrohet në energji elektrike në mbështjelljet e statorit.

Në një çift rrotullues të caktuar, frekuenca e rrëshqitjes është e paqartë, por vetëm modaliteti është i qëndrueshëm

Elementi kryesor i sistemeve të konvertimit dhe transportit të energjisë elektrike është një transformator që ndryshon tensionin e rrymës alternative. Për transmetimin e energjisë elektrike në distanca të gjata, është e dobishme të përdoret tensioni maksimal i mundshëm, i kufizuar vetëm nga prishja e izolimit. Aktualisht, linjat e transmetimit funksionojnë me një tension prej rreth Për një fuqi të caktuar të transmetuar, rryma në linjë është në përpjesëtim të zhdrejtë me tensionin dhe humbjet në linjë bien si katrori i tensionit. Nga ana tjetër, nevojiten tensione dukshëm më të ulëta për të fuqizuar konsumatorët elektrikë, kryesisht për arsye të thjeshtësisë së projektimit (izolimit), si dhe masave paraprake të sigurisë. Prandaj nevoja për transformim të tensionit.

Në mënyrë tipike, një transformator përbëhet nga dy mbështjellje në një bërthamë të përbashkët hekuri (Fig. VI. 13). Një bërthamë hekuri kërkohet në një transformator për të reduktuar fluksin e rrjedhjes dhe rrjedhimisht lidhjen më të mirë të fluksit midis mbështjelljeve. Meqenëse hekuri është gjithashtu një përcjellës, ai transmeton alternim

Oriz. V1.13. Qarku i transformatorit AC.

Oriz. VI.14. Diagrami i rripit Rogowski. Vija e ndërprerë tregon në mënyrë konvencionale rrugën e integrimit.

fushë magnetike vetëm në një thellësi të vogël (shih § 87). Prandaj, bërthamat e transformatorit duhet të bëhen të laminuara, domethënë në formën e një grupi pllakash të holla të izoluara elektrikisht nga njëra-tjetra. Për një frekuencë të energjisë prej 50 Hz, trashësia e zakonshme e pllakës është 0,5 mm. Për transformatorët me frekuenca të larta (në radio inxhinieri) është e nevojshme të përdoren pllaka shumë të holla (mm) ose bërthama ferrit.

Detyra 2. Në çfarë tensioni duhet të izolohen pllakat e bërthamës së transformatorit?

Nëse numri i pllakave në bërthamë dhe voltazhi për kthesë të mbështjelljes së transformatorit, atëherë tensioni midis pllakave ngjitur

Në rastin më të thjeshtë të mungesës së fluksit të humbur, raporti i EMF në të dy mbështjelljet është proporcional me numrin e kthesave të tyre, pasi emf i induktuar për kthesë përcaktohet nga i njëjti fluks në bërthamë. Nëse, përveç kësaj, humbjet në transformator janë të vogla dhe rezistenca e ngarkesës është e madhe, atëherë është e qartë se raporti i tensioneve në mbështjelljet primare dhe sekondare është gjithashtu proporcional. Ky është parimi i funksionimit të një transformatori, i cili bën të mundur ndryshimin e lehtë të tensionit shumë herë.

Detyra 3. Gjeni raportin e transformimit të tensionit në një ngarkesë arbitrare.

Duke neglizhuar humbjet në transformator dhe shpërndarjen (transformatori ideal), e shkruajmë ekuacionin për rrymat në mbështjellje në formë (në njësi SI)

ku është rezistenca komplekse e ngarkesës (shih § 52) dhe shprehja (51.2) përdoret për emf-në e induktuar të një qarku kompleks. Përdorimi i relacionit (51.6); ju mund të gjeni koeficientin e transformimit të tensionit pa zgjidhur ekuacionet (53.6), por thjesht duke i ndarë ato me njëri-tjetrin:

Koeficienti i transformimit rezulton të jetë i barabartë, pra, thjesht me raportin e numrit të kthesave në çdo ngarkesë. Shenja varet nga zgjedhja e fillimit dhe fundit të mbështjelljes.

Për të gjetur raportin aktual të transformimit, duhet të zgjidhni sistemin (53.7), si rezultat i të cilit marrim

Në rastin e përgjithshëm, koeficienti rezulton të jetë një vlerë komplekse, d.m.th., shfaqet një zhvendosje fazore midis rrymave në mbështjellje. Me interes rast i veçantë ngarkesë e ulët Pastaj, d.m.th., raporti i rrymave bëhet i kundërt i raportit të tensioneve.

Kjo mënyrë e funksionimit të transformatorit mund të përdoret për matjen e rrymave të mëdha (transformatori aktual). Rezulton se i njëjti transformim i thjeshtë i rrymave ruhet për një varësi arbitrare të rrymës nga koha me një dizajn të veçantë të transformatorit aktual. Në këtë rast, ai quhet brez Rogowski (Fig. VI.14) dhe është një solenoid fleksibël i mbyllur me formë arbitrare me mbështjellje uniforme. Funksionimi i rripit bazohet në ligjin e ruajtjes së qarkullimit të fushës magnetike (shih § 33): ku integrimi kryhet përgjatë konturit brenda rripit (shih Fig. VI.14), - rryma totale e matur e mbuluar nga rrip. Duke supozuar se dimensionet tërthore të rripit janë mjaft të vogla, ne mund të shkruajmë emf-në e induktuar të induktuar në rrip si më poshtë:

ku është seksioni kryq i rripit dhe është dendësia e mbështjelljes, të dyja vlerat supozohen të jenë konstante përgjatë brezit; brenda rripit, nëse dendësia e mbështjelljes së brezit dhe seksioni i tij kryq 50 janë konstante përgjatë gjatësisë (53.9).

Shndërrim i thjeshtë tensionit elektrik e mundur vetëm për rrymë alternative. Kjo e përcakton të tijën një rol jetësor në industrinë moderne. Në rastet kur kërkohet rrymë direkte, lindin vështirësi të konsiderueshme. Për shembull, në linjat e transmetimit të energjisë në distanca ultra të gjata, përdorimi i rrymës direkte ofron përparësi të konsiderueshme: humbjet e nxehtësisë zvogëlohen, pasi nuk ka efekt të lëkurës (shih § 87) dhe nuk ka rezonancë.

(valë) proceset kalimtare kur ndizni - fikni një linjë transmetimi, gjatësia e së cilës është rreth gjatësisë së valës së rrymës alternative (6000 km për një frekuencë industriale prej 50 Hz). Vështirësia qëndron në korrigjimin e rrymës alternative tension të lartë në njërin skaj të linjës së transmetimit dhe konvertimi i kundërt në tjetrin.

Sot do të flasim për fenomenin e induksionit elektromagnetik. Le të zbulojmë pse u zbulua ky fenomen dhe çfarë përfitimesh solli.

Mëndafshi

Njerëzit gjithmonë janë përpjekur të jetojnë më mirë. Disa mund të mendojnë se kjo është një arsye për të akuzuar njerëzimin për lakmi. Por shpesh po flasim për në lidhje me marrjen e komoditeteve bazë të shtëpisë.

NË Evropën mesjetare dinte të bënte pëlhura leshi, pambuku dhe liri. Dhe në atë kohë njerëzit vuanin nga një tepricë e pleshtave dhe morrave. Në të njëjtën kohë, qytetërimi kinez ka mësuar tashmë se si të endë me mjeshtëri mëndafshin. Rrobat e bëra prej saj i mbanin gjakpirësit larg lëkurës së njeriut. Këmbët e insekteve rrëshqitën përgjatë pëlhurë e lëmuar, dhe morrat ranë. Prandaj, evropianët donin të visheshin me mëndafsh me çdo kusht. Dhe tregtarët menduan se kjo ishte një mundësi tjetër për t'u pasuruar. Prandaj u ndërtua Rruga e Madhe e Mëndafshit.

Kjo ishte mënyra e vetme për t'i dhënë pëlhurën e dëshiruar Evropës së vuajtur. Dhe kaq shumë njerëz u përfshinë në procesin që qytetet u ngritën si rezultat, perandoritë luftuan për të drejtën për të vendosur taksa dhe disa pjesë të rrugës janë ende më të mënyrë e përshtatshme shkoni në vendin e duhur.

Busulla dhe ylli

Malet dhe shkretëtira qëndronin në rrugën e karvanëve me mëndafsh. Ndodhi që karakteri i zonës të mbetej i njëjtë për javë e muaj. Dunat e stepës ua lanë vendin kodrave të ngjashme, njëra kalim pasoi tjetrën. Dhe njerëzit duhej të lundronin disi në mënyrë që të dorëzonin ngarkesën e tyre të vlefshme.

Yjet ishin të parët që erdhën në shpëtim. Duke ditur se çfarë dite ishte sot dhe çfarë yjësish të priste, një udhëtar me përvojë mund të përcaktonte gjithmonë se ku ishte jugu, ku ishte lindja dhe ku të shkonte. Por gjithmonë nuk kishte mjaft njerëz me njohuri të mjaftueshme. Dhe ata nuk dinin si ta numëronin kohën me saktësi në atë kohë. Perëndimi i diellit, lindja e diellit - këto janë të gjitha pikat referuese. Dhe një borë ose stuhi rëre, moti me re përjashtoi edhe mundësinë e shikimit të yllit polar.

Atëherë njerëzit (ndoshta kinezët e lashtë, por shkencëtarët ende po debatojnë për këtë) kuptuan se një mineral gjendet gjithmonë në një mënyrë të caktuar në lidhje me pikat kardinal. Kjo pronë u përdor për të krijuar busullën e parë. Zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik ishte shumë larg, por një fillim ishte bërë.

Nga busulla në magnet

Vetë emri "magnet" kthehet në toponim. Busullat e para ndoshta janë bërë nga xeherori i nxjerrë në kodrat e Magnezisë. Ky rajon ndodhet në Azinë e Vogël. Dhe magnetët dukeshin si gurë të zinj.

Busullat e para ishin shumë primitive. Uji derdhej në një tas ose enë tjetër dhe sipër vendosej një disk i hollë me material lundrues. Dhe një shigjetë e magnetizuar u vendos në qendër të diskut. Njëri skaj gjithmonë drejtohej nga veriu, tjetri në jug.

Është e vështirë të imagjinohet që karvani kursente ujë për busullën ndërsa njerëzit po vdisnin nga etja. Por mos e humbni drejtimin dhe lejoni që njerëzit, kafshët dhe mallrat të arrijnë vend i sigurtë ishte më e rëndësishme se disa jetë të veçanta.

Busullat bënin shumë udhëtime dhe u ndeshën me fenomene të ndryshme natyrore. Nuk është për t'u habitur që fenomeni i induksionit elektromagnetik u zbulua në Evropë, megjithëse minerali magnetik fillimisht u minua në Azi. Në këtë mënyrë të ndërlikuar, dëshira e evropianëve për të fjetur më rehat çoi në një zbulim të madh në fizikë.

Magnetike apo elektrike?

Në fillim të shekullit të nëntëmbëdhjetë, shkencëtarët zbuluan se si të prodhonin rrymë të drejtpërdrejtë. U krijua bateria e parë primitive. Ishte e mjaftueshme për të dërguar një rrymë elektronesh përmes përçuesve metalikë. Falë burimit të parë të energjisë elektrike, u bënë një sërë zbulimesh.

Në vitin 1820, shkencëtari danez Hans Christian Oersted zbuloi se gjilpëra magnetike devijon pranë një përcjellësi të lidhur me rrjetin. Poli pozitiv i busullës është gjithmonë i vendosur në një mënyrë të caktuar në lidhje me drejtimin e rrymës. Shkencëtari kreu eksperimente në të gjitha gjeometritë e mundshme: përcjellësi ishte sipër ose poshtë shigjetës, ato ishin të vendosura paralelisht ose pingul. Rezultati ishte gjithmonë i njëjtë: rryma e ndezur e vuri magnetin në lëvizje. Kështu ishte parashikuar zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Por ideja e shkencëtarëve duhet të konfirmohet me eksperiment. Menjëherë pas eksperimentit të Oersted, fizikani anglez Michael Faraday bëri pyetjen: "Magnetike dhe fushe elektrike Ata thjesht ndikojnë njëri-tjetrin, apo janë më të lidhur? Shkencëtari ishte i pari që testoi supozimin se nëse një fushë elektrike shkakton devijimin e një objekti të magnetizuar, atëherë magneti duhet të gjenerojë një rrymë.

Dizajni eksperimental është i thjeshtë. Tani çdo nxënës shkolle mund ta përsërisë atë. Një tel i hollë metalik ishte mbështjellë në formën e një suste. Skajet e saj ishin të lidhura me një pajisje që regjistronte rrymën. Kur një magnet lëvizte pranë spirales, shigjeta e pajisjes tregonte tensionin e fushës elektrike. Kështu, u krijua ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik.

Vazhdimi i eksperimenteve

Por kjo nuk është gjithçka që bëri shkencëtari. Meqenëse fushat magnetike dhe elektrike janë të lidhura ngushtë, ishte e nevojshme të zbulohej se sa.

Për ta bërë këtë, Faraday furnizoi rrymë në një dredha-dredha dhe e shtyu atë brenda një dredha-dredha tjetër të ngjashme me një rreze më të madhe se e para. Edhe një herë energjia elektrike u induktua. Kështu, shkencëtari vërtetoi: një ngarkesë lëvizëse gjeneron fusha elektrike dhe magnetike në të njëjtën kohë.

Vlen të theksohet se po flasim për lëvizjen e një magneti ose fushe magnetike brenda një laku të mbyllur të një suste. Kjo do të thotë, rrjedha duhet të ndryshojë gjatë gjithë kohës. Nëse kjo nuk ndodh, nuk gjenerohet rrymë.

Formula

Ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik shprehet me formulën

Le të deshifrojmë simbolet.

ε do të thotë emf ose forcë elektromotore. Kjo sasi është skalare (domethënë jo vektoriale) dhe tregon punën që zbatojnë forca ose ligje të caktuara të natyrës për të krijuar një rrymë. Duhet të theksohet se puna duhet të kryhet domosdoshmërisht nga dukuri jo elektrike.

Φ është fluksi magnetik përmes një laku të mbyllur. Kjo vlerë është produkt i dy të tjerave: madhësia e vektorit të induksionit magnetik B dhe zona e lakut të mbyllur. Nëse fusha magnetike nuk vepron rreptësisht pingul me konturin, atëherë produktit i shtohet kosinusi i këndit ndërmjet vektorit B dhe normales në sipërfaqe.

Pasojat e zbulimit

Ky ligj u pasua nga të tjerë. Shkencëtarët e mëvonshëm vendosën varësinë e intensitetit të rrymës elektrike nga fuqia dhe rezistenca në materialin përcjellës. U studiuan veti të reja dhe u krijuan lidhje të jashtëzakonshme. Më në fund, njerëzimi deshifroi strukturën e atomit, u zhyt në misterin e lindjes dhe vdekjes së yjeve dhe zbuloi gjenomin e qenieve të gjalla.

Dhe të gjitha këto arritje kërkonin një sasi të madhe burimesh dhe, mbi të gjitha, energji elektrike. Çdo prodhim apo i madh Kërkimi shkencor u kryen ku tre komponentë ishin në dispozicion: personel i kualifikuar, vetë materiali me të cilin do të punohej dhe energji elektrike e lirë.

Dhe kjo ishte e mundur aty ku forcat e natyrës mund të jepnin moment i madh rrotullimi i rotorit: lumenj me diferenca të mëdha lartësie, lugina me erëra të forta, gabime me energji të tepërt gjeomagnetike.

Pyes veten se çfarë mënyrë moderne marrja e energjisë elektrike nuk është thelbësisht e ndryshme nga eksperimentet e Faradeit. Rotori magnetik rrotullohet shumë shpejt brenda një bobine të madhe teli. Fusha magnetike në mbështjellje ndryshon gjatë gjithë kohës dhe krijohet një rrymë elektrike.

Sigurisht, të zgjedhura dhe materiali më i mirë për magnet dhe përçues, dhe teknologjia e të gjithë procesit është krejtësisht e ndryshme. Por çështja është një gjë: përdoret parimi i zbuluar në sistemin më të thjeshtë.

Dërgoni punën tuaj të mirë në bazën e njohurive është e thjeshtë. Përdorni formularin e mëposhtëm

Studentët, studentët e diplomuar, shkencëtarët e rinj që përdorin bazën e njohurive në studimet dhe punën e tyre do t'ju jenë shumë mirënjohës.

Postuar ne http://www.allbest.ru/

PREZANTIMI

Nuk është rastësi që hapi i parë dhe më i rëndësishëm në zbulimin e kësaj ane të re të ndërveprimeve elektromagnetike u hodh nga themeluesi i konceptit të fushës elektromagnetike - një nga shkencëtarët më të mëdhenj në botë - Michael Faraday (1791-1867) . Faraday ishte absolutisht i sigurt në unitetin e fenomeneve elektrike dhe magnetike. Menjëherë pas zbulimit të Oersted, ai shkroi në ditarin e tij (1821): "Konvertoni magnetizmin në energji elektrike". Që atëherë, Faraday nuk pushoi kurrë së menduari për këtë problem. Thonë se mbante vazhdimisht një magnet në xhepin e jelekut, i cili supozohej t'i kujtonte detyrën që kishte në dorë. Dhjetë vjet më vonë, në 1831, si rezultat i punës së palodhur dhe besimit në sukses, problemi u zgjidh. Ai bëri një zbulim që qëndron në themel të projektimit të të gjithë gjeneratorëve të termocentraleve në botë, të cilët shndërrojnë energjinë mekanike në energji elektrike. Burime të tjera: qelizat galvanike, termo- dhe fotocelat sigurojnë një pjesë të papërfillshme të energjisë së gjeneruar.

Rryma elektrike, arsyeton Faraday, është e aftë të magnetizohet objekte hekuri. Për ta bërë këtë, thjesht vendosni një shufër hekuri brenda spirales. A nuk mundet një magnet, nga ana tjetër, të shkaktojë shfaqjen e një rryme elektrike ose të ndryshojë madhësinë e saj? Për një kohë të gjatë asgjë nuk mund të gjendej.

HISTORIA E ZBULIMIT TE INDUKCIONIT ELEKTROMAGNETIK

Deklarata nga Signors Nobili dhe Antinori nga revista "Antologjia"

« Z. Faraday zbuloi së fundmi klasë e re dukuritë elektrodinamike. Ai paraqiti një kujtim për këtë në Shoqërinë Mbretërore të Londrës, por ky kujtim ende nuk është botuar. Ne dimë për tëvetëm një shënim i raportuar nga z. AChette i Akademisë së Shkencave në Paris26 dhjetor 1831, në bazë të një letre të cilën ai e mori nga vetë z. Faraday.

Ky mesazh e shtyu Kavalierin Antinori dhe mua të përsërisim menjëherë eksperimentin bazë dhe ta studiojmë atë nga këndvështrime të ndryshme. I bëjmë lajka vetes me shpresën që rezultatet që kemi arritur të kenë vlera e njohur, dhe prandaj nxitojmë t'i publikojmë, pa pasur asnjëe mëparshmematerialet, me përjashtim të shënimit që shërbeu pikënisje në kërkimin tonë.»

"Kujtimet e z. Faradei", siç thuhet në shënim, "është i ndarë në katër pjesë.

Në të parën, të titulluar "Ngacmimi i elektricitetit galvanik", gjejmë sa vijon fakti kryesor: Një rrymë galvanike që kalon nëpër një tel metalik prodhon një rrymë tjetër në telin që afrohet; rryma e dytë është e kundërt në drejtim me të parën dhe zgjat vetëm një çast. Nëse hiqet rryma emocionuese, nën ndikimin e saj shfaqet një rrymë në tela që është e kundërt me atë që u shfaq në të në rastin e parë, d.m.th. në të njëjtin drejtim si rryma ngacmuese.

Pjesa e dytë e kujtimeve flet për rrymat elektrike të shkaktuara nga një magnet. Duke i afruar mbështjelljet me magnet, zoti Faraday prodhoi rryma elektrike; Kur u hoqën mbështjelljet, u ngritën rryma të drejtimit të kundërt. Këto rryma veprojnë fuqishëm në galvanometër dhe kalojnë, ndonëse dobët, nëpër shëllirë dhe tretësira të tjera. Nga kjo rezulton se ky shkencëtar, duke përdorur një magnet, ngacmoi rrymat elektrike të zbuluara nga zoti Ampere.

Pjesa e tretë e kujtimeve ka të bëjë me gjendjen themelore elektrike, të cilën zoti Faraday e quan gjendje elektromonike.

Pjesa e katërt flet për një përvojë sa kurioze aq edhe të pazakontë, që i përket zotit Arago; Siç dihet, ky eksperiment konsiston në faktin se një gjilpërë magnetike rrotullohet nën ndikimin e një disku metalik rrotullues. Ai zbuloi se kur një disk metalik rrotullohet nën ndikimin e një magneti, rrymat elektrike mund të shfaqen në sasi të mjaftueshme për të krijuar një makinë të re elektrike nga disku.

TEORIA MODERNE E INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK

Rrymat elektrike krijojnë një fushë magnetike rreth vetes. A nuk mund të shkaktojë një fushë magnetike shfaqjen e një fushe elektrike? Faraday zbuloi eksperimentalisht se kur ndryshonte fluksi magnetik duke shpuar një qark të mbyllur, në të lind një rrymë elektrike. Ky fenomen u quajt induksion elektromagnetik. Rryma që rrjedh nga dukuria e induksionit elektromagnetik quhet induksion. Në mënyrë të rreptë, kur një qark lëviz në një fushë magnetike, nuk është një rrymë e caktuar ajo që gjenerohet, por një EMF i caktuar. Një studim më i detajuar i induksionit elektromagnetik tregoi se emf i induktuar që lind në çdo qark të mbyllur është i barabartë me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik përmes sipërfaqes së kufizuar nga ky qark, marrë me shenjën e kundërt.

Forca elektromotore në qark është rezultat i veprimit të forcave të jashtme, d.m.th. forcat me origjinë jo elektrike. Kur një përcjellës lëviz në një fushë magnetike, roli i forcave të jashtme luhet nga forca Lorentz, nën ndikimin e së cilës ndahen ngarkesat, si rezultat i së cilës shfaqet një ndryshim potencial në skajet e përcjellësit. Emf i induktuar në një përcjellës karakterizon punën e lëvizjes së një njësie ngarkesë pozitive përgjatë dirigjentit.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik qëndron në themel të funksionimit të gjeneratorëve elektrikë. Nëse rrotulloni në mënyrë uniforme një kornizë teli në një fushë magnetike uniforme, lind një rrymë e induktuar, duke ndryshuar periodikisht drejtimin e saj. Edhe një kornizë e vetme që rrotullohet në një fushë magnetike uniforme përbën një gjenerator të rrymës alternative.

STUDIMI EKSPERIMENTAL I FENOMENIT TË INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK

Le të shqyrtojmë eksperimentet klasike të Faradeit, me ndihmën e të cilave u zbulua fenomeni i induksionit elektromagnetik:

Kur një magnet i përhershëm lëviz, ai linjat e energjisë kryqëzojnë kthesat e spirales, gjë që shkakton rrymë e induktuar, kështu që gjilpëra e galvanometrit është e devijuar. Leximet e pajisjes varen nga shpejtësia e lëvizjes së magnetit dhe numri i kthesave të spirales.

Në këtë eksperiment, ne kalojmë një rrymë përmes spirales së parë, e cila krijon një fluks magnetik dhe kur spiralja e dytë lëviz brenda të parës, ndodh një kryqëzim. vijat magnetike, prandaj ndodh një rrymë e induktuar.

Gjatë kryerjes së eksperimentit nr. 2, u regjistrua se në momentin e ndezjes së çelësit, shigjeta e pajisjes devijoi dhe tregoi vlerën e EMF, më pas shigjeta u kthye në pozicionin e saj origjinal. Kur çelësi ishte fikur, shigjeta përsëri devijoi, por në drejtimin tjetër dhe tregoi vlerën e EMF, pastaj u kthye në pozicionin e saj origjinal. Kur çelësi është i ndezur, rryma rritet, por lind një forcë që pengon rritjen e rrymës. Kjo forcë indukton vetveten, prandaj quhet emf i vetë-induktuar. Në momentin e mbylljes ndodh e njëjta gjë, vetëm drejtimi i EMF ka ndryshuar, kështu që shigjeta e pajisjes devijon në drejtim të kundërt.

Kjo përvojë tregon se EMF e induksionit elektromagnetik ndodh kur madhësia dhe drejtimi i rrymës ndryshon. Kjo dëshmon se emf i induktuar, i cili krijon vetë, është shkalla e ndryshimit të rrymës.

Brenda një muaji, Faraday zbuloi eksperimentalisht të gjitha tiparet thelbësore të fenomenit të induksionit elektromagnetik. Ajo që mbeti ishte t'i jepej ligjit një formë të rreptë sasiore dhe të zbulohej plotësisht natyra fizike dukuritë. Vetë Faraday e ka kuptuar tashmë gjënë e përgjithshme nga e cila varet shfaqja e një rryme induksioni në eksperimentet që nga jashtë duken ndryshe.

Në një qark të mbyllur përcjellës, një rrymë lind kur ndryshon numri i linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në sipërfaqen e kufizuar nga ky qark. Ky fenomen quhet induksion elektromagnetik.

Dhe sa më shpejt të ndryshojë numri i linjave të induksionit magnetik, aq më e madhe është rryma që lind. Në këtë rast, arsyeja e ndryshimit të numrit të linjave të induksionit magnetik është krejtësisht indiferente.

Ky mund të jetë një ndryshim në numrin e linjave të induksionit magnetik që shpojnë një përcjellës të palëvizshëm për shkak të një ndryshimi në fuqinë aktuale në një spirale fqinje, ose një ndryshim në numrin e linjave për shkak të lëvizjes së qarkut në një formë jo uniforme. fushë magnetike, dendësia e vijave të së cilës ndryshon në hapësirë.

RREGULLI I LENZIT

Rryma e induksionit e krijuar në përcjellës menjëherë fillon të ndërveprojë me rrymën ose magnetin që e ka krijuar atë. Nëse një magnet (ose një spirale me rrymë) afrohet më afër një përcjellësi të mbyllur, atëherë rryma e induktuar e shfaqur me fushën e saj magnetike domosdoshmërisht e zmbraps magnetin (spiralën). Për të afruar magnetin dhe spiralen, duhet të punohet. Kur hiqet magneti, ndodh tërheqja. Ky rregull ndiqet rreptësisht. Imagjinoni sikur gjërat të ishin ndryshe: ju e shtynit magnetin drejt spirales dhe ai automatikisht do të nxitonte brenda saj. Në këtë rast do të shkelej ligji i ruajtjes së energjisë. Në fund të fundit, energjia mekanike e magnetit do të rritej dhe në të njëjtën kohë do të lindte një rrymë, e cila në vetvete kërkon shpenzimin e energjisë, pasi edhe rryma mund të bëjë punë. Rryma elektrike e induktuar në armaturën e gjeneratorit, duke ndërvepruar me fushën magnetike të statorit, ngadalëson rrotullimin e armaturës. Kjo është arsyeja pse, për të rrotulluar armaturën, duhet bërë punë, aq më e madhe më shumë fuqi aktuale. Për shkak të kësaj pune, lind një rrymë e induktuar. Është interesante të theksohet se nëse fusha magnetike e planetit tonë do të ishte shumë e madhe dhe shumë johomogjene, atëherë lëvizjet e shpejta të trupave përcjellës në sipërfaqen e tij dhe në atmosferë do të ishin të pamundura për shkak të ndërveprimit intensiv të rrymës së shkaktuar në trup me këtë. fushë. Trupat do të lëviznin sikur në një mjedis të dendur viskoz dhe do të nxeheshin shumë. As avionët dhe as raketat nuk mund të fluturonin. Një person nuk mund të lëvizte shpejt as krahët, as këmbët, pasi trupi i njeriut është një përcjellës i mirë.

Nëse spiralja në të cilën induktohet rryma është e palëvizshme në lidhje me bobinën ngjitur me rrymë alternative, si, për shembull, në një transformator, atëherë në këtë rast drejtimi i rrymës së induksionit diktohet nga ligji i ruajtjes së energjisë. Kjo rrymë drejtohet gjithmonë në atë mënyrë që fusha magnetike që krijon tenton të zvogëlojë ndryshimet e rrymës në mbështjelljen parësore.

Zmbrapsja ose tërheqja e një magneti nga një spirale varet nga drejtimi i rrymës së induktuar në të. Prandaj, ligji i ruajtjes së energjisë na lejon të formulojmë një rregull që përcakton drejtimin e rrymës së induksionit. Cili është ndryshimi midis dy eksperimenteve: afrimi i një magneti me spiralen dhe largimi i tij? Në rastin e parë, fluksi magnetik (ose numri i linjave të induksionit magnetik që shpojnë kthesat e spirales) rritet (Fig. a), dhe në rastin e dytë zvogëlohet (Fig. b). Për më tepër, në rastin e parë, linjat e induksionit B" të fushës magnetike të krijuara nga rryma e induktuar që lind në spirale dalin nga skaji i sipërm i spirales, pasi spiralja spraps magnetin, dhe në rastin e dytë, në përkundrazi, ato hyjnë në këtë fund. Këto vija të induksionit magnetik në figurë janë paraqitur me një vizë.

Tani vijmë te gjëja kryesore: me një rritje të fluksit magnetik nëpër kthesat e spirales, rryma e induktuar ka një drejtim të tillë që fusha magnetike që krijon parandalon rritjen e fluksit magnetik përmes kthesave të spirales. Në fund të fundit, vektori i induksionit të kësaj fushe drejtohet kundër vektorit të induksionit të fushës, një ndryshim në të cilin gjenerohet një rrymë elektrike. Nëse fluksi magnetik përmes spirales dobësohet, atëherë rryma e induktuar krijon një fushë magnetike me induksion, duke rritur fluksin magnetik përmes kthesave të spirales.

Ky është thelbi rregull i përgjithshëm përcaktimi i drejtimit të rrymës së induksionit, i cili është i zbatueshëm në të gjitha rastet. Ky rregull u vendos nga fizikani rus E.X. Lentz (1804-1865).

Sipas rregullit të Lenz-it, rryma e induktuar që lind në një qark të mbyllur ka një drejtim të tillë që fluksi magnetik i krijuar prej tij përmes sipërfaqes së kufizuar nga qarku tenton të parandalojë ndryshimin e fluksit që gjeneron kjo rrymë. Ose, rryma e induktuar ka një drejtim të tillë që ndërhyn me shkakun që e shkakton atë.

Në rastin e superpërçuesve, kompensimi për ndryshimet në fluksin e jashtëm magnetik do të jetë i plotë. Fluksi i induksionit magnetik nëpër një sipërfaqe të kufizuar nga një qark superpërcjellës nuk ndryshon fare me kalimin e kohës në asnjë kusht.

LIGJI I INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK

induksion elektromagnetik faraday lenz

Eksperimentet e Faradeit treguan se forca e rrymës së induksionit I i në një qark përcjellës është proporcional me shpejtësinë e ndryshimit të numrit të linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në sipërfaqen e kufizuar nga ky qark. Kjo deklaratë mund të formulohet më saktë duke përdorur konceptin e fluksit magnetik.

Fluksi magnetik interpretohet qartë si numri i linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në një sipërfaqe me një sipërfaqe prej S. Prandaj, shkalla e ndryshimit të këtij numri nuk është asgjë më shumë se shkalla e ndryshimit të fluksit magnetik. Nëse në një kohë të shkurtër D t fluksi magnetik ndryshon në D F, atëherë shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik është e barabartë.

Prandaj, deklarata, e cila rrjedh drejtpërdrejt nga përvoja, mund të formulohet si më poshtë:

forca e rrymës së induksionit është proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga kontura:

Le të kujtojmë se një rrymë elektrike lind në një qark kur forcat e jashtme veprojnë në ngarkesa të lira. Puna e bërë nga këto forca kur lëviz një ngarkesë e vetme pozitive përgjatë një laku të mbyllur quhet forcë elektromotore. Rrjedhimisht, kur fluksi magnetik ndryshon nëpër një sipërfaqe të kufizuar nga një kontur, në të shfaqen forca të jashtme, veprimi i të cilave karakterizohet nga një emf, i quajtur emf i induktuar. Le ta shënojmë me shkronjë E i.

Ligji i induksionit elektromagnetik është formuluar posaçërisht për EMF, dhe jo për rrymë. Me këtë formulim, ligji shpreh thelbin e fenomenit, i cili nuk varet nga vetitë e përcjellësve në të cilët ndodh rryma e induksionit.

Sipas ligjit të induksionit elektromagnetik (EMF), emf i induktuar në një lak të mbyllur është i barabartë në madhësi me shkallën e ndryshimit të fluksit magnetik përmes sipërfaqes së kufizuar nga lak:

Si të merret parasysh drejtimi i rrymës së induktuar (ose shenja e emf-së së induktuar) në ligjin e induksionit elektromagnetik në përputhje me rregullin e Lenz-it?

Figura tregon një kontur të mbyllur. Ne do ta konsiderojmë drejtimin e kalimit të qarkut në drejtim të kundërt të akrepave të orës si pozitiv. Normalja në kontur formon një vidë të djathtë me drejtimin e anashkalimit. Shenja e EMF, d.m.th., puna specifike, varet nga drejtimi i forcave të jashtme në lidhje me drejtimin e anashkalimit të qarkut.

Nëse këto drejtime përkojnë, atëherë E i > 0 dhe në përputhje me rrethanat I i > 0. Përndryshe, emf dhe rryma janë negative.

Lëreni induksionin magnetik të fushës magnetike të jashtme të drejtohet përgjatë normales në kontur dhe të rritet me kalimin e kohës. Pastaj F> 0 dhe > 0. Sipas rregullit të Lenz-it, rryma e induktuar krijon një fluks magnetik F" < 0. Линии индукции B Fusha magnetike e rrymës së induksionit është paraqitur në figurë me një vijë të ndërprerë. Prandaj, rryma e induksionit I i drejtohet në drejtim të akrepave të orës (kundër drejtimit pozitiv të anashkalimit) dhe emf i induktuar është negativ. Prandaj, ligji i induksionit elektromagnetik duhet të ketë një shenjë minus:

NË Sistemi ndërkombëtar njësitë, ligji i induksionit elektromagnetik përdoret për të vendosur njësinë e fluksit magnetik. Kjo njësi quhet Weber (Wb).

Që nga emf i induktuar E i shprehet në volt, dhe koha në sekonda, atëherë nga ligji EMR i Weber mund të përcaktohet si më poshtë:

Fluksi magnetik nëpër një sipërfaqe të kufizuar nga një lak i mbyllur është i barabartë me 1 Wb nëse, me një ulje uniforme të këtij fluksi në zero në 1 s, në lak shfaqet një emf i induktuar i barabartë me 1 V: 1 Wb = 1 V 1 s.

ZBATIMI PRAKTIK I FENOMENIT TË INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK

Transmetimi

Një fushë magnetike e alternuar e ngacmuar nga një rrymë në ndryshim krijon një fushë elektrike në hapësirën përreth, e cila nga ana tjetër ngacmon një fushë magnetike, etj. Duke gjeneruar reciprokisht njëra-tjetrën, këto fusha formojnë një fushë të vetme elektromagnetike alternative - valë elektromagnetike. Pasi u ngrit në vendin ku ka një tel që mbart rrymë, fusha elektromagnetike përhapet nëpër hapësirë ​​me shpejtësinë e dritës -300,000 km/s.

Magnetoterapia

Në spektrin e frekuencës vende te ndryshme zënë valët e radios, dritën, rrezet x dhe të tjera rrezatimi elektromagnetik. Ato zakonisht karakterizohen nga fusha elektrike dhe magnetike të lidhura vazhdimisht.

Sinkrofazotronet

Aktualisht, një fushë magnetike kuptohet si formë e veçantë lëndë e përbërë nga grimca të ngarkuara. Në fizikën moderne, rrezet e grimcave të ngarkuara përdoren për të depërtuar thellë në atome për t'i studiuar ato. Forca me të cilën një fushë magnetike vepron në një grimcë të ngarkuar në lëvizje quhet forca e Lorencit.

Matësit e rrjedhës - numërues

Metoda bazohet në zbatimin e ligjit të Faradeit për një përcjellës në një fushë magnetike: në një rrjedhë të lëngut përçues elektrik që lëviz në një fushë magnetike, një EMF induktohet, proporcionale me shpejtësinë e rrjedhës, e konvertuar nga pjesa elektronike në një elektrike. sinjal analog/dixhital.

Gjenerator DC

Në modalitetin e gjeneratorit, armatura e makinës rrotullohet nën ndikimin e një çift rrotullues të jashtëm. Midis poleve të statorit ekziston një fluks magnetik i vazhdueshëm që depërton në armaturë. Përçuesit e mbështjelljes së armaturës lëvizin në një fushë magnetike dhe, për këtë arsye, në to induktohet një EMF, drejtimi i të cilit mund të përcaktohet nga rregulli " dora e djathtë". Në këtë rast, një potencial pozitiv lind në një furçë në lidhje me të dytën. Nëse një ngarkesë është e lidhur me terminalet e gjeneratorit, atëherë rryma do të rrjedhë përmes saj.

Fenomeni EMR përdoret gjerësisht në transformatorë. Le të hedhim një vështrim më të afërt në këtë pajisje.

TRANSFORMATORËT

Transformator (nga latinishtja transformo - transformim) - një pajisje elektromagnetike statike që ka dy ose më shumë mbështjellje të lidhura në mënyrë induktive dhe e projektuar për të transformuar, nëpërmjet induksionit elektromagnetik, një ose më shumë sisteme të rrymës alternative në një ose më shumë sisteme të tjera të rrymës alternative.

Shpikësi i transformatorit është shkencëtari rus P.N. Yablochkov (1847 - 1894). Në 1876 Yablochkov përdori spirale induksioni me dy mbështjellje si transformator për të fuqizuar qirinjtë elektrikë që ai shpiku. Transformatori i Yablochkov kishte një bërthamë të hapur. Transformatorët me bërthamë të mbyllur, të ngjashëm me ata që përdoren sot, u shfaqën shumë më vonë, në 1884. Me shpikjen e transformatorit, interesi teknik lindi për rrymë alternative, e cila nuk ishte përdorur deri në atë kohë.

Transformatorët përdoren gjerësisht në transmetim energji elektrike në distanca të gjata, shpërndarja e tij midis marrësve, si dhe në pajisje të ndryshme korrigjuese, amplifikuese, sinjalizuese dhe të tjera.

Shndërrimi i energjisë në një transformator kryhet nga një fushë magnetike alternative. Një transformator është një bërthamë e bërë nga pllaka të holla çeliku të izoluara nga njëra-tjetra, mbi të cilën vendosen dy dhe nganjëherë më shumë mbështjellje (mbështjellje) teli të izoluar. Dredha-dredha me të cilën lidhet burimi i energjisë elektrike të rrymës alternative quhet dredha-dredha parësore, mbështjelljet e mbetura quhen sekondare.

Nëse dredha-dredha dytësore e një transformatori ka tre herë më shumë rrotullime se mbështjellja kryesore, atëherë fusha magnetike e krijuar në bërthamë nga mbështjellja parësore, duke kaluar kthesat e mbështjelljes dytësore, do të krijojë trefishin e tensionit në të.

Duke përdorur një transformator me një raport të kundërt të kthesave, po aq lehtë mund të merrni një tension të reduktuar.

Urreshtimi i një transformatori ideal

Një transformator ideal është një transformator që nuk ka humbje energjie për shkak të ngrohjes së mbështjelljes dhe nuk ka rrjedhje rrjedhje nga mbështjelljet. Në një transformator ideal, të gjitha linjat e forcës kalojnë nëpër të gjitha kthesat e të dy mbështjelljeve, dhe meqenëse fusha magnetike e ndryshueshme prodhon të njëjtën emf në çdo kthesë, emf total i induktuar në mbështjellje është në proporcion me numrin total të rrotullimeve të tij. Një transformator i tillë transformon të gjithë energjinë hyrëse nga qarku primar në një fushë magnetike dhe më pas në energjinë e qarkut dytësor. Në këtë rast, energjia hyrëse është e barabartë me energjinë e konvertuar:

Ku P1 është vlera e menjëhershme e fuqisë së furnizuar transformatorit që vjen nga qarku primar,

P2 është vlera e menjëhershme e fuqisë së konvertuar nga transformatori që hyn në qarkun sekondar.

Duke kombinuar këtë ekuacion me raportin e tensioneve në skajet e mbështjelljes, marrim ekuacionin e një transformatori ideal:

Kështu, ne zbulojmë se me rritjen e tensionit në skajet e mbështjelljes dytësore U2, rryma e qarkut sekondar I2 zvogëlohet.

Për të kthyer rezistencën e një qarku në rezistencën e një tjetri, duhet të shumëzoni vlerën me katrorin e raportit. Për shembull, rezistenca Z2 është e lidhur me skajet e mbështjelljes dytësore, vlera e reduktuar e saj në qarkun primar do të jetë

Ky rregull vlen edhe për qarkun sekondar:

Përcaktimi në diagrame

Në diagrame, transformatori është caktuar si më poshtë:

Linja e trashë qendrore korrespondon me bërthamën, 1 është dredha-dredha kryesore (zakonisht në të majtë), 2,3 janë mbështjelljet dytësore. Numri i gjysmërrethave në një përafrim të përafërt simbolizon numrin e kthesave të dredha-dredha (më shumë kthesa - më shumë gjysmërreth, por pa proporcionalitet të rreptë).

APLIKIMI I TRANSFORMATORËVE

Transformatorët përdoren gjerësisht në industri dhe jetën e përditshme për qëllime të ndryshme:

1. Për transmetimin dhe shpërndarjen e energjisë elektrike.

Në mënyrë tipike, në termocentralet, gjeneratorët e rrymës alternative gjenerojnë energji elektrike në një tension prej 6-24 kV dhe transmetojnë energji elektrike në distanca të gjata e dobishme në tensione dukshëm më të larta (110, 220, 330, 400, 500 dhe 750 kV). Prandaj, në çdo termocentral instalohen transformatorë për të rritur tensionin.

Shpërndarja e energjisë elektrike ndërmjet ndërmarrjeve industriale, vendbanimeve, qyteteve dhe zonat rurale, si dhe brenda ndërmarrjeve industriale, prodhohet nëpërmjet linjave ajrore dhe kabllore, në tensione 220, 110, 35, 20, 10 dhe 6 kV. Prandaj, në të gjitha nyjet e shpërndarjes duhet të instalohen transformatorë për të ulur tensionin në 220, 380 dhe 660 V

2. Për të siguruar qarkun e kërkuar për ndezjen e valvulave në pajisjet e konvertuesit dhe përputhjen e tensionit në dalje dhe hyrje të konvertuesit. Transformatorët e përdorur për këto qëllime quhen konvertues.

3. Për qëllime të ndryshme teknologjike: saldim ( transformatorë saldimi), furnizimi me energji elektrike për instalimet elektrotermale (transformatorët e furrave elektrike) etj.

4. Për fuqizimin e qarqeve të ndryshme të radio pajisjeve, pajisjeve elektronike, pajisjeve të komunikimit dhe automatizimit, pajisjeve elektrike shtëpiake, për ndarjen e qarqeve elektrike. elemente të ndryshme pajisjet e specifikuara, për përputhjen e tensionit, etj.

5. Të përfshijë instrumentet matëse elektrike dhe disa pajisje (rele etj.) në qarqet elektrike të tensionit të lartë ose në qarqet nëpër të cilat kalojnë rryma të mëdha, për të zgjeruar kufijtë e matjes dhe për të garantuar sigurinë elektrike. Transformatorët e përdorur për këto qëllime quhen transformatorë matës.

PËRFUNDIM

Fenomeni i induksionit elektromagnetik dhe rastet e veçanta të tij përdoren gjerësisht në inxhinierinë elektrike. Për të kthyer energjinë mekanike në energji elektrike, ato përdoren gjeneratorë sinkron . Transformatorët përdoren për të rritur ose ulur tensionin AC. Përdorimi i transformatorëve bën të mundur transferimin ekonomik të energjisë elektrike nga termocentralet në nyjet e konsumit.

BIBLIOGRAFI:

1. Kursi i fizikës, Libër mësuesi për universitetet. T.I. Trofimova, 2007.

2. Bazat e teorisë së qarkut, G.I. Atabekov, Lan, Shën Petersburg, M., Krasnodar, 2006.

3. Makina elektrike, L.M. Piotrovsky, L., "Energjia", 1972.

4. Transformatorët e fuqisë. Libër referencë / Ed. S.D. Lizunova, A.K. Lokhanina. M.: Energoizdat 2004.

5. Projektimi i transformatorëve. A.V. Sapozhnikov. M.: Gosenergoizdat. 1959.

6. Llogaritja e transformatorëve. Libër mësuesi për universitetet. P.M. Tikhomirov. M.: Energjia, 1976.

7. Fizika -tutorial për shkollat ​​teknike, autori V.F. Dmitrieva, botimi i Moskës" shkollë e diplomuar" 2004.

Postuar në Allbest.ru

Dokumente të ngjashme

    Konceptet e përgjithshme, historia e zbulimit të induksionit elektromagnetik. Koeficienti i proporcionalitetit në ligjin e induksionit elektromagnetik. Ndryshimi i fluksit magnetik duke përdorur shembullin e pajisjes Lenz. Induktiviteti i solenoidit, llogaritja e densitetit të energjisë së fushës magnetike.

    leksion, shtuar 10/10/2011

    Historia e zbulimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik. Studimi i varësisë së fluksit magnetik nga induksioni magnetik. Zbatimi praktik i fenomenit të induksionit elektromagnetik: transmetim radio, magnetoterapi, sinkrofazotrone, gjeneratorë elektrikë.

    abstrakt, shtuar 15.11.2009

    Puna e lëvizjes së një përcjellësi me rrymë në një fushë magnetike. Studimi i dukurisë së induksionit elektromagnetik. Metodat për prodhimin e rrymës së induktuar në një fushë magnetike konstante dhe alternative. Natyra e forcës elektromotore të induksionit elektromagnetik. Ligji i Faradeit.

    prezantim, shtuar 24.09.2013

    Induksioni elektromagnetik- fenomeni i krijimit të një fushe elektrike vorbull nga një fushë magnetike e alternuar. Historia e zbulimit të këtij fenomeni nga Michael Faraday. Gjenerator i rrymës alternative me induksion. Formula për përcaktimin e forcës elektromotore të induksionit.

    abstrakt, shtuar më 13.12.2011

    Induksioni elektromagnetik. Ligji i Lenz-it, forca elektromotore. Metodat për matjen e induksionit magnetik dhe tensionit magnetik. Rrymat vorbull (rrymat e Foucault). Rrotullimi i kornizës në një fushë magnetike. Vetë-induksion, rrymë kur mbyllni dhe hapni një qark. Induksioni i ndërsjellë.

    puna e kursit, shtuar 25.11.2013

    Makinat elektrike, si ato në të cilat shndërrimi i energjisë ndodh si rezultat i fenomenit të induksionit elektromagnetik, historia dhe fazat kryesore të zhvillimit, arritjet në këtë fushë. Krijimi i një motori elektrik me mundësi aplikimi praktik.

    abstrakt, shtuar 21.06.2012

    Karakteristikat e fushës elektrike të vorbullës. Shpjegimi analitik i fakteve eksperimentale. Ligjet e induksionit elektromagnetik dhe Ohm. Dukuritë e rrotullimit të rrafshit të polarizimit të dritës në një fushë magnetike. Metodat për prodhimin e rrymës së induksionit. Zbatimi i rregullit të Lenz-it.

    prezantim, shtuar 19.05.2014

    Fëmijëria dhe rinia e Michael Faraday. Fillimi i punës në Institutin Mbretëror. Studimet e para të pavarura të M. Faraday. Ligji i induksionit elektromagnetik, elektroliza. Sëmundja e Faradeit, punë eksperimentale e fundit. Rëndësia e zbulimeve të M. Faradeit.

    abstrakt, shtuar 06/07/2012

    Një skicë e shkurtër e jetës, zhvillimit personal dhe krijues të fizikantit të madh anglez Michael Faraday. Hulumtimi i Faradeit në fushën e elektromagnetizmit dhe zbulimi i tij i fenomenit të induksionit elektromagnetik, formulimi i ligjit. Eksperimentet me energjinë elektrike.

    abstrakt, shtuar 23.04.2009

    Periudha shkollimi Michael Faraday, hulumtimi i tij i parë i pavarur (eksperimentet në shkrirjen e çeliqeve që përmbajnë nikel). Krijimi nga një fizikan anglez i modelit të parë të një motori elektrik, zbulimi i induksionit elektromagnetik dhe ligjet e elektrolizës.

Khudoley Andrey, Khnykov Igor

Zbatimi praktik i dukurisë së induksionit elektromagnetik.

Shkarko:

Pamja paraprake:

Për të përdorur pamjet paraprake të prezantimit, krijoni një llogari për veten tuaj ( llogari) Google dhe identifikohu: https://accounts.google.com


Titrat e rrëshqitjes:

Induksioni elektromagnetik në teknologjinë moderne Kryhet nga studentët e klasës 11 "A" MOUSOSH Nr. 2 të qytetit të Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey

Fenomeni i induksionit elektromagnetik u zbulua më 29 gusht 1831 nga Michael Faraday. Fenomeni i induksionit elektromagnetik konsiston në shfaqjen e një rryme elektrike në një qark përçues, i cili ose është në qetësi në një fushë magnetike që ndryshon nga koha ose lëviz në një fushë magnetike konstante në atë mënyrë që numri i linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në ndryshimet e qarkut.

EMF e induksionit elektromagnetik në një lak të mbyllur është numerikisht i barabartë dhe i kundërt në shenjë me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky lak. Drejtimi i rrymës së induktuar (si dhe madhësia e EMF) konsiderohet pozitive nëse përkon me drejtimin e zgjedhur të anashkalimit të qarkut.

Eksperimenti i Faradeit: një magnet i përhershëm futet ose hiqet nga një spirale e lidhur me një galvanometër. Kur një magnet lëviz, një rrymë elektrike lind në qark Brenda një muaji, Faraday zbuloi eksperimentalisht të gjitha tiparet thelbësore të fenomenit të induksionit elektromagnetik. Në ditët e sotme, çdokush mund të kryejë eksperimentet e Faradeit.

burimet kryesore fushë elektromagnetike Burimet kryesore të fushës elektromagnetike mund të identifikohen: Linjat e energjisë elektrike. Instalimet elektrike (brenda ndërtesave dhe strukturave). pajisje elektrike shtëpiake. Kompjuterët personalë. Stacionet e transmetimit televiziv dhe radio. Komunikimet satelitore dhe celulare (pajisje, përsëritës). Transporti elektrik. Instalimet e radarit.

Linjat e energjisë Telat e një linje elektrike të punës krijojnë një fushë elektromagnetike me frekuencë industriale (50 Hz) në hapësirën ngjitur (në distanca të rendit dhjetëra metra nga teli). Për më tepër, forca e fushës pranë linjës mund të ndryshojë brenda kufijve të gjerë, në varësi të ngarkesës së saj elektrike. Në fakt, kufijtë e zonës së mbrojtjes sanitare vendosen përgjatë vijës kufitare të fuqisë maksimale të fushës elektrike, e cila është 1 kV/m, më e largëta nga telat.

Instalimet elektrike Telat elektrike përfshijnë: kabllot e furnizimit me energji elektrike për ndërtimin e sistemeve të mbështetjes së jetës, telat e shpërndarjes së rrymës, si dhe bordet e degëve, kutitë e energjisë dhe transformatorët. Instalimet elektrike janë burimi kryesor i fushave elektromagnetike të frekuencës industriale në ambientet e banimit. Në këtë rast, niveli i fuqisë së fushës elektrike të emetuar nga burimi është shpesh relativisht i ulët (nuk i kalon 500 V/m).

Pajisjet elektrike shtëpiake Burimet e fushave elektromagnetike janë të gjitha pajisjet shtëpiake që funksionojnë duke përdorur rrymë elektrike. Në këtë rast, niveli i rrezatimit ndryshon brenda kufijve të gjerë në varësi të modelit, modelit të pajisjes dhe mënyrës specifike të funksionimit. Gjithashtu, niveli i rrezatimit varet fuqimisht nga konsumi i energjisë i pajisjes - sa më i lartë të jetë fuqia, aq më i lartë është niveli i fushës elektromagnetike gjatë funksionimit të pajisjes. Forca e fushës elektrike pranë pajisjeve elektrike shtëpiake nuk i kalon dhjetëra V/m.

Kompjuterët personal Burimi kryesor i efekteve negative në shëndetin e një përdoruesi kompjuteri është pajisja e ekranit vizual (VDI) e monitorit. Përveç monitorit dhe njësisë së sistemit, mund të përfshijë edhe një kompjuter personal nje numer i madh i pajisje të tjera (të tilla si printera, skanerë, filtrat e rrjetit dhe kështu me radhë.). Të gjitha këto pajisje funksionojnë duke përdorur rrymë elektrike, që do të thotë se janë burime të një fushe elektromagnetike.

Fusha elektromagnetike e kompjuterëve personalë ka një përbërje valore dhe spektrale shumë komplekse dhe është e vështirë të matet dhe të përcaktohet sasia. Ka komponentë magnetikë, elektrostatikë dhe rrezatues (në veçanti, potenciali elektrostatik i një personi të ulur përpara një monitori mund të variojë nga –3 në +5 V). Duke marrë parasysh faktin se kompjuterët personalë tani përdoren në mënyrë aktive në të gjitha industritë veprimtaria njerëzore, ndikimi i tyre në shëndetin e njeriut i nënshtrohet studimit dhe kontrollit të kujdesshëm

Stacionet e transmetimit televiziv dhe radio Një numër i konsiderueshëm i stacioneve të transmetimit radio dhe qendrave të përkatësive të ndryshme ndodhen aktualisht në territorin e Rusisë. Stacionet dhe qendrat e transmetimit janë të vendosura në zona të përcaktuara posaçërisht dhe mund të zënë zona mjaft të mëdha (deri në 1000 hektarë). Sipas strukturës së tyre ato përfshijnë një ose më shumë ndërtesa teknike, ku ndodhen transmetuesit e radios, dhe fushat e antenave në të cilat ndodhen deri në disa dhjetëra sisteme ushqyese antenash (AFS). Çdo sistem përfshin një antenë transmetuese dhe një linjë furnizimi që furnizon sinjalin e transmetimit.

Komunikimet satelitore Sistemet e komunikimit satelitor përbëhen nga një stacion transmetues në Tokë dhe nga satelitët transmetues në orbitë. Stacionet transmetuese të komunikimit satelitor lëshojnë një rreze vale të drejtuar ngushtë, dendësia e fluksit të energjisë së së cilës arrin qindra W/m. Sistemet e komunikimit satelitor krijojnë fuqi të larta të fushës elektromagnetike në distanca të konsiderueshme nga antenat. Për shembull, një stacion 225 kW që funksionon në një frekuencë prej 2,38 GHz krijon një densitet të fluksit të energjisë prej 2,8 W/m2 në një distancë prej 100 km. Shpërndarja e energjisë në lidhje me rrezen kryesore është shumë e vogël dhe ndodh mbi të gjitha në zonën ku ndodhet drejtpërdrejt antena.

Komunikimet celulare Radiotelefonia celulare është një nga sistemet e telekomunikacionit me zhvillim më të shpejtë sot. Elementet kryesore të sistemit komunikimi celular janë stacionet bazë dhe radiotelefonat celularë. Stacionet bazë mbajnë komunikim radio me pajisjet mobile, si rezultat i të cilave ato janë burime të fushave elektromagnetike. Sistemi përdor parimin e ndarjes së zonës së mbulimit në zona, ose të ashtuquajturat "qeliza", me një rreze prej km.

Intensiteti i rrezatimit Stacioni baze përcaktohet nga ngarkesa, domethënë prania e pronarëve telefonat celularë në zonën e shërbimit të një stacioni bazë të veçantë dhe dëshirën e tyre për të përdorur telefonin për një bisedë, e cila, nga ana tjetër, varet rrënjësisht nga ora e ditës, vendndodhja e stacionit, dita e javës dhe faktorë të tjerë. Natën, ngarkesa e stacionit është pothuajse zero. Intensiteti i rrezatimit nga pajisjet celulare varet në një masë të madhe nga gjendja e kanalit të komunikimit "radiotelefon celular - stacion bazë" (sa më e madhe të jetë distanca nga stacioni bazë, aq më i lartë është intensiteti i rrezatimit të pajisjes).

Transporti elektrik Transporti elektrik (trolejbusët, tramvajet, trenat e metrosë, etj.) është një burim i fuqishëm i fushës elektromagnetike në diapazonin e frekuencës Hz. Në këtë rast, në shumicën dërrmuese të rasteve, roli i emetuesit kryesor luhet nga motori elektrik tërheqës (për trolejbusët dhe tramvajet, pantografët ajror konkurrojnë me motorin elektrik për sa i përket intensitetit të fushës elektrike të emetuar).

Instalimet e radarit Instalimet e radarëve dhe radarëve zakonisht kanë antena të llojit reflektor ("enë") dhe lëshojnë një rreze radioje me drejtim të ngushtë. Lëvizja periodike e antenës në hapësirë ​​çon në ndërprerje hapësinore të rrezatimit. Vërehet gjithashtu ndërprerje e përkohshme e rrezatimit, për shkak të funksionimit ciklik të radarit në rrezatim. Ato funksionojnë në frekuenca nga 500 MHz deri në 15 GHz, por disa instalime speciale mund të funksionojnë në frekuenca deri në 100 GHz ose më shumë. Për shkak të natyrës së veçantë të rrezatimit, ato mund të krijojnë zona me një densitet të lartë të fluksit të energjisë (100 W/m2 ose më shumë).

Detektorët e metaleve Teknologjikisht, parimi i funksionimit të një detektori metalik bazohet në fenomenin e regjistrimit të një fushe elektromagnetike që krijohet rreth çdo objekti metalik kur vendoset në një fushë elektromagnetike. Kjo fushë elektromagnetike dytësore ndryshon si në intensitet (forca e fushës) ashtu edhe në parametra të tjerë. Këto parametra varen nga madhësia e objektit dhe përçueshmëria e tij (ari dhe argjendi kanë përçueshmëri shumë më të mirë se, për shembull, plumbi) dhe, natyrisht, nga distanca midis antenës së detektorit metalik dhe vetë objektit (thellësia).

Teknologjia e mësipërme përcaktoi përbërjen e detektorit metalik: ai përbëhet nga katër blloqe kryesore: një antenë (nganjëherë antenat emetuese dhe marrëse janë të ndryshme, dhe nganjëherë është e njëjta antenë), një njësi përpunimi elektronik, një njësi dalëse informacioni (vizuale - Ekrani LCD ose treguesi i numrit dhe audio - foletë e altoparlantëve ose foletë e kufjeve) dhe furnizimi me energji elektrike.

Detektorët e metaleve janë: Kërkimi Inspektimi Për qëllime ndërtimi

Kërkimi Ky detektor metalik është krijuar për të kërkuar të gjitha llojet e objekteve metalike. Si rregull, këto janë modelet më të mëdha në madhësi, kosto dhe, natyrisht, për sa i përket funksioneve që kryejnë. Kjo për faktin se ndonjëherë është e nevojshme të gjenden objekte në një thellësi deri në disa metra në trashësinë e tokës. Një antenë e fuqishme është e aftë të krijojë një nivel të lartë të fushës elektromagnetike dhe të zbulojë edhe rrymat më të vogla në thellësi të mëdha me ndjeshmëri të lartë. Për shembull, një detektor metalik i kërkimit zbulon një monedhë metalike në një thellësi prej 2-3 metrash në trashësinë e tokës, e cila mund të përmbajë edhe komponime gjeologjike me ngjyra.

Pajisjet e inspektimit Përdoren nga shërbimet e inteligjencës, doganierët dhe oficerët e sigurimit të organizatave të ndryshme për të kërkuar objekte metalike (armë, Metale te cmuar, telat e mjeteve shpërthyese, etj.) të fshehura në trupin dhe veshjet e një personi. Këta detektorë metalikë dallohen nga kompaktësia, lehtësia e përdorimit dhe prania e mënyrave të tilla si dridhja e heshtur e dorezës (në mënyrë që personi që kontrollohet të mos e dijë që punonjësi që kryen kërkimin ka gjetur diçka). Gama e zbulimit (thellësia) e monedhave rubla në detektorë të tillë metalikë arrin 10-15 cm.

Gjithashtu përdoren gjerësisht detektorët metalikë me hark, të cilët në pamje ngjajnë me një hark dhe kërkojnë që një person të kalojë nëpër të. Antenat ultra të ndjeshme janë vendosur përgjatë mureve të tyre vertikale, të cilat zbulojnë objekte metalike në të gjitha nivelet e rritjes njerëzore. Zakonisht ato vendosen para vendeve të argëtimit kulturor, në banka, institucione etj. tipar kryesor Detektorë metalikë të harkuar - ndjeshmëri e lartë (e rregullueshme) dhe shpejtësi e lartë e përpunimit të rrjedhës së njerëzve.

Për qëllime ndërtimi Kjo klasë e detektorëve metalikë, duke përdorur alarmet e zërit dhe dritës, i ndihmon ndërtuesit të gjejnë tuba metalikë, elementë strukturorë ose lëvizës të vendosur si në trashësinë e mureve ashtu edhe pas ndarjeve dhe paneleve false. Disa detektorë metalikë për qëllime ndërtimi shpesh kombinohen në një pajisje me detektorë dizajn druri, detektorë tensioni në tela të ndezur, detektorë rrjedhjeje etj.

Ne tashmë e dimë se një rrymë elektrike që lëviz nëpër një përcjellës krijon një fushë magnetike rreth tij. Bazuar në këtë fenomen, njeriu shpiku dhe përdor gjerësisht një shumëllojshmëri të gjerë të elektromagnetëve. Por lind pyetja: nëse ngarkesat elektrike, kur lëvizin, shkaktojnë shfaqjen e një fushe magnetike, a nuk funksionon kjo edhe anasjelltas?

Domethënë, a mundet një fushë magnetike të shkaktojë shfaqjen e një rryme elektrike në një përcjellës? Në 1831, Michael Faraday e vendosi atë në një qark të mbyllur përcjellës qark elektrik Kur fusha magnetike ndryshon, ndodh një rrymë elektrike. Një rrymë e tillë quhet rrymë induksioni, dhe dukuria e shfaqjes së një rryme në një qark të mbyllur përcjellës kur fusha magnetike që depërton në këtë qark quhet induksion elektromagnetik.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik

Vetë emri "elektromagnetik" përbëhet nga dy pjesë: "elektro" dhe "magnetike". Dukuritë elektrike dhe magnetike janë të lidhura pazgjidhshmërisht me njëra-tjetrën. Dhe nëse ngarkesat elektrike, duke lëvizur, ndryshojnë fushën magnetike rreth tyre, atëherë fusha magnetike, duke ndryshuar, në mënyrë të pashmangshme do t'i detyrojë ngarkesat elektrike të lëvizin, duke formuar një rrymë elektrike.

Në këtë rast, është ndryshimi i fushës magnetike që shkakton gjenerimin e rrymës elektrike. Një fushë magnetike konstante nuk do të shkaktojë lëvizje ngarkesat elektrike, dhe, në përputhje me rrethanat, nuk gjenerohet asnjë rrymë e induktuar. Më shumë shqyrtim i detajuar Dukuritë e induksionit elektromagnetik, nxjerrja e formulave dhe ligji i induksionit elektromagnetik i referohet lëndës së klasës së nëntë.

Zbatimi i induksionit elektromagnetik

Në këtë artikull do të flasim për përdorimin e induksionit elektromagnetik. Funksionimi i shumë motorëve dhe gjeneratorëve të rrymës bazohet në përdorimin e ligjeve të induksionit elektromagnetik. Parimi i funksionimit të tyre është mjaft i thjeshtë për t'u kuptuar.

Një ndryshim në fushën magnetike mund të shkaktohet, për shembull, duke lëvizur një magnet. Prandaj, nëse lëvizni një magnet brenda një qarku të mbyllur nga ndonjë ndikim i jashtëm, atëherë një rrymë do të lindë në këtë qark. Në këtë mënyrë ju mund të krijoni një gjenerator aktual.

Nëse, përkundrazi, kaloni rrymë nga një burim i jashtëm përmes qarkut, atëherë magneti i vendosur brenda qarkut do të fillojë të lëvizë nën ndikimin e fushës magnetike të formuar goditje elektrike. Në këtë mënyrë ju mund të montoni një motor elektrik.

Gjeneratorët e rrymës të përshkruar më sipër konvertojnë energjinë mekanike në energji elektrike në termocentralet. Energjia mekanike është energjia e qymyrit, nafte, era, uji etj. Energjia elektrike kalon përmes telave tek konsumatorët dhe kthehet përsëri në energji mekanike në motorët elektrikë.

Motorët elektrikë të fshesave me korrent, tharëseve të flokëve, mikserëve, ftohësve, bluarëve elektrikë të mishit dhe pajisjeve të tjera të shumta që përdorim çdo ditë bazohen në përdorimin e induksionit elektromagnetik dhe forcave magnetike. Nuk ka nevojë të flitet për përdorimin e të njëjtave fenomene në industri, është e qartë se është kudo.

Publikime të ngjashme: