ΗλεκτρικόςΚαι μαγνητικά πεδίαπαράγονται από τις ίδιες πηγές - ηλεκτρικά φορτία, οπότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι υπάρχει μια ορισμένη σύνδεση μεταξύ αυτών των πεδίων. Αυτή η υπόθεση βρήκε πειραματική επιβεβαίωση το 1831 στα πειράματα του εξέχοντος Άγγλου φυσικού M. Faraday. Άνοιξε φαινόμενο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγήςαποτελεί τη βάση της λειτουργίας των γεννητριών επαγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίες αντιπροσωπεύουν όλη την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στον κόσμο.
- Μαγνητική ροή
Ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό της διαδικασίας αλλαγής του μαγνητικού πεδίου μέσω ενός κλειστού βρόχου είναι ένα φυσικό μέγεθος που ονομάζεται μαγνητική ροή. Η μαγνητική ροή (F) μέσω ενός κλειστού βρόχου με εμβαδόν (S) είναι μια φυσική ποσότητα ίση με το γινόμενο του μεγέθους του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής (Β) από την περιοχή του βρόχου (S) και το συνημίτονο της γωνίας μεταξύδιάνυσμα Β και κάθετο στην επιφάνεια: Φ = BS cos α. Μονάδα μαγνητικής ροής F - weber (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 m 2.
κάθετος ανώτατο όριο.
Αν το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής παράλληλοπεριοχή περιγράμματος και μετά η μαγνητική ροή ίσο με μηδέν.
- Νόμος της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής
Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής καθιερώθηκε πειραματικά: το επαγόμενο emf σε ένα κλειστό κύκλωμα είναι ίσο σε μέγεθος με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το κύκλωμα: Αυτός ο τύπος ονομάζεται Ο νόμος του Faraday .
Η κλασική επίδειξη του θεμελιώδους νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι το πρώτο πείραμα του Faraday. Σε αυτό, όσο πιο γρήγορα μετακινείτε τον μαγνήτη μέσα από τις στροφές του πηνίου, τόσο μεγαλύτερο εμφανίζεται το επαγόμενο ρεύμα σε αυτό, και επομένως το επαγόμενο emf.
- Ο κανόνας του Lenz
Η εξάρτηση της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής από τη φύση της αλλαγής του μαγνητικού πεδίου μέσω ενός κλειστού βρόχου καθορίστηκε πειραματικά το 1833 από τον Ρώσο φυσικό E.H. Σύμφωνα με Ο κανόνας του Lenz , το επαγόμενο ρεύμα που προκύπτει σε ένα κλειστό κύκλωμα με το μαγνητικό του πεδίο εξουδετερώνει τη μεταβολή της μαγνητικής ροής με την οποία κάλεσε.Συνοπτικά, αυτός ο κανόνας μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: το επαγόμενο ρεύμα κατευθύνεται έτσι ώστε να αποτρέπεται ο λόγος που το προκαλεί. Ο κανόνας του Lenz αντικατοπτρίζει το πειραματικό γεγονός ότι έχουν πάντα αντίθετα πρόσημα (μείον την είσοδο Η φόρμουλα του Faraday).
Ο Lenz σχεδίασε μια συσκευή που αποτελείται από δύο δακτυλίους αλουμινίου, συμπαγείς και κομμένους, τοποθετημένους σε εγκάρσια ράβδο αλουμινίου. Θα μπορούσαν να περιστρέφονται γύρω από έναν άξονα σαν ένα ρολό. Όταν ένας μαγνήτης εισήχθη σε έναν συμπαγή δακτύλιο, άρχισε να «φεύγει» από τον μαγνήτη, γυρνώντας ανάλογα τον βραχίονα στροφέα. Όταν ο μαγνήτης αφαιρέθηκε από το δαχτυλίδι, προσπάθησε να «πιάσει» τον μαγνήτη. Όταν ο μαγνήτης μετακινήθηκε μέσα στον κομμένο δακτύλιο, δεν έγινε καμία κίνηση. Ο Lenz εξήγησε το πείραμα λέγοντας ότι το μαγνητικό πεδίο του επαγόμενου ρεύματος προσπαθούσε να αντισταθμίσει την αλλαγή στην εξωτερική μαγνητική ροή.
Ο κανόνας του Lenz έχει ένα βαθύ φυσικό νόημα - εκφράζει νόμος διατήρησης της ενέργειας.
Μάθημα φυσικής στην 11η τάξη με θέμα:
«Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. ο κανόνας του Lenz"
Στόχος του μαθήματος:
εκπαιδευτικός: εισάγουν τους μαθητές στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, αναπαράγουν τα πειράματα του Faraday, δείχνουν ότι το επαγόμενο ρεύμα εμφανίζεται όταν αλλάζει η μαγνητική ροή που διέρχεται από το κύκλωμα. εξάγουν τον τύπο και κατανοούν τη φυσική έννοια του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. διατυπώνουν τον κανόνα του Lenz.
εκπαιδευτικός:Να αναπτύξουν δεξιότητες ομαδικής εργασίας σε συνδυασμό με την ανεξαρτησία των μαθητών, να καλλιεργήσουν γνωστικές ανάγκες και ενδιαφέρον για το αντικείμενο.
υπανάπτυκτος:ανάπτυξη της ικανότητας γρήγορης αντίληψης πληροφοριών και εκτέλεσης πρακτικών εργασιών. ανάπτυξη λογικής σκέψης και προσοχής, ικανότητα ανάλυσης, σύγκρισης των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται και εξαγωγής κατάλληλων συμπερασμάτων.
Σχέδιο μαθήματος:
Ρεύμα επαγωγής.
Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή στη σύγχρονη τεχνολογία
Ενίσχυση του θέματος: Εργαστηριακή εργασία «Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή»
Συνοψίζοντας το μάθημα εγώ . Ορισμός μαθησιακής εργασίας.
Καλύψαμε το θέμα «Μαγνητικό Πεδίο». Σήμερα πρέπει να μάθουμε πώς μάθατε αυτό το υλικό. Θα γενικεύσουμε τις γνώσεις μας για το μαγνητικό πεδίο και θα συνεχίσουμε να βελτιώνουμε τις δεξιότητές μας στην εξήγηση μαγνητικών φαινομένων.
II. Εφαρμογή γνώσεων αναφοράς.
Για να γίνει αυτό, πρέπει να απαντήσουμε σε ορισμένες ερωτήσεις.
Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα;
Τι χρειάζεται για να υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα;
Τι δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο;
Πώς μπορεί να ανιχνευθεί ένα μαγνητικό πεδίο;
Ποια τιμή χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο σε κάθε σημείο;
Σε ποιες μονάδες μετράται η μαγνητική επαγωγή;
Με τι ισούται το 1Τ;
Ποια τιμή χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου;
Σε ποιες μονάδες μετράται η μαγνητική ροή;
Τι ισούται με 1 Wb;
Τι καθορίζει τη μαγνητική ροή που διαπερνά την περιοχή ενός επίπεδου κυκλώματος που βρίσκεται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο;
Συμπληρώστε τους παρακάτω ορισμούς:
Α) Η δύναμη Lorentz είναι...
Β) Η δύναμη του αμπέρ είναι..
Β) Η θερμοκρασία Κιουρί είναι...
Δ) Η μαγνητική διαπερατότητα του μέσου χαρακτηρίζει..
13. Γράψτε τύπους για τους υπολογισμούς:
Α) Δυνάμεις Lorentz
Β) Δυνάμεις αμπέρ
Β) Διανυσματική μονάδα μαγνητικής επαγωγής
Δ) Μαγνητική ροή
Δ) μαγνητική διαπερατότητα του μέσου
14. Εφαρμόζεται δύναμη αμπέρ..
15. Χρησιμοποιείται η δύναμη Lorentz..
III. Εκμάθηση νέου υλικού
Έτσι, αφού συνοψίσουμε τις γνώσεις για το μαγνητικό πεδίο, θα συνεχίσουμε να βελτιώνουμε τις δεξιότητές μας στην εξήγηση μαγνητικών φαινομένων.
Σήμερα στο μάθημα θα ανακαλύψουμε ένα νέο φαινόμενο, ένα από τα πιο αξιόλογα επιστημονικά επιτεύγματα του πρώτου μισού του 19ου αιώνα, που προκάλεσε την εμφάνιση και την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρολογικής και ραδιοτεχνικής. Λοιπόν, προχωρήστε στη γνώση!
Το θέμα του μαθήματος είναι «Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. ο κανόνας του Lenz"
Ακολουθία παρουσίασης νέου υλικού
Η ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Επίδειξη των πειραμάτων του Faraday στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.
Ρεύμα επαγωγής.
Αιτίες ρεύματος επαγωγής.
Διεύθυνση ρεύματος επαγωγής. Ο κανόνας του Lenz
Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Εργαστηριακή εργασία «Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή»
Παλαιότερα, στην ηλεκτροδυναμική, μελετήθηκαν φαινόμενα που σχετίζονται ή προκαλούνται από την ύπαρξη χρονικά σταθερών (στατικών και ακίνητων) ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Εμφανίζονται νέα φαινόμενα παρουσία μεταβλητών πεδίων;
Η ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Στην οθόνη είναι ένα πορτρέτο του M. Faraday (1791 - 1867).
Βιβλιογραφικές πληροφορίες: M. Faraday
Επίδειξη πειραμάτων Faraday στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ανάλυση πειραμάτων
Εμπειρία 1.Εισαγωγή (αφαίρεση) μαγνήτη λωρίδας από κλειστό κύκλωμα συνδεδεμένο σε γαλβανόμετρο.
Εμπειρία 2.Όταν το κλειδί είναι κλειστό (ανοίγει) ή μετακινείται ο κινητήρας ρεοστάτη, το μαγνητικό πεδίο που διεισδύει στο πηνίο αλλάζει και δημιουργείται ρεύμα σε αυτό.
Το ρεύμα που εμφανίζεται σε ένα πηνίο όταν ένας μόνιμος μαγνήτης κινείται σε σχέση με αυτό ονομάζεται επαγωγή. Αυτό το ρεύμα στο πηνίο επάγεται, δηλαδή επάγεται από έναν κινούμενο μαγνήτη. .Ένα μαγνητικό πεδίο που δεν αλλάζει δεν δημιουργεί ρεύμα επαγωγής .
Εμπειρία 3.Περιστρέψτε το πλαίσιο σε μαγνητικό πεδίο.
Ένα επαγόμενο ρεύμα σε ένα κύκλωμα εμφανίζεται εάν και μόνο εάν ο αγωγός διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.
Ρεύμα επαγωγής.
Εξετάσαμε τρόπους για να αποκτήσουμε ρεύμα επαγωγής:
κίνηση του μαγνήτη σε σχέση με το πηνίο.
κίνηση του πηνίου σε σχέση με τον μαγνήτη.
κλείσιμο και άνοιγμα κυκλώματος.
περιστροφή του πλαισίου μέσα στον μαγνήτη.
μετακινώντας το ρυθμιστικό ρεοστάτη.
κίνηση ενός πηνίου σε σχέση με ένα άλλο.
Αιτίες ρεύματος επαγωγής:
μόνο όταν αλλάζει η μαγνητική ροή που διαπερνά την περιοχή που καλύπτεται από τον αγωγό (όταν ο μαγνήτης και το πηνίο κινούνται μεταξύ τους).
λόγω αλλαγών στην ισχύ του ρεύματος στο κύκλωμα (κατά το κλείσιμο και το άνοιγμα του κυκλώματος).
λόγω αλλαγής του προσανατολισμού του κυκλώματος σε σχέση με τις γραμμές μαγνητικής επαγωγής.
Σύναψη:Μόνο ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει ρεύμα (ρεύμα επαγωγής). Η εκτροπή της βελόνας του γαλβανόμετρου υποδεικνύει την παρουσία επαγόμενου ρεύματος στο κύκλωμα του πηνίου. Μόλις σταματήσει η κίνηση, σταματά και το ρεύμα.
Τι μάθαμε σήμερα; Φαινόμενο. Ο οποίος; Το φαινόμενο της εμφάνισης επαγωγικού ρεύματος σε κλειστό κύκλωμα. Αυτό είναι το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Η προϋπόθεση για την εμφάνισή του είναι μια αλλαγή στον αριθμό των γραμμών μαγνητικής επαγωγής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το περίγραμμα.
Σε όλες τις περιπτώσεις, μπορεί να σημειωθεί ότι το ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει όταν αλλάζει το μαγνητικό πεδίο, δηλαδή όταν αλλάζει ο αριθμός των γραμμών δύναμης που διαπερνούν το πηνίο. Μετάβαση στη γλώσσα των φυσικών μεγεθών, η κοινή αιτία της εμφάνισης ρεύματος μπορεί να ονομαστεί αλλαγή στη μαγνητική ροή που διεισδύει στο κύκλωμα. Περαιτέρω ποσοτικές μελέτες το επιβεβαίωσαν Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι η εμφάνιση ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα όταν αλλάζει η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος. Το ρεύμα που προκύπτει ονομάζεται επαγόμενο ρεύμα.
Ας εξηγήσουμε τον λόγο για την εμφάνιση ρεύματος επαγωγής
Το ρεύμα επαγωγής εμφανίζεται υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο. Όπως κάθε ηλεκτρικό πεδίο, λειτουργεί για να μετακινεί το φορτίο σε ένα κύκλωμα. Το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει κατά τη διαδικασία αλλαγής του μαγνητικού πεδίου δεν σχετίζεται με καμία κατανομή ηλεκτρικών φορτίων. Ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με αυτό το ηλεκτρικό πεδίο και ως εκ τούτου λένε ότι στην περίπτωση αυτή έχουμε να κάνουμε με ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Οι γραμμές ηλεκτρικού πεδίου που σχετίζονται με ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο δεν έχουν αρχή και τέλος - είναι κλειστές σαν γραμμές μαγνητικού πεδίου. Ένα τέτοιο πεδίο ονομάζεται πεδίο στροβιλισμού. Το ηλεκτρικό πεδίο δίνης που προκύπτει κατά τη διαδικασία της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν κλειστό αγωγό, επομένως, είναι ικανό να προκαλέσει την κυκλοφορία ηλεκτρικών φορτίων. Από αυτή την άποψη, υπάρχει ανάγκη να εισαχθεί ένα ειδικό ενεργειακό χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου δίνης: ηλεκτροκινητική δύναμη επαγωγής (συντομογραφία επαγωγής emf). Το επαγόμενο emf συμβολίζεται με το γράμμα ε i Η ηλεκτροκινητική δύναμη της επαγωγής είναι ο λόγος του έργου που εκτελείται από το πεδίο στροβιλισμού όταν μετακινείται ένα ηλεκτρικό φορτίο κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος προς τη μονάδα του κινούμενου φορτίου:
ε i =Μια δίνη /q
Η επαγωγή emf, όπως και η τάση, εκφράζεται σε βολτ. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα κλειστό κύκλωμα I i = ε i /R
όπου R είναι η αντίσταση ολόκληρου του κλειστού κυκλώματος. Τα πειράματα του Faraday έδειξαν ότι η ισχύς του επαγόμενου ρεύματος I i σε ένα αγώγιμο κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής του αριθμού των γραμμών μαγνητικής επαγωγής που διαπερνούν την επιφάνεια που οριοθετείται από αυτό το κύκλωμα.
Εμπειρία 4: εισαγωγή (αφαίρεση) ενός μαγνήτη σε ένα κλειστό κύκλωμα, πρώτα με έναν μαγνήτη και μετά με δύο μαγνήτες.
Σύναψη: το μέγεθος του ρεύματος εξαρτάται από το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής.
Εάν εισάγετε τον ίδιο μόνιμο μαγνήτη σε ένα πηνίο (βλ. Εικ. 1), αλλά σε διαφορετικές ταχύτητες, θα παρατηρήσετε ότι όταν ο μαγνήτης κινείται γρήγορα, η ισχύς του ρεύματος είναι μεγαλύτερη από ό,τι όταν κινείται αργά.
Εμπειρία 5:Εισάγουμε τον μαγνήτη πρώτα αργά και μετά γρήγορα.
Σύναψη: Το μέγεθος του ρεύματος εξαρτάται από την ταχύτητα με την οποία εισάγεται ο μαγνήτης.
Επομένως, η ισχύς του ρεύματος επαγωγής είναι ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που περιορίζεται από το περίγραμμα: I i ~ ∆Φ /∆ t
Αφού το R δεν εξαρτάται από ∆Φτότε η επαγόμενη emf ε i ~ ∆Φ /∆ t
Έτσι, συμπεραίνουμε: το επαγόμενο emf είναι ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής του μαγνητικού πεδίου που διεισδύει στο πηνίο.
Εμπειρία 6.Εξάρτηση του EMF από τον αριθμό των στροφών στο πηνίο.
Σύναψη:Η ισχύς του επαγόμενου ρεύματος, και επομένως του επαγόμενου emf, είναι ανάλογη με τον αριθμό των στροφών του δευτερεύοντος πηνίου με τον ίδιο ρυθμό μεταβολής του μαγνητικού πεδίου.
ε i ~ Ν ·∆Φ /∆ t
Το επαγόμενο emf συμπίπτει στην κατεύθυνση με το επαγόμενο ρεύμα.
Έτσι, από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν συμπεραίνουμε: το επαγόμενο emf είναι ανάλογο με τον ρυθμό μεταβολής του μαγνητικού πεδίου που διεισδύει στο πηνίο και τον αριθμό των στροφών σε αυτό. Τα πειράματα του Faraday έδειξαν ότι η ισχύς του επαγόμενου ρεύματος I i σε ένα αγώγιμο κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής του αριθμού των γραμμών μαγνητικής επαγωγής που διαπερνούν την επιφάνεια που οριοθετείται από αυτό το κύκλωμα.
Διεύθυνση ρεύματος επαγωγής
Εμπειρία 7:εισαγωγή (αφαίρεση) μαγνήτη πρώτα με τον βόρειο πόλο και μετά με τον νότιο πόλο.
Σύναψη:Η κατεύθυνση του ρεύματος εξαρτάται από την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.
Εμπειρία 8.επιδεικνύουν την εξάρτηση της κατεύθυνσης του ρεύματος από το κλείσιμο ή το άνοιγμα του πρωτεύοντος κυκλώματος πηνίου.
Έχοντας μελετήσει όλες τις πιο σημαντικές πτυχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής το 1831, ο Faraday καθόρισε αρκετούς κανόνες για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής σε διάφορες περιπτώσεις, αλλά δεν μπόρεσε να βρει έναν γενικό κανόνα. Ιδρύθηκε αργότερα, το 1834, από τον ακαδημαϊκό της Αγίας Πετρούπολης Emil Christianovich Lenz και γι' αυτό φέρει το όνομά του.
Ο κανόνας του Lenz.
Ερευνώντας το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, ο E. H. Lenz το 1833 καθιέρωσε έναν γενικό κανόνα για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής: το ρεύμα επαγωγής έχει πάντα τέτοια κατεύθυνση ώστε να παρεμβαίνει στην αιτία που προκάλεσε αυτό το ρεύμα με το μαγνητικό του πεδίο.
Εμπειρία 9.Επίδειξη της εμπειρίας του Lenz. Κατά την εγκατάσταση, φέρτε τον μαγνήτη στον συμπαγή δακτύλιο. Βλέπουν: ο δακτύλιος απωθείται από τον πόλο του μαγνήτη. Εάν βάλετε ένα δαχτυλίδι σε έναν μαγνήτη και στη συνέχεια τραβήξετε τον μαγνήτη έξω από αυτόν, ο δακτύλιος τραβάει πίσω από τον μαγνήτη. Όπως φαίνεται, το ρεύμα που προκαλείται στον δακτύλιο αποτρέπει την προσέγγιση του μαγνήτη στην πρώτη περίπτωση και την αφαίρεσή του στη δεύτερη.
Με βάση παρόμοιες παρατηρήσεις, ο Ρώσος επιστήμονας E. H. Lenz πρότεινε τον ακόλουθο κανόνα για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος που προκαλείται σε έναν αγωγό: το επαγόμενο ρεύμα κατευθύνεται πάντα με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό του πεδίο να εξουδετερώνει την αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο που προκαλεί αυτό. ρεύμα.
Η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής καθορίζεται από τον κανόνα του τεμαχίου, από τον κανόνα του δεξιού χεριού.
Δάσκαλος: Για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής σε ένα κλειστό κύκλωμα, χρησιμοποιείται Ο κανόνας του Lenz: Το επαγόμενο ρεύμα έχει τέτοια κατεύθυνση ώστε η μαγνητική ροή που δημιουργεί μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το περίγραμμα αποτρέπει την αλλαγή της μαγνητικής ροής που προκάλεσε αυτό το ρεύμα.
Πειραματική εργασία:Ένα κλειστό κύκλωμα με λαμπτήρα εισάγεται στον χαλύβδινο πυρήνα ενός μετασχηματιστή συνδεδεμένου με τάση 220 V (RNSh). Γιατί ανάβει το φως;
6. Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής
Διαπιστώσαμε ότι το Ε.Μ.Φ. η επαγωγή σε οποιοδήποτε κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογη με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ∆ t– χρόνος κατά τον οποίο αλλάζει η μαγνητική ροή. Το σύμβολο μείον δείχνει ότι όταν η μαγνητική ροή μειώνεται ( ∆Φ– αρνητικό), ε.μ.φ. δημιουργεί ένα ρεύμα επαγωγής που αυξάνει τη μαγνητική ροή και αντίστροφα. Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής καθιερώθηκε πειραματικά από τον M. Faraday. Ο Γερμανός φυσικός και φυσικός επιστήμονας G. Helmholtz έδειξε ότι ο βασικός νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής ε εγώ = – ∆Φ/∆tείναι συνέπεια του νόμου της διατήρησης της ενέργειας. Το επαγόμενο emf σε έναν κλειστό βρόχο είναι ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από τον βρόχο, που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο.
Εκφραση ε εγώ = – ∆Φ/∆t (1) , που ονομάζεται νόμος του Faraday, είναι παγκόσμιος: ισχύει για όλες τις περιπτώσεις ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Για ένα πηνίο με Ν, ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής έχει τη μορφή:
ε i = – N ∆Φ/∆t, Φ=BS [T m 2 V b], 1 Wb= 1V 1s
Το σύμβολο μείον δείχνει ότι το επαγόμενο emf E i κατευθύνεται έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο του επαγόμενου ρεύματος να αποτρέπει μια αλλαγή στη ροή μαγνητικής επαγωγής ΔΦ. Εάν η ροή αυξηθεί (∆Φ > 0), τότε E i< 0 и поле индукционного тока направлено навстречу потоку. Если же поток уменьшается (∆Ф < 0), то Е i >0 και η κατεύθυνση της ροής και τα πεδία του επαγόμενου ρεύματος συμπίπτουν ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο συνίσταται στην εμφάνιση (καθοδήγηση) μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης σε ένα αγώγιμο κύκλωμα που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο σε περίπτωση αλλαγής του μεγέθους της μαγνητικής ροής που διέρχεται από την επιφάνεια που οριοθετείται από αυτό το κύκλωμα. Εκφραση ε εγώ = – Ν ·∆Φ/∆tΤο (1) αντιπροσωπεύει έναν από τους μαθηματικούς συμβολισμούς νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής - Το emf που προκαλείται στο κύκλωμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος είναι ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από την επιφάνεια που οριοθετείται από αυτό το κύκλωμα, που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο.
7. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή στη σύγχρονη τεχνολογία
Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής αποτελεί τη βάση της λειτουργίας των γεννητριών επαγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, οι οποίες αντιπροσωπεύουν σχεδόν το σύνολο της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον κόσμο.
Παραδείγματα χρήσης του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής στη σύγχρονη τεχνολογία:
ειδικοί ανιχνευτές για την ανίχνευση μεταλλικών αντικειμένων.
μαγνητική αιώρηση;
ηλεκτρικοί φούρνοι για την τήξη μετάλλων
οικιακούς φούρνους μικροκυμάτων.
Εμπέδωση όσων έχουμε μάθει: Εργαστηριακή εργασία «Μελέτη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής»
Συνοψίζοντας το μάθημα
9. Εργασία για το σπίτι: § 8-11.
Το 1831, ο Άγγλος φυσικός M. Faraday ανακάλυψε το φαινόμενο στα πειράματά του ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Στη συνέχεια, ο Ρώσος επιστήμονας E.Kh. Lenz και B. S. Jacobi.
Επί του παρόντος, πολλές συσκευές βασίζονται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, για παράδειγμα σε κινητήρα ή γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος, σε μετασχηματιστές, ραδιοφωνικούς δέκτες και πολλές άλλες συσκευές.
Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή- αυτό είναι το φαινόμενο της εμφάνισης ρεύματος σε έναν κλειστό αγωγό όταν μια μαγνητική ροή διέρχεται από αυτόν. Δηλαδή, χάρη σε αυτό το φαινόμενο, μπορούμε να μετατρέψουμε τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια - και αυτό είναι υπέροχο. Εξάλλου, πριν από την ανακάλυψη αυτού του φαινομένου, οι άνθρωποι δεν γνώριζαν για μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, εκτός από τον γαλβανισμό.
Όταν ένας αγωγός εκτίθεται σε μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ένα emf, το οποίο μπορεί να εκφραστεί ποσοτικά μέσω του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Νόμος της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής
Η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται σε ένα αγώγιμο κύκλωμα είναι ίση με τον ρυθμό μεταβολής της σύζευξης μαγνητικής ροής σε αυτό το κύκλωμα.
Σε ένα πηνίο που έχει πολλές στροφές, το συνολικό emf εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών n:
Αλλά στη γενική περίπτωση, χρησιμοποιείται ο τύπος EMF με γενική σύνδεση ροής:
Το EMF που διεγείρεται στο κύκλωμα δημιουργεί ένα ρεύμα. Το απλούστερο παράδειγμα της εμφάνισης ρεύματος σε έναν αγωγό είναι ένα πηνίο από το οποίο διέρχεται ένας μόνιμος μαγνήτης. Η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας Οι κανόνες του Lenz.
Ο κανόνας του Lenz
Το ρεύμα που προκαλείται όταν το μαγνητικό πεδίο που διέρχεται από το κύκλωμα αλλάζει, το μαγνητικό του πεδίο εμποδίζει αυτή την αλλαγή.
Στην περίπτωση που εισάγουμε μαγνήτη στο πηνίο, η μαγνητική ροή στο κύκλωμα αυξάνεται, πράγμα που σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το επαγόμενο ρεύμα, σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, στρέφεται ενάντια στην αύξηση του πεδίου του μαγνήτη. Για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ρεύματος, πρέπει να κοιτάξετε τον μαγνήτη από τον βόρειο πόλο. Από αυτή τη θέση θα βιδώσουμε το στόμιο προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος, δηλαδή προς τον βόρειο πόλο. Το ρεύμα θα κινηθεί προς την κατεύθυνση της περιστροφής του στελέχους, δηλαδή δεξιόστροφα.
Στην περίπτωση που αφαιρέσουμε τον μαγνήτη από το πηνίο, η μαγνητική ροή στο κύκλωμα μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το επαγόμενο ρεύμα στρέφεται ενάντια στη μείωση του πεδίου του μαγνήτη. Για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ρεύματος, πρέπει να ξεβιδώσετε το στόμιο, η φορά περιστροφής του στελέχους θα υποδεικνύει την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό - αριστερόστροφα.
Στόχοι μαθήματος:
Εκπαιδευτικός:
μελέτη του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Αναπτυξιακή:
1) σχηματισμός ικανοτήτων πληροφόρησης.
2) ανάπτυξη δεξιοτήτων για ανεξάρτητη εργασία με ένα σχολικό βιβλίο.
3) βελτίωση των διανοητικών ικανοτήτων και των δεξιοτήτων σκέψης των μαθητών.
Εκπαιδευτικός:
διαμόρφωση επικοινωνιακών ιδιοτήτων ατόμων.
Εξοπλισμός:
- Flashcards με ερωτήσεις για κάθε ομάδα.
- Δοκιμαστικές εργασίες για κάθε ομάδα.
- Όργανα επίδειξης: γαλβανόμετρο, πηνίο, μαγνήτης.
Σύντομη περίληψη μαθήματος
- Οργανωτική στιγμή
Εργο : δημιουργία ευνοϊκής ψυχολογικής διάθεσης.
- Επικαιροποίηση γνώσεων αναφοράς
Εργο : επαναλάβετε και εμβαθύνετε τις απαραίτητες γνώσεις για την εκμάθηση νέου υλικού.
Η μέθοδος διδασκαλίας είναι η ευρετική συνομιλία.
Μορφές οργάνωσης της γνωστικής δραστηριότητας (FODA) – μετωπική;
Η μέθοδος διδασκαλίας είναι αναπαραγωγική.
Επανάληψη βασικών εννοιών με θέμα «Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, κανόνας Lenz, μαγνητική ροή».
Το 1821, ο μεγάλος Άγγλος επιστήμονας έγραψε στο ημερολόγιό του: «Μετατρέψτε τον μαγνητισμό σε ηλεκτρισμό». Μετά από 10 χρόνια, αυτό το πρόβλημα λύθηκε.
Πώς ονομαζόταν το φυσικό φαινόμενο που ανακάλυψε ο Faraday;
Θα εργαστούμε σε ομάδες των 2-3 ατόμων, καθεμία από τις οποίες λαμβάνει μια εργασία.
1-2 λεπτά για προβληματισμό, μετά τα οποία οι εκπρόσωποι των ομάδων αναφέρουν την επανάληψη.
Εργο : επανεξέταση βασικών εννοιών.
- FOPD – ανεξάρτητη εργασία σε ομάδες.
- Μέθοδος διδασκαλίας – ερευνητική, επαγωγική
Κάρτα #1:
Πότε και από ποιον ανακαλύφθηκε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής;
Τι είναι το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής;
Κάρτα #2:
Πείραμα Faraday: εγκατάσταση, επίδειξη.
Κάτω από ποιες συνθήκες εμφανίζεται ρεύμα σε έναν κλειστό αγωγό;
Κάρτα #3:
Ο κανόνας του Lenz.
Κάρτα #4:
Ποιο φυσικό μέγεθος χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο σε κάθε σημείο του χώρου;
Ποιο φυσικό μέγεθος χαρακτηρίζει την κατανομή του μαγνητικού πεδίου σε μια επιφάνεια που οριοθετείται από ένα κλειστό περίγραμμα;
Τύπος, μονάδα μέτρησης.
Κάρτα Νο. 5-6:
Προσδιορίστε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής σε κλειστό βρόχο.
Αναφορές ομάδας.
Καθήκοντα:
- αναπτύξουν την κουλτούρα του λόγου, την ικανότητα γενίκευσης του υλικού, τονίζουν το κύριο πράγμα.
- να καλλιεργήσουν τις ηθικές ιδιότητες του ατόμου που σχετίζονται με τις σχέσεις στην ομάδα της τάξης.
Μέθοδος διδασκαλίας - επαγωγική
Υποδοχή εκπαίδευσης - ευρετική συνομιλία
- Εκμάθηση νέου υλικού
Συνοψίστε τα συμπεράσματα στα οποία κατέληξαν οι ομάδες
.Σχέδιο:
- Τι καθορίζει την ισχύ του ρεύματος επαγωγής σε έναν κλειστό αγωγό;
- Τι ονομάζεται επαγόμενο emf;
- Διατύπωση του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
- Γιατί ο νόμος διατυπώνεται για το EMF, και όχι για το τρέχον;
- Τι σημαίνει το σύμβολο (-) στο νόμο;
- Πώς να γράψετε τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιώντας την έννοια της παραγώγου;
Γενικευμένο σχέδιο για τη μελέτη του φαινομένου:
- Εξωτερικά σημάδια του φαινομένου.
- Η προϋπόθεση για την εμφάνισή του?
- Πειραματική αναπαραγωγή του φαινομένου.
- Ο μηχανισμός του φαινομένου;
- Ποσοτικά χαρακτηριστικά του φαινομένου;
- Η εξήγησή του βασίζεται σε θεωρίες.
- Πρακτική εφαρμογή φαινομένων;
- Η επίδραση του φαινομένου στον άνθρωπο και τη φύση.
Για να επαναλάβουμε και να μελετήσουμε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο της επιστημονικής γνώσης. Τα θεμέλιά του τέθηκαν στα μέσα του 16ου αιώνα από τον Galileo Galilei.
Διάγραμμα μεθόδου:
- συσσώρευση γεγονότων·
- θεωρία κτίριο?
- πειραματική απόδειξη της υπόθεσης·
- πρακτική εφαρμογή των θεωριών.
Η μέθοδος της επιστημονικής γνώσης μας επιτρέπει να αντικατοπτρίζουμε αντικειμενικά την πραγματικότητα όχι μόνο στη φυσική, αλλά και σε άλλους τομείς της επιστήμης.
- Επίλυση προβλημάτων.
Για την Ενιαία Κρατική Εξέταση:
Εργασίες γραφικών (μέρος Α)
Προβλήματα υπολογισμού (μέρος Β, Γ)
Εργο: λάβετε πληροφορίες σχετικά με τον βαθμό γνώσης της ύλης.
FOPD – ατομικό
Μέθοδος προπόνησης – ασκήσεις
Εργο:
Το σχήμα 1-3 δείχνει κλειστά αγώγιμα πλαίσια τοποθετημένα σε μαγνητικό πεδίο, των οποίων οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής κατευθύνονται προς εμάς, κάθετες στο επίπεδο του σχεδίου. Υπάρχει επαγόμενο ρεύμα στο πλαίσιο;
- Αντανάκλαση:
έμαθα...
έμαθα...
καταλαβαίνω…
- Εργασία για το σπίτι (διαφοροποιημένη):
1. Συλλογή προβλημάτων Γ.Ν. Stepanova Νο. 1128, 1129
Εγχειρίδιο φυσικής, τάξη 11 (Myakishev G.Ya.) §11.
2. Είτε συνθέστε 2 προβλήματα παρόμοια με τα μέρη Α και Β, είτε βρείτε τα σε σχολικά βιβλία, λύστε και εξηγήστε τα.Διαφάνεια 2
Κάρτα Νο 1: Πότε και από ποιον ανακαλύφθηκε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής; Τι είναι το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής;
Κάρτα Νο. 2: Πείραμα Faraday: εγκατάσταση, επίδειξη. Κάτω από ποιες συνθήκες εμφανίζεται ρεύμα σε έναν κλειστό αγωγό;
Κάρτα #3: Κανόνας του Lenz
Κάρτα Νο. 4: Ποια φυσική ποσότητα χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο σε κάθε σημείο του χώρου; Ποιο φυσικό μέγεθος χαρακτηρίζει την κατανομή του μαγνητικού πεδίου σε μια επιφάνεια που οριοθετείται από ένα κλειστό περίγραμμα; Τύπος, μονάδα μέτρησης.
Κάρτα Νο. 5-6: Προσδιορίστε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής σε κλειστό βρόχο
Σχέδιο: Τι καθορίζει την ισχύ του ρεύματος επαγωγής σε έναν κλειστό αγωγό; Τι ονομάζεται επαγόμενο emf; Διατύπωση του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Γιατί ο νόμος διατυπώνεται για το EMF, και όχι για το τρέχον; Τι σημαίνει το σύμβολο (-) στο νόμο; Πώς να γράψετε τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιώντας την έννοια της παραγώγου;
Γενικευμένο σχέδιο για τη μελέτη του φαινομένου: Εξωτερικά σημάδια του φαινομένου. Η προϋπόθεση για την εμφάνισή του? Πειραματική αναπαραγωγή του φαινομένου. Ο μηχανισμός του φαινομένου; Ποσοτικά χαρακτηριστικά του φαινομένου; Η εξήγησή του βασίζεται σε θεωρίες. Πρακτική εφαρμογή φαινομένων; Η επίδραση του φαινομένου στον άνθρωπο και τη φύση.
Σχέδιο της μεθόδου: συσσώρευση γεγονότων, κατασκευή θεωριών, πειραματική απόδειξη μιας υπόθεσης, πρακτική εφαρμογή θεωριών
Πρόβλημα: Το Σχήμα 1-3 δείχνει κλειστά αγώγιμα πλαίσια τοποθετημένα σε μαγνητικό πεδίο, των οποίων οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής κατευθύνονται προς εμάς, κάθετες στο επίπεδο του σχεδίου. Υπάρχει επαγόμενο ρεύμα στο πλαίσιο; 1) 2) 3)
Αναστοχασμός: Έμαθα... Έμαθα... Κατάλαβα...
ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ. Ο ΚΑΝΟΝΑΣ ΤΟΥ ΛΕΝΤΣ
Το 1831, ο Άγγλος φυσικός M. Faraday ανακάλυψε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Στη συνέχεια, ο Ρώσος επιστήμονας E.Kh. Lenz και B. S. Jacobi.
Επί του παρόντος, πολλές συσκευές βασίζονται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, για παράδειγμα σε έναν κινητήρα ή, σε μετασχηματιστές, ραδιόφωνα και πολλές άλλες συσκευές.
Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή- αυτό είναι το φαινόμενο της εμφάνισης ρεύματος σε έναν κλειστό αγωγό όταν μια μαγνητική ροή διέρχεται από αυτόν.
Δηλαδή, χάρη σε αυτό το φαινόμενο μπορούμε να μετατρέψουμε τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Πριν από την ανακάλυψη αυτού του φαινομένου, οι άνθρωποι δεν γνώριζαν άλλες μεθόδους παραγωγής εκτός από την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση.
Όταν ένας αγωγός εκτίθεται σε μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ένα emf, το οποίο μπορεί να εκφραστεί ποσοτικά μέσω του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.
Νόμος της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής
Η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται σε ένα αγώγιμο κύκλωμα είναι ίση με τον ρυθμό μεταβολής της σύζευξης μαγνητικής ροής σε αυτό το κύκλωμα.
Σε ένα πηνίο που έχει πολλές στροφές, το συνολικό emf εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών n:
Το EMF που διεγείρεται στο κύκλωμα δημιουργεί ένα ρεύμα. Το απλούστερο παράδειγμα εμφάνισης ρεύματος σε έναν αγωγό είναι ένα πηνίο από το οποίο διέρχεται. Η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον κανόνα του Lenz.
Ο κανόνας του Lenz
Το ρεύμα που προκαλείται από μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο που διέρχεται από το κύκλωμα εμποδίζει αυτή την αλλαγή με το μαγνητικό του πεδίο.
Στην περίπτωση που εισάγουμε μαγνήτη στο πηνίο, η μαγνητική ροή στο κύκλωμα αυξάνεται, πράγμα που σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το επαγόμενο ρεύμα, σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, στρέφεται ενάντια στην αύξηση του πεδίου του μαγνήτη. Για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ρεύματος, πρέπει να κοιτάξετε τον μαγνήτη από τον βόρειο πόλο. Από αυτή τη θέση θα βιδώσουμε το στόμιο προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος, δηλαδή προς τον βόρειο πόλο. Το ρεύμα θα κινηθεί προς την κατεύθυνση της περιστροφής του στελέχους, δηλαδή δεξιόστροφα.
Στην περίπτωση που αφαιρέσουμε τον μαγνήτη από το πηνίο, η μαγνητική ροή στο κύκλωμα μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το επαγόμενο ρεύμα στρέφεται ενάντια στη μείωση του πεδίου του μαγνήτη. Για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ρεύματος, πρέπει να ξεβιδώσετε το στόμιο, η φορά περιστροφής του στελέχους θα υποδεικνύει την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό - αριστερόστροφα.
Ηλεκτρογεννήτρια- πρόκειται για μια συσκευή στην οποία μετατρέπονται μη ηλεκτρικοί τύποι ενέργειας (μηχανικές, χημικές, θερμικές).
Ταξινόμηση ηλεκτρομηχανικών γεννητριών
Ανά τύπο πρωταρχικού μηχανισμού κίνησης:
Περιλαμβάνονται περιελίξεις αστεριών
Περιλαμβάνονται τριγωνικές περιελίξεις
Σύμφωνα με τη μέθοδο της διέγερσης
Ενθουσιασμένος από μόνιμους μαγνήτες
Με εξωτερική διέγερση
Συγκινημένος με τον εαυτό του
Με διαδοχική διέγερση
Με παράλληλη διέγερση
Με ανάμεικτο ενθουσιασμό
Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίαςΟι γεννήτριες μπορεί να είναι σύγχρονες ή ασύγχρονες.
Ασύγχρονες γεννήτριεςΕίναι κατασκευαστικά απλά και φθηνά στην κατασκευή τους, πιο ανθεκτικά σε ρεύματα βραχυκυκλώματος και υπερφορτώσεις. Μια ασύγχρονη ηλεκτρική γεννήτρια είναι ιδανική για την τροφοδοσία ενεργών φορτίων: λαμπτήρες πυρακτώσεως, ηλεκτρικοί θερμαντήρες, ηλεκτρονικά, ηλεκτρικοί καυστήρες κ.λπ. Αλλά ακόμη και η βραχυπρόθεσμη υπερφόρτωση είναι απαράδεκτη γι 'αυτούς, επομένως, όταν συνδέουν ηλεκτρικούς κινητήρες, μη ηλεκτρονικές μηχανές συγκόλλησης, ηλεκτρικά εργαλεία και άλλα επαγωγικά φορτία, υπάρχει απόθεμα ισχύος θα πρέπει να είναι τουλάχιστον τρεις φορές, και κατά προτίμηση τέσσερις φορές.
Σύγχρονη γεννήτριαΙδανικό για επαγωγικούς καταναλωτές με υψηλά ρεύματα εισροής. Είναι ικανά να αντέξουν πενταπλάσια υπερφόρτωση ρεύματος για ένα δευτερόλεπτο.
Αρχή λειτουργίας της γεννήτριας ρεύματος
Η γεννήτρια λειτουργεί με βάση τον νόμο του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή - η ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) επάγεται σε έναν ορθογώνιο βρόχο (συρμάτινο πλαίσιο) που περιστρέφεται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.
Το EMF εμφανίζεται επίσης σε ένα σταθερό ορθογώνιο πλαίσιο εάν ένας μαγνήτης περιστρέφεται σε αυτό.
Η απλούστερη γεννήτρια είναι ένα ορθογώνιο πλαίσιο τοποθετημένο ανάμεσα σε 2 μαγνήτες με διαφορετικούς πόλους. Για την αφαίρεση της τάσης από το περιστρεφόμενο πλαίσιο, χρησιμοποιούνται δακτύλιοι ολίσθησης.
Γεννήτρια αυτοκινήτουαποτελείται από ένα σώμα και δύο καλύμματα με οπές για αερισμό. Στροφείοπεριστρέφεται σε 2 ρουλεμάν και κινείται από τροχαλία. Στον πυρήνα του, ο ρότορας είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης που αποτελείται από μία περιέλιξη. Το ρεύμα παρέχεται σε αυτό χρησιμοποιώντας δύο χάλκινους δακτυλίους και βούρτσες γραφίτη, οι οποίοι συνδέονται με έναν ηλεκτρονικό ελεγκτή ρελέ. Είναι υπεύθυνος να διασφαλίζει ότι η τάση που παρέχεται από τη γεννήτρια είναι πάντα εντός των επιτρεπτών ορίων των 12 Volt με επιτρεπόμενες αποκλίσεις και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής της τροχαλίας. Ο ρυθμιστής ρελέ μπορεί είτε να ενσωματωθεί στο περίβλημα της γεννήτριας είτε να βρίσκεται έξω από αυτό.
Στάτωραποτελείται από τρεις χάλκινες περιελίξεις που συνδέονται μεταξύ τους σε ένα τρίγωνο. Στα σημεία σύνδεσής τους συνδέεται μια ανορθωτική γέφυρα 6 διόδων ημιαγωγών, τα οποία μετατρέπουν την τάση από AC σε DC.
Ηλεκτρική γεννήτρια βενζίνηςαποτελείται από έναν κινητήρα και μια γεννήτρια ρεύματος που τον οδηγεί απευθείας, η οποία μπορεί να είναι είτε σύγχρονη είτε ασύγχρονη.
Ο κινητήρας είναι εξοπλισμένος με συστήματα: εκκίνηση, έγχυση καυσίμου, ψύξη, λίπανση, σταθεροποίηση ταχύτητας. Οι κραδασμοί και ο θόρυβος απορροφώνται από σιγαστήρα, αποσβεστήρες κραδασμών και αμορτισέρ.
Εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα
Οι ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις, όπως και οι μηχανικοί, είναι δύο ειδών: ελεύθερες και εξαναγκασμένες.
Ελεύθερες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις, πάντα αποσβεσμένες ταλαντώσεις. Ως εκ τούτου, στην πράξη δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ. Ενώ οι εξαναγκασμένοι κραδασμοί χρησιμοποιούνται παντού και παντού. Κάθε μέρα εσείς και εγώ μπορούμε να παρατηρούμε αυτές τις διακυμάνσεις.
Όλα τα διαμερίσματά μας φωτίζονται με εναλλασσόμενο ρεύμα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα δεν είναι τίποτα άλλο από εξαναγκασμένες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις. Το ρεύμα και η τάση θα αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο. Οι διακυμάνσεις, για παράδειγμα, στην τάση μπορούν να ανιχνευθούν εφαρμόζοντας τάση από μια πρίζα σε έναν παλμογράφο.
Ένα ημιτονοειδές κύμα θα εμφανιστεί στην οθόνη του παλμογράφου. Η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να υπολογιστεί. Θα είναι ίση με τη συχνότητα των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων. Η τυπική συχνότητα για το βιομηχανικό εναλλασσόμενο ρεύμα θεωρείται ότι είναι 50 Hz. Δηλαδή σε 1 δευτερόλεπτο η φορά του ρεύματος στην πρίζα αλλάζει 50 φορές. Τα βιομηχανικά δίκτυα των ΗΠΑ χρησιμοποιούν συχνότητα 60 Hz.
Μια αλλαγή στην τάση στα άκρα του κυκλώματος θα προκαλέσει αλλαγή στην ισχύ του ρεύματος στο κύκλωμα ταλαντωτικού κυκλώματος. Πρέπει ακόμα να γίνει κατανοητό ότι η αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο σε ολόκληρο το κύκλωμα δεν συμβαίνει αμέσως.
Επειδή όμως αυτός ο χρόνος είναι σημαντικά μικρότερος από την περίοδο της ταλάντωσης της τάσης στα άκρα του κυκλώματος, συνήθως πιστεύεται ότι το ηλεκτρικό πεδίο στο κύκλωμα αλλάζει αμέσως καθώς αλλάζει η τάση στα άκρα του κυκλώματος.
Η εναλλασσόμενη τάση στην πρίζα δημιουργείται από γεννήτριες σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η απλούστερη γεννήτρια μπορεί να θεωρηθεί ένα συρμάτινο πλαίσιο που περιστρέφεται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.
Η μαγνητική ροή που διεισδύει στο κύκλωμα θα αλλάζει συνεχώς και θα είναι ανάλογη με το συνημίτονο της γωνίας μεταξύ του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής και της κανονικής προς το πλαίσιο. Εάν το πλαίσιο περιστρέφεται ομοιόμορφα, η γωνία θα είναι ανάλογη του χρόνου.
Οθεν, μαγνητική ροήθα αλλάξει σύμφωνα με τον αρμονικό νόμο:
Ф = B*S*cos(ω*t)
Ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής, που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο, σύμφωνα με το νόμο EMR, θα είναι ίσο με το επαγόμενο emf.
Ei = -Φ’ = Em*sin(ω*t).
Εάν ένα κύκλωμα ταλάντωσης είναι συνδεδεμένο στο πλαίσιο, η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου θα καθορίσει τη συχνότητα των ταλαντώσεων τάσης σε διαφορετικά τμήματα του κυκλώματος και την ισχύ του ρεύματος. Σε όσα ακολουθούν θα εξετάσουμε μόνο εξαναγκασμένες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις.
Περιγράφονται με τους ακόλουθους τύπους:
u = Um*sin(ω*t),
u = Um*cos(ω*t)
Εδώ το Um είναι το πλάτος των διακυμάνσεων της τάσης. Η τάση και το ρεύμα αλλάζουν με την ίδια συχνότητα ω. Αλλά οι διακυμάνσεις της τάσης δεν θα συμπίπτουν πάντα με τις διακυμάνσεις του ρεύματος, επομένως είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έναν πιο γενικό τύπο:
I = Im*sin(ω*t +φ), όπου Im είναι το πλάτος των διακυμάνσεων του ρεύματος και φ είναι η μετατόπιση φάσης μεταξύ των διακυμάνσεων ρεύματος και τάσης.
Παράμετροι εναλλασσόμενου ρεύματος και τάσης
Το μέγεθος του εναλλασσόμενου ρεύματος, όπως και η τάση, αλλάζει συνεχώς με την πάροδο του χρόνου. Οι ποσοτικοί δείκτες για μετρήσεις και υπολογισμούς χρησιμοποιούν τις ακόλουθες παραμέτρους τους:
Περίοδος Τ- ο χρόνος κατά τον οποίο λαμβάνει χώρα ένας πλήρης κύκλος μεταβολής του ρεύματος και προς τις δύο κατευθύνσεις σε σχέση με το μηδέν ή τη μέση τιμή.
Συχνότητα f- το αντίστροφο μιας περιόδου, ίσο με τον αριθμό των περιόδων σε ένα δευτερόλεπτο.
Ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο είναι ένα hertz (1 Hz)
Κυκλική συχνότητα ω- γωνιακή συχνότητα ίση με τον αριθμό των περιόδων σε 2π δευτερόλεπτα.
ω = 2πf = 2π/Τ
Συνήθως χρησιμοποιείται σε υπολογισμούς ημιτονοειδούς ρεύματος και τάσης. Τότε, μέσα στην περίοδο, δεν μπορεί κανείς να εξετάσει τη συχνότητα και τον χρόνο, αλλά να κάνει υπολογισμούς σε ακτίνια ή μοίρες. T = 2π = 360°
Αρχική φάση ψ- την τιμή της γωνίας από το μηδέν (ωt = 0) έως την αρχή της περιόδου. Μετριέται σε ακτίνια ή μοίρες. Εμφανίζεται στο σχήμα για το μπλε ημιτονοειδές γράφημα ρεύματος.
Η αρχική φάση μπορεί να είναι θετική ή αρνητική τιμή, αντίστοιχα δεξιά ή αριστερά του μηδενός στο γράφημα.
Στιγμιαία αξία- το μέγεθος της τάσης ή του ρεύματος που μετράται σε σχέση με το μηδέν σε οποιαδήποτε επιλεγμένη χρονική στιγμή t.
i = i(t); u = u(t)
Η ακολουθία όλων των στιγμιαίων τιμών σε οποιοδήποτε χρονικό διάστημα μπορεί να θεωρηθεί ως συνάρτηση της αλλαγής του ρεύματος ή της τάσης με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, ένα ημιτονοειδές ρεύμα ή τάση μπορεί να εκφραστεί με τη συνάρτηση:
i = amp sin(ωt); u = U amp sin(ωt)
Λαμβάνοντας υπόψη την αρχική φάση:
i = amp sin(ωt + ψ); u = U amp sin(ωt + ψ)
Εδώ I amp και U amp είναι οι τιμές πλάτους του ρεύματος και της τάσης.
Τιμή πλάτους- μέγιστη στιγμιαία τιμή modulo για την περίοδο.
I amp = max|i(t)|; U amp = max|u(t)|
Μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό ανάλογα με τη θέση του σε σχέση με το μηδέν. Συχνά, αντί για την τιμή του πλάτους, χρησιμοποιείται ο όρος πλάτος ρεύματος (τάσης) - η μέγιστη απόκλιση από την τιμή μηδέν. Σχεδιασμός και λειτουργία
Σχεδιασμός και λειτουργία
Γεννήτρια ντίζελ. Σχεδιασμός και λειτουργία
Σχεδιασμός και λειτουργία
Προβλήματα προς επίλυση ανεξάρτητα
Ο νόμος της επαγωγής του Faraday.
1. Η μαγνητική ροή μέσα σε ένα πηνίο με αριθμό στροφών ίσο με 400 άλλαξε από 0,1 Wb σε 0,9 Wb σε 0,2 δευτερόλεπτα. Προσδιορίστε το emf που προκαλείται στο πηνίο.
2. Προσδιορίστε τη μαγνητική ροή που διέρχεται από μια ορθογώνια περιοχή με πλευρές 20x40 cm, εάν είναι τοποθετημένη σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο με επαγωγή 5 Tesla υπό γωνία 60° ως προς τις γραμμές μαγνητικής επαγωγής του πεδίου.
3. Πόσες στροφές πρέπει να έχει το πηνίο ώστε όταν η μαγνητική ροή στο εσωτερικό του αλλάξει από 0,024 σε 0,056 Wb σε 0,32 s, να δημιουργείται σε αυτό ένα μέσο emf. 10 V?
Επαγωγικό EMF σε κινούμενους αγωγούς.
1. Προσδιορίστε το επαγόμενο emf στα άκρα των φτερών του αεροσκάφους An-2, με μήκος 12,4 m, εάν η ταχύτητα του αεροσκάφους σε οριζόντια πτήση είναι 180 km/h και η κατακόρυφη συνιστώσα του διανύσματος επαγωγής του Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι 0,5·10-4 Τ.
2. Βρείτε το επαγόμενο emf στα φτερά ενός αεροσκάφους Tu-204, μήκους 42 m, που πετάει οριζόντια με ταχύτητα 850 km/h, εάν η κατακόρυφη συνιστώσα του διανύσματος επαγωγής του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι 5· 10-5 Τ.
Αυτο-επαγόμενη emf
1. Μια μαγνητική ροή 0,015 Wb εμφανίζεται σε ένα πηνίο όταν περνάει ρεύμα 5,0 A από τις στροφές του Πόσες στροφές περιέχει το πηνίο αν η αυτεπαγωγή του είναι 60 mH;
2. Πόσες φορές θα αλλάξει η αυτεπαγωγή ενός πηνίου χωρίς πυρήνα αν διπλασιαστεί ο αριθμός των στροφών σε αυτό;
3. Τι είναι το ε.μ.φ. η αυτεπαγωγή θα συμβεί σε ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 68 mH εάν ένα ρεύμα 3,8 A εξαφανιστεί σε αυτό σε 0,012 s;
4. Προσδιορίστε την αυτεπαγωγή του πηνίου εάν, όταν το ρεύμα σε αυτό εξασθενήσει κατά 2,8 A, εμφανίζεται ένα μέσο emf στο πηνίο σε 62 ms. αυτοεπαγωγή 14 V.
5. Πόσος χρόνος χρειάζεται σε ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 240 mH για να αυξήσει το ρεύμα από το μηδέν στα 11,4 A, εάν προκύψει ένα μέσο emf; αυτοεπαγωγή 30 V;
Ενέργεια ηλεκτρομαγνητικού πεδίου
1. Ρεύμα 20 Α διαρρέει ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 0,6 Η. Ποια είναι η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου; Πώς θα αλλάξει αυτή η ενέργεια όταν το ρεύμα αυξηθεί κατά 2; 3 φορες?
2. Πόσο ρεύμα πρέπει να περάσει από την περιέλιξη ενός επαγωγέα με αυτεπαγωγή 0,5 H ώστε η ενέργεια του πεδίου να είναι ίση με 100 J;
3. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου ποιου πηνίου είναι μεγαλύτερη και κατά πόσες φορές, αν το πρώτο έχει τα χαρακτηριστικά: I1=10A, L1=20 H, το δεύτερο: I2=20A, L2=10 H;
4. Προσδιορίστε την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου, στο οποίο, σε ρεύμα 7,5 Α, η μαγνητική ροή είναι 2,3·10 -3 Wb. Ο αριθμός στροφών στο πηνίο είναι 120.
5. Προσδιορίστε την αυτεπαγωγή του πηνίου εάν, σε ρεύμα 6,2 A, το μαγνητικό του πεδίο έχει ενέργεια 0,32 J.
6. Το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με αυτεπαγωγή 95 mH έχει ενέργεια 0,19 J. Ποια είναι η ένταση ρεύματος στο πηνίο;