Kā atklāt slēgtas cilpas

Ja fizika jūsu skolā tika labi mācīta, tad, iespējams, atcerēsities pieredzi, kas skaidri izskaidroja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.

Ārēji tas izskatījās apmēram šādi: skolotājs ieradās klasē, pavadoņi ienesa dažas ierīces un nolika uz galda. Pēc teorētiskā materiāla izskaidrošanas sākās eksperimentu demonstrācija, kas skaidri ilustrē stāstu.

Elektromagnētiskā indukcija

Lai parādītu nepieciešamās elektromagnētiskās indukcijas parādību induktors ļoti liels, spēcīgs tiešais magnēts, savienojošie vadi un ierīce, ko sauc par galvanometru.

Galvanometrs pēc izskata bija plakana kaste, nedaudz lielāka par standarta A4 lapu, un aiz priekšējās sienas, kuru aizvēra stikls, tika novietota skala ar nulli pa vidu. Aiz tā paša stikla varēja redzēt biezu melnu bultu. Tas viss bija diezgan atšķirīgi pat no visjaunākajiem galdiem.

Galvanometra vadi tika savienoti ar spoli, izmantojot vadus, pēc tam magnēts vienkārši ar roku pārvietojās uz augšu un uz leju spoles iekšpusē. Laika gaitā ar magnētu pārvietojoties no vienas puses uz otru, galvanometra adata pārvietojās, norādot, ka strāva plūst caur spoli. Tiesa, pēc skolas beigšanas kāds fizikas skolotāja draugs man teica, ka galvanometra aizmugurē ir iegrimis rokturis, kuru izmantoja šāvēja manuālai pārvietošanai, ja eksperiments neizdevās.

Tagad šādi eksperimenti šķiet vienkārši un gandrīz nav vērts pievērst uzmanību. Bet elektromagnētiskā indukcija tagad tiek izmantota daudzās elektriskajās mašīnās un ierīcēs. 1831. gadā Maikls Faraday iesaistījās tā izpētē.

Tajā laikā vēl nebija pietiekami jutīgu un precīzu instrumentu, tāpēc vajadzēja daudzus gadus uzminēt, ka magnētam ir jāpārvietojas spoles iekšpusē. Tika izmēģināti dažādu formu un stiprumu magnēti, mainījās arī spoļu tinumu dati, magnēts tika uzklāts uz spoles dažādos veidos, bet tikai mainīga magnētiskā plūsma, ko panāca magnēta kustība, deva pozitīvus rezultātus.

Faraday pētījumi ir pierādījuši, ka elektromotora spēks, kas rodas slēgtā ķēdē (spole un galvanometrs mūsu pieredzē), ir atkarīgs no magnētiskās plūsmas izmaiņu ātruma, ko ierobežo spoles iekšējais diametrs. Šajā gadījumā ir absolūti vienaldzīgi, kā notiek izmaiņas magnētiskajā plūsmā: vai nu magnētiskā lauka izmaiņu dēļ, vai arī spoles kustības dēļ nemainīgā magnētiskajā laukā.

Pašindukcija, EMS

Interesantākais ir tas, ka spole atrodas savā magnētiskajā laukā, ko rada caur to plūstošā strāva. Ja strāva aplūkojamajā ķēdē (spole un ārējās shēmas) kāda iemesla dēļ mainās, mainīsies arī magnētiskā plūsma, kas izraisa EML.

Šo EML sauc par pašindukcijas EML. Ievērojams krievu zinātnieks E.Kh izpētīja šo parādību. Lencs. 1833. gadā viņš atklāja spoles magnētisko lauku mijiedarbības likumu, izraisot pašindukciju. Šis likums tagad ir pazīstams kā Lenca likums. (Nejaukt ar Džoula-Lenca likumiem)!

Lenca likumā teikts, ka indukcijas strāvas virziens, kas rodas slēgtā vadīšanas ķēdē, ir tāds, ka tas rada magnētisko lauku, kas neitralizē magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas izraisīja indukcijas strāvas parādīšanos.

Šajā gadījumā spole atrodas savā magnētiskajā plūsmā, kas ir tieši proporcionāla strāvas stiprumam: Ф = L * I.

Šajā formulā ir proporcionalitātes koeficients L, ko sauc arī par spoles induktivitātes vai pašinduktivitātes koeficientu. SI sistēmā induktivitātes mērvienību sauc par henriju (GN).Ja ar tiešo strāvu 1A spole rada savu magnētisko plūsmu 1 VB, tad šādas spoles induktivitāte ir 1H.

Līdzīgi kā uzlādētam kondensatoram, kam ir elektriskās enerģijas padeve, spolei, caur kuru plūst strāva, ir arī magnētiskās enerģijas padeve. Pašindukcijas parādības dēļ, ja spole ir savienota ar ķēdi ar EML avotu, kad ķēde ir slēgta, strāva tiek iestatīta ar kavēšanos.

Tādā pašā veidā tas nekavējoties neapstājas, kad to atvieno. Šajā gadījumā pašindukcijas EML iedarbojas uz spoles spailēm, kuru vērtība ir ievērojami (desmit reizes) augstāka nekā enerģijas avota EML. Piemēram, līdzīga parādība tiek izmantota automašīnu aizdedzes spolēs, televizoru horizontālajos skenējumos, kā arī dienasgaismas spuldžu ieslēgšanas standarta shēmā. Tās visas ir noderīgas EML pašinducēšanas izpausmes.

Dažos gadījumos pašindukcijas EML ir kaitīgs: ja tranzistora slēdzim ir ielādēta releja spoles spole vai elektromagnēts, tad paralēli tinumam tiek uzstādīta aizsargājoša diode, lai aizsargātu pret pašindukcijas EML ar strāvas avota reversās EML polaritāti. Šī iekļaušana ir parādīta 1. attēlā.

1. attēls. Tranzistora slēdža aizsardzība pret EML pašindukciju.

Kā atklāt slēgtas cilpas

Bieži vien rodas šaubas, bet vai transformatora vai motora tinumos ir īssavienojumi? Šādām pārbaudēm tiek izmantotas dažādas ierīces, piemēram, RLC - tilti vai mājās gatavotas ierīces - zondes. Tomēr ir iespējams pārbaudīt īssavienojumus, izmantojot vienkāršu neona lampu. Var ievietot jebkuru lampu - pat no kļūdainas ķīniešu ražotas elektriskās tējkannas.

Lai veiktu mērījumu, pie izpētītā tinuma jābūt savienotam lukturim bez ierobežojoša rezistora. Tinumam jābūt ar vislielāko induktivitāti; ja tas ir tīkla transformators, tad pievienojiet lampu tīkla tinumam. Pēc tam caur tinumu jāpārlaiž strāva vairāku milimetru amplitūdā. Šim nolūkam jūs varat izmantot enerģijas avotu ar virknei pievienotu rezistoru, kā parādīts 2. attēlā.

Kā strāvas avotu var izmantot baterijas. Ja barošanas ķēdes atvēršanas brīdī notiek lampas zibspuldze, tad spole ir izmantojama, nav īssavienojuma pagriezienu. (Lai darbību secība būtu skaidrāka, slēdzis ir parādīts 2. attēlā).

Šādus mērījumus var veikt, izmantojot rādītāja avometru kā akumulatoru, piemēram, TL-4 pretestības mērīšanas režīmā * 1 omi. Šajā režīmā norādītā ierīce dod strāvu apmēram pusotra miliampra apmērā, kas ir pilnīgi pietiekami aprakstītajiem mērījumiem. Digitālais multimetrs nevar izmantot šajos nolūkos - tā strāva nav pietiekama, lai izveidotu nepieciešamo magnētiskā lauka stiprumu.

Līdzīgus mērījumus var veikt arī precīzi, ja neona lampu nomaina ar saviem pirkstiem: lai palielinātu "mērīšanas ierīces" izšķirtspēju, pirkstiem jābūt nedaudz sagrieztiem. Izmantojot darba spoli, jūs jutīsit diezgan spēcīgu elektriskās strāvas triecienu, kas, protams, nav letāls, bet arī nav ļoti patīkams.

2. attēls. Īssavienojumu pagriezienu noteikšana, izmantojot neona lampu.