Как да открием затворени контури

Ако физиката е била добре преподавана във вашето училище, тогава вероятно ще запомните опита, който ясно обясни феномена на електромагнитната индукция.

Външно изглеждаше така: учителят дойде в класната стая, присъстващите донесоха някои уреди и ги поставиха на масата. След обяснението на теоретичния материал започна демонстрация на експерименти, която ясно илюстрира историята.

Електромагнитна индукция

За да се демонстрира необходимото явление на електромагнитна индукция индуктор много голям, мощен директен магнит, свързващи проводници и устройство, наречено галванометър.

Външният вид на галванометъра представляваше плоска кутия, малко по-голяма от стандартния лист А4, а зад предната стена, която беше затворена със стъкло, беше поставена скала с нула в средата. Зад същото стъкло се виждаше дебела черна стрела. Всичко това беше доста различимо дори от най-новите бюра.

Галанометровите проводници бяха свързани към бобината с помощта на проводници, след което магнитът просто се движеше нагоре и надолу вътре в бобината на ръка. С течение на времето, когато магнитът се придвижва отстрани, иглата на галванометър се движи, което показва, че токът тече през бобината. Вярно е, че след дипломирането, приятел на учителя по физика ми каза, че на задната стена на галванометъра има дръжка за насрещно забиване, която се използва за ръчно преместване на стрелеца, ако експериментът се провали.

Сега подобни експерименти изглеждат прости и почти не заслужават внимание. Но електромагнитната индукция се използва в много електрически машини и устройства. През 1831 г. Майкъл Фарадей се занимава с изследването си.

По онова време все още нямаше достатъчно чувствителни и точни инструменти, така че бяха необходими много години, за да се предположи, че магнитът трябва да се движи вътре в намотката. Опитаха се магнити с различна форма и сила, данните за навиването на намотките също се променяха, магнитът се прилагаше към намотката по различни начини, но само променливият магнитен поток, постигнат чрез движението на магнита, доведе до положителни резултати.

Изследванията на Фарадей са доказали, че електромотивната сила, възникваща в затворен кръг (намотка и галванометър в нашия опит) зависи от скоростта на промяна на магнитния поток, ограничена от вътрешния диаметър на намотката. В този случай е абсолютно безразлично как става промяната в магнитния поток: или поради промяна в магнитното поле, или поради движението на намотката в постоянно магнитно поле.

Самоиндукция, ЕМП на самоиндукция

Най-интересното е, че намотката е в собствено магнитно поле, създадено от тока, протичащ през нея. Ако токът в разглежданата схема (намотка и външни вериги) се промени по някаква причина, тогава магнитният поток, причиняващ EMF, също ще се промени.

Този ЕМП се нарича ЕМП на самоиндукция. Забележителен руски учен Е. К. изучавал това явление. Ленц. През 1833 г. той открива закона за взаимодействието на магнитните полета в намотка, което води до самоиндукция. Този закон сега е известен като закон на Ленц. (Да не се бърка със закона на Жул-Ленц)!

Законът на Ленц казва, че посоката на индукционния ток, възникваща в проводяща затворена верига, е такава, че създава магнитно поле, което противодейства на промяната в магнитния поток, което е причинило появата на индукционен ток.

В този случай бобината е със собствен магнитен поток, който е пряко пропорционален на силата на тока: Ф = L * I.

В тази формула има коефициент на пропорционалност L, наричан още коефициент на индуктивност или самоиндуктивност на намотката. В системата SI единицата на индуктивност се нарича хенри (GN).Ако с постоянен ток от 1А, намотката създава собствен магнитен поток от 1 VB, тогава такава намотка има индуктивност 1H.

Подобно на зареден кондензатор, който има захранване с електрическа енергия, намотката, през която протича токът, има запас от магнитна енергия. Поради феномена на самоиндукция, ако намотката е свързана към верига с източник на ЕМП, когато веригата е затворена, токът се задава със закъснение.

По същия начин, той не спира веднага при изключване. В този случай ЕМП на самоиндукция действа върху клемите на намотката, чиято стойност е значително (десетократно) по-висока от ЕМП на източника на енергия. Например, подобно явление се използва в запалителни бобини на автомобили, в хоризонтални сканирания на телевизори, както и в стандартната схема за включване на флуоресцентни лампи. Това са все полезни прояви на самоиндукция на ЕМП.

В някои случаи ЕМП на самоиндукция е вреден: ако транзисторният превключвател е натоварен с бобина от релейна намотка или електромагнит, тогава паралелно на намотката се монтира защитен диод, за да се предпази от ЕМП на самоиндукцията от полярността на обратната ЕРС на източника на захранване. Това включване е показано на фигура 1.

Фигура 1. Защита на транзисторния превключвател срещу ЕМП самоиндукция.

Как да открием затворени контури

Често възникват съмнения, но има ли къси съединения в намотките на трансформатора или двигателя? За такива проверки се използват различни устройства, например RLC - мостове или домашни устройства - сонди. Възможно е обаче да се провери за късо съединение с помощта на обикновена неонова лампа. Всяка лампа може да се побере - дори и от дефектна електрическа кана от китайско производство.

За да направите измерване, към изследваната намотка трябва да се свърже лампа без ограничаващ резистор. Намотката трябва да има най-голяма индуктивност; ако е мрежов трансформатор, свържете лампата към мрежовата намотка. След това през намотката трябва да се премине ток от няколко милиампера. За тази цел можете да използвате източник на захранване със серийно свързан резистор, както е показано на фигура 2.

Можете да използвате батерии като източник на енергия. Ако в момента на отваряне на захранващата верига има светкавица на лампата, тогава бобината е работеща, няма късо съединения. (За да стане по-ясна последователността на операциите, превключвателят е показан на фигура 2).

Такива измервания могат да се извършват с помощта на показалеца анометър като батерия, като например TL-4 в режим на измерване на съпротивлението * 1 Ohm. В този режим посоченото устройство дава ток от около един и половина милиампеса, което е напълно достатъчно за описаните измервания. Цифров мултицет не може да се използва за тези цели - токът му не е достатъчен, за да създаде необходимата сила на магнитното поле.

Подобни измервания могат да се извършват също толкова добре, ако неоновата лампа бъде заменена със собствените ви пръсти: за да увеличите разделителната способност на "измервателното устройство", пръстите ви трябва да са леко нарязани. С работеща бобина ще почувствате доста силен токов удар, със сигурност не фатален, но и не особено приятен.

Фигура 2. Откриване на късо съединение с помощта на неонова лампа.