Jak wykryć zamknięte pętle

Jeśli fizyka była dobrze nauczana w twojej szkole, prawdopodobnie pamiętasz doświadczenie, które jasno wyjaśniało zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Na zewnątrz wyglądało to mniej więcej tak: nauczyciel przyszedł do klasy, uczestnicy przynieśli jakieś urządzenia i położyli je na stole. Po wyjaśnieniu materiału teoretycznego rozpoczęła się demonstracja eksperymentów, która wyraźnie ilustruje tę historię.

Indukcja elektromagnetyczna

Wymagane jest zademonstrowanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej induktor bardzo duży, mocny magnes bezpośredni, przewody łączące i urządzenie zwane galwanometrem.

Z wyglądu galwanometr był płaskim pudełkiem nieco większym niż standardowy arkusz A4, a za przednią ścianą, która była zamknięta szkłem, umieszczono skalę z zerowym środkiem. Za tym samym szkłem widać grubą czarną strzałkę. Wszystko to było dość wyraźne nawet od najnowszych biurek.

Przewody galwanometru podłączono do cewki za pomocą drutów, po czym magnes po prostu ręcznie poruszał się w górę i w dół cewki. Z czasem magnes porusza się z boku na bok, igła galwanometru porusza się, wskazując, że prąd przepływa przez cewkę. To prawda, że ​​po ukończeniu studiów przyjaciel nauczyciela fizyki powiedział mi, że z tyłu galwanometru znajduje się wpuszczany uchwyt, który służył do ręcznego przemieszczania strzelca, jeśli eksperyment się nie powiedzie.

Teraz takie eksperymenty wydają się proste i prawie nie warte uwagi. Ale indukcja elektromagnetyczna jest obecnie stosowana w wielu maszynach i urządzeniach elektrycznych. W 1831 r. Michael Faraday zaangażował się w jego badania.

W tym czasie wciąż nie było wystarczająco czułych i dokładnych instrumentów, więc wiele lat zajęło odgadnięcie, że magnes powinien PRZESUWAĆ się wewnątrz cewki. Próbowano magnesów o różnych kształtach i wytrzymałościach, dane uzwojenia cewek również uległy zmianie, magnes przyłożono do cewki na różne sposoby, ale tylko przemienny strumień magnetyczny osiągnięty przez ruch magnesu doprowadził do pozytywnych wyników.

Badania Faradaya wykazały, że siła elektromotoryczna powstająca w obwodzie zamkniętym (cewka i galwanometr według naszego doświadczenia) zależy od szybkości zmiany strumienia magnetycznego, ograniczonej przez wewnętrzną średnicę cewki. W tym przypadku absolutnie obojętne jest, w jaki sposób zachodzi zmiana strumienia magnetycznego: albo z powodu zmiany pola magnetycznego, albo z powodu ruchu cewki w stałym polu magnetycznym.

Indukcja własna, EMF indukcji własnej

Najciekawsze jest to, że cewka znajduje się w swoim własnym polu magnetycznym wytwarzanym przez przepływający przez nią prąd. Jeśli prąd w rozważanym obwodzie (cewka i obwody zewnętrzne) zmienia się z jakiegoś powodu, wówczas zmienia się również strumień magnetyczny powodujący pole elektromagnetyczne.

Ten EMF nazywa się EMF indukcyjnym. Wybitny rosyjski naukowiec E.Kh. badał to zjawisko. Lenz. W 1833 r. Odkrył prawo interakcji pól magnetycznych w cewce, prowadzące do indukcji własnej. To prawo jest obecnie znane jako prawo Lenza. (Nie mylić z prawem Joule-Lenza)!

Prawo Lenza mówi, że kierunek prądu indukcyjnego powstającego w przewodzącym obwodzie zamkniętym jest taki, że wytwarza ono pole magnetyczne, które przeciwdziała zmianie strumienia magnetycznego, który spowodował pojawienie się prądu indukcyjnego.

W tym przypadku cewka znajduje się we własnym strumieniu magnetycznym, który jest wprost proporcjonalny do natężenia prądu: Ф = L * I.

W tym wzorze występuje współczynnik proporcjonalności L, zwany również cewką indukcyjności lub samoindukcyjności. W układzie SI jednostka indukcyjności nazywana jest henry (GN).Jeśli przy prądzie stałym 1A cewka wytwarza własny strumień magnetyczny 1 VB, wówczas cewka taka ma indukcyjność 1H.

Podobnie jak naładowany kondensator posiadający źródło energii elektrycznej, cewka, przez którą przepływa prąd, ma źródło energii magnetycznej. Ze względu na zjawisko samoindukcji, jeśli cewka jest podłączona do obwodu ze źródłem EMF, gdy obwód jest zamknięty, prąd jest ustawiany z opóźnieniem.

W ten sam sposób nie zatrzymuje się natychmiast po odłączeniu. W tym przypadku indukcyjna indukcja elektromagnetyczna działa na zaciski cewki, której wartość jest znacznie (dziesięciokrotnie) wyższa niż EMF źródła zasilania. Na przykład podobne zjawisko stosuje się w cewkach zapłonowych samochodów, w poziomych skanach telewizorów, a także w standardowym schemacie włączania lamp fluorescencyjnych. Są to wszystkie przydatne przejawy samoindukcji EMF.

W niektórych przypadkach samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest szkodliwe: jeśli przełącznik tranzystorowy jest obciążony cewką cewki przekaźnika lub elektromagnesu, dioda ochronna jest instalowana równolegle do uzwojenia, aby chronić przed polem elektromagnetycznym indukcji własnej przez polaryzację odwrotnego pola elektromagnetycznego źródła zasilania. To włączenie pokazano na rycinie 1.

Rysunek 1. Zabezpieczenie przełącznika tranzystorowego przed samoindukcją EMF.

Jak wykryć zamknięte pętle

Często pojawiają się wątpliwości, ale czy w uzwojeniach transformatora lub silnika występują zwarcia? Do takich kontroli stosuje się różne urządzenia, na przykład RLC - mosty lub urządzenia domowe - sondy. Można jednak sprawdzić zwarcia za pomocą prostej lampy neonowej. Każda lampa może się zmieścić - nawet z wadliwego czajnika elektrycznego wyprodukowanego w Chinach.

Aby dokonać pomiaru, lampa bez opornika ograniczającego musi być podłączona do badanego uzwojenia. Uzwojenie powinno mieć największą indukcyjność; jeśli jest to transformator sieciowy, podłącz lampę do uzwojenia sieciowego. Następnie przez uzwojenie należy przepłynąć prąd kilku miliamperów. W tym celu można użyć źródła zasilania z szeregowo połączonym rezystorem, jak pokazano na rysunku 2.

Możesz używać baterii jako źródła zasilania. Jeśli w momencie otwarcia obwodu zasilania nastąpi błysk lampy, wówczas cewka jest sprawna, nie ma zwarć. (Aby wyjaśnić sekwencję operacji, przełącznik pokazano na rysunku 2).

Takie pomiary można przeprowadzić za pomocą avometru wskaźnikowego jako akumulatora, takiego jak TL-4 w trybie pomiaru rezystancji * 1 Ohm. W tym trybie określone urządzenie wytwarza prąd o wartości około półtora miliampera, co w zupełności wystarcza do opisanych pomiarów. Multimetr cyfrowy nie może być wykorzystany do tych celów - jego prąd nie wystarcza do wytworzenia niezbędnej siły pola magnetycznego.

Podobne pomiary można również wykonać dokładnie, jeśli lampa neonowa zostanie zastąpiona własnymi palcami: aby zwiększyć rozdzielczość „urządzenia pomiarowego”, palce powinny lekko się ślinić. Dzięki pracującej cewce odczujesz dość silny porażenie prądem, oczywiście nie śmiertelne, ale także niezbyt przyjemne.

Rysunek 2. Wykrywanie zwartych zwojów za pomocą lampy neonowej.