วิธีการตรวจจับลูปปิด

หากโรงเรียนสอนวิชาฟิสิกส์เป็นอย่างดีคุณอาจจำประสบการณ์ที่อธิบายปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน

ภายนอกมันเป็นแบบนี้ครูมาที่ห้องเรียนผู้เข้าร่วมนำเครื่องใช้มาวางบนโต๊ะ หลังจากอธิบายเนื้อหาทางทฤษฎีแล้วการสาธิตการทดลองก็เริ่มขึ้นซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงเรื่องราว

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่จำเป็น เหนี่ยวนำ แม่เหล็กตรงขนาดใหญ่มากที่ทรงพลังการเชื่อมต่อสายไฟและอุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า

การปรากฏตัวของกัลวาโนมิเตอร์นั้นเป็นกล่องแบนที่มีขนาดใหญ่กว่าแผ่น A4 มาตรฐานเล็กน้อยและด้านหลังกำแพงด้านหน้าซึ่งถูกปิดด้วยกระจกขนาดที่มีศูนย์อยู่ตรงกลาง ด้านหลังกระจกเดียวกันจะเห็นลูกศรสีดำหนา ทั้งหมดนี้ค่อนข้างแตกต่างจากโต๊ะล่าสุด

ตัวนำกัลวาโนมิเตอร์เชื่อมต่อกับขดลวดโดยใช้สายไฟหลังจากนั้นแม่เหล็กก็ขยับขึ้นและลงภายในขดลวดด้วยมือ เข็มกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งไปยังจังหวะของแม่เหล็กซึ่งบ่งชี้ว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด จริงหลังจากสำเร็จการศึกษาเพื่อนของครูฟิสิกส์บอกฉันว่าบนผนังด้านหลังของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้ามีด้ามจับแบบฝังซึ่งใช้สำหรับเคลื่อนย้ายปืนด้วยมือหากการทดลองล้มเหลว

ตอนนี้การทดลองดังกล่าวดูเรียบง่ายและแทบไม่น่าสนใจเลย แต่ตอนนี้มีการใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้าจำนวนมาก ในปี ค.ศ. 1831 ไมเคิลฟาราเดย์มีส่วนร่วมในการศึกษา

ในเวลานั้นยังมีเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนและแม่นยำไม่เพียงพอดังนั้นจึงใช้เวลาหลายปีในการคาดเดาว่าแม่เหล็กควรเคลื่อนที่ภายในขดลวด มีการลองแม่เหล็กของรูปร่างและจุดแข็งต่าง ๆ ข้อมูลขดลวดของขดลวดก็เปลี่ยนไปแม่เหล็กถูกนำไปใช้กับขดลวดในรูปแบบต่าง ๆ แต่มีเพียงฟลักซ์แม่เหล็กสลับที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กทำให้ได้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก

การศึกษาของฟาราเดย์ได้พิสูจน์แล้วว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในวงจรปิด (ขดลวดและกัลวาโนมิเตอร์ในประสบการณ์ของเรา) ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งถูก จำกัด โดยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของขดลวด ในกรณีนี้มันไม่สนใจอย่างแน่นอนว่าการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเกิดขึ้นได้อย่างไร: เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือเนื่องจากการเคลื่อนที่ของขดลวดในสนามแม่เหล็กคงที่

การเหนี่ยวนำตนเอง, EMF ของการเหนี่ยวนำตนเอง

สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือขดลวดอยู่ในสนามแม่เหล็กของตัวเองที่สร้างขึ้นโดยกระแสที่ไหลผ่าน หากกระแสในวงจรภายใต้การพิจารณา (ขดลวดและวงจรภายนอก) เปลี่ยนแปลงด้วยเหตุผลบางอย่างฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิด EMF ก็จะเปลี่ยนเช่นกัน

EMF นี้เรียกว่า EMF ที่เหนี่ยวนำตนเอง นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ E.Kh ได้ศึกษาปรากฏการณ์นี้ พร ในปี 1833 เขาค้นพบกฎของการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กในขดลวดซึ่งนำไปสู่การเหนี่ยวนำตนเอง กฎนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อกฎของพร (เพื่อไม่ให้สับสนกับกฎหมายของ Joule-Lenz)!

กฎของ Lenz กล่าวว่าทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้าแบบปิดนั้นมันจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ในกรณีนี้ขดลวดอยู่ในฟลักซ์แม่เหล็กของตัวเองซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสไฟฟ้า: Ф = L * I

ในสูตรนี้มีค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน L เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าค่าความเหนี่ยวนำหรือค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำด้วยตนเองของขดลวด ในระบบ SI หน่วยเหนี่ยวนำเรียกว่าเฮนรี่ (GN)ถ้าด้วยกระแสตรง 1A ขดลวดจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กของตนเองที่ 1VB ดังนั้นขดลวดดังกล่าวจะมีการเหนี่ยวนำ 1H

เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุที่มีการจ่ายพลังงานไฟฟ้าขดลวดที่กระแสไหลมีแหล่งจ่ายพลังงานแม่เหล็ก เนื่องจากปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำด้วยตนเองหากขดลวดเชื่อมต่อกับวงจรที่มีแหล่งกำเนิด EMF เมื่อปิดวงจรกระแสจะถูกกำหนดด้วยความล่าช้า

ในทำนองเดียวกันมันจะไม่หยุดทันทีเมื่อตัดการเชื่อมต่อ ในกรณีนี้ EMF ที่เหนี่ยวนำตัวเองทำหน้าที่บนขั้วขดลวดซึ่งมีค่าสูงกว่า EMF ของแหล่งจ่ายไฟอย่างมีนัยสำคัญ (สิบเท่า) ตัวอย่างเช่นมีการใช้ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันในคอยล์จุดระเบิดของรถยนต์ในการสแกนแนวนอนของโทรทัศน์รวมถึงในรูปแบบมาตรฐานสำหรับการเปิดสวิตช์หลอดฟลูออเรสเซนต์ สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นประโยชน์ของการเหนี่ยวนำ EMF ด้วยตนเอง

ในบางกรณี EMF ที่เหนี่ยวนำตัวเองจะเป็นอันตราย: หากสวิตช์ทรานซิสเตอร์เต็มไปด้วยขดลวดของรีเลย์ขดลวดหรือแม่เหล็กไฟฟ้าจากนั้นไดโอดป้องกันจะถูกติดตั้งพร้อมกับขดลวดเพื่อป้องกัน EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองด้วยขั้วของ EMF ย้อนกลับของแหล่งพลังงาน การรวมนี้จะแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 การป้องกันสวิตช์ทรานซิสเตอร์จากการเหนี่ยวนำด้วยตนเองของ EMF

วิธีการตรวจจับลูปปิด

บ่อยครั้งที่เกิดข้อสงสัย แต่มีวงจรสั้น ๆ ในหม้อแปลงหรือขดลวดมอเตอร์หรือไม่? สำหรับการตรวจสอบดังกล่าวจะมีการใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น RLC - บริดจ์หรืออุปกรณ์โฮมเมด - โพรบ อย่างไรก็ตามมันเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบการลัดวงจรโดยใช้หลอดนีออนอย่างง่าย โคมไฟใดก็ได้ที่สามารถติดตั้งได้ - แม้จากกาต้มน้ำไฟฟ้าที่ทำจากจีนผิดปกติ

ในการวัดหลอดไฟที่ไม่มีตัวต้านทาน จำกัด จะต้องเชื่อมต่อกับขดลวดที่ศึกษา การม้วนควรมีการเหนี่ยวนำมากที่สุด หากเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าให้เชื่อมต่อหลอดไฟกับสายไฟหลัก หลังจากนั้นกระแสไฟฟ้าหลายพันมิลลิวินาทีควรผ่านขดลวด เพื่อจุดประสงค์นี้คุณสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟกับตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมดังแสดงในรูปที่ 2

คุณสามารถใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงาน หากในขณะที่เปิดวงจรแหล่งจ่ายไฟจะมีหลอดไฟแฟลชหนึ่งครั้งคอยล์จะทำงานได้โดยไม่มีการลัดวงจร (เพื่อให้ลำดับการทำงานชัดเจนยิ่งขึ้นสวิตช์จะแสดงในรูปที่ 2)

การวัดดังกล่าวสามารถทำได้โดยใช้ตัวชี้ avometer เป็นแบตเตอรี่เช่น TL-4 ในโหมดการวัดความต้านทาน * 1 โอห์ม ในโหมดนี้อุปกรณ์ที่ระบุให้กระแสประมาณหนึ่งและครึ่งมิลลิแอมป์ซึ่งค่อนข้างเพียงพอสำหรับการวัดที่อธิบายไว้ ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ไม่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ได้ - กระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอที่จะสร้างความแรงของสนามแม่เหล็กที่จำเป็น

การวัดที่คล้ายกันสามารถทำได้เช่นกันหากหลอดนีออนถูกแทนที่ด้วยนิ้วของคุณเอง: เพื่อเพิ่มความละเอียดของ "อุปกรณ์การวัด" นิ้วของคุณควรจะกรีดเล็กน้อย ด้วยขดลวดที่ใช้งานได้คุณจะรู้สึกถึงไฟฟ้าช็อตที่ค่อนข้างแรงไม่เป็นอันตรายถึงชีวิต แต่ยังไม่น่าพึงพอใจมาก

รูปที่ 2 การตรวจจับการเลี้ยวลัดวงจรโดยใช้หลอดนีออน