Sunteți aici: || Camp magnetic. Teoria curentului alternativ

magnetic

Camp magnetic. Curent alternativ

Conținutul subiectului:

  1. Inducție magnetică.
  2. Mișcarea unei particule într-un câmp magnetic.
  3. Camp magnetic.
  4. Forța magnetică care acționează asupra unui conductor cu un curent plasat într-un câmp magnetic
  5. Proprietățile magnetice ale substanțelor.
  6. Inductie electromagnetica.
  7. Curent alternativ.
  8. Transformatoare.

Testarea sarcinilor din examene:

Teorie

1. Inducție magnetică

Definiție

(1):, unde Fmax este forța magnetică care acționează asupra unei sarcini de test q0 care se deplasează cu viteza v perpendiculară pe liniile de forță, B - inducție magnetică.

Unitate

Unitatea principală de măsură pentru inducția magnetică este Tesla [T].

Linii electrice de inducție

Atât câmpul electric, cât și câmpul magnetic sunt ilustrate de linii magnetice de forță. Au aceleași caracteristici ca și liniile electrice. Liniile de forță de inducție se extind de la polul nord (N) și intră în polul sud (S) al magnetului.

2. Mișcarea unei particule într-un câmp magnetic

Proprietățile forței magnetice

  • Forța magnetică acționează numai asupra unei sarcini electrice în mișcare (spre deosebire de forța electrică, care acționează atât asupra unei sarcini în mișcare, cât și asupra unei sarcini fixe).
  • Forța magnetică nu schimbă magnitudinea vitezei particulei, ci doar schimbă traiectoria.

Magnitudinea forței magnetice

Direcția forței magnetice care acționează asupra unei particule în mișcare. Regula degetelor întinse ale mâinii drepte

Direcția forței magnetice este determinată de regula degetelor întinse ale mâinii drepte

Dacă ne așezăm mâna dreaptă astfel încât degetul mare întins să indice în direcția mișcării particulelor, celelalte degete întinse indică în direcția liniilor de forță de inducție, atunci forța este perpendiculară pe palmă. Dacă particula este pozitivă, forța este în afara palmei, Fig. 1 - a), dacă particula este cu forță negativă, aceasta este spre interior spre palmă, Fig. 1 - b).

3. Câmpul magnetic

Definiția magnetic field

Spațiul în care acționează o forță magnetică.

Surse de câmp magnetic

Sursele câmpului magnetic sunt:

  • magneți permanenți;
  • accelerarea particulelor încărcate în mișcare;
  • conductor de curent.

Câmp magnetic al unui conductor drept lung cu curent. Regula degetelor îndoite pe mâna dreaptă

  • Linii de înaltă tensiune - Liniile de inducție sunt cercuri concentrice (Fig. 2).
  • Direcția liniilor de inducție - Direcția forțelor de inducție este determinată de următoarea regulă.

Dacă apucăm mental firul cu mâna dreaptă (Fig. 2) astfel încât degetul mare întins să indice direcția curentului, atunci degetele îndoite indică direcția liniilor de forță.

(3):, unde I este magnitudinea curentului, r este distanța față de conductor, const este un număr care depinde de mulți factori, dintre care unii sunt proprietățile magnetice ale mediului.

Câmpul magnetic al unui fir circular cu curent

  • Linii de înaltă tensiune "Linia care trece prin centru este dreaptă." Pe măsură ce vă apropiați de fir, linia este distorsionată și în jurul firului însuși (la ambele capete) liniile sunt cercuri concentrice (Fig. 3).
  • Direcția liniilor de inducție - Direcția forțelor de inducție este determinată de regula degetelor îndoite ale mâinii drepte.

Câmpul magnetic al bobinei curente. A doua regulă a degetelor îndoite ale mâinii drepte

  • Linii de înaltă tensiune - Liniile de forță seamănă cu liniile de forță ale unui magnet permanent în formă de potcoavă, adică. liniile de forță din interiorul înfășurării sunt linii drepte paralele, iar în afara înfășurării ies dintr-un capăt și intră în celălalt capăt al înfășurării. (Fig. 4).
  • Direcția liniilor de inducție - Polii magnetici ai câmpului magnetic sunt determinați de a doua regulă a degetelor îndoite ale mâinii drepte.

Dacă apucăm mental firul (Fig. 4) astfel încât degetele îndoite să indice direcția curentului de-a lungul înfășurării, atunci degetul mare întins va arăta către polul nord al înfășurării.

Numai câmpul magnetic al unei înfășurări curente are poli magnetici.

4. Forța magnetică care acționează asupra unui conductor cu un curent plasat într-un câmp magnetic

Magnitudinea forței magnetice

  • Forța maximă - Forța magnetică este maxim mare atunci când conductorul este situat perpendicular pe liniile câmpului (Fig. 5).
  • Forța zero - Forța magnetică este zero atunci când conductorul este situat paralel cu liniile de câmp (Fig. 6).

Legea lui Ampere

(4): Fmax = BIL, unde B este inducția magnetică a câmpului, I - magnitudinea curentului de-a lungul conductorului, L - lungimea conductorului, Fmax - forța care acționează asupra unui conductor perpendicular pe liniile forța câmpului.

Direcția forței magnetice. Regula degetelor întinse ale mâinii drepte

Direcția forței magnetice care acționează asupra unui conductor cu un curent plasat într-un câmp magnetic este determinată de regula degetelor întinse ale mâinii drepte:

Dacă ne așezăm mâna dreaptă astfel încât degetele întinse să indice în direcția liniilor de forță ale inducției magnetice și degetul mare să indice în direcția curentului din sârmă, atunci forța magnetică este întotdeauna îndreptată spre exterior din palma.

5. Proprietățile magnetice ale substanțelor

Definiție

O - Toate substanțele prezintă proprietăți magnetice, adică. atunci când sunt plasate într-un câmp magnetic, ele se magnetizează.

Forme de magnetism

  • Substanțe paramagnetice:
    • Oh determinare - Substanțe care sunt atrase de un magnet puternic, dar care nu sunt magnetizate sub influența acestuia - atunci când părăsesc câmpul, proprietățile lor magnetice dispar.
    • Proprietăți - Substanțele paramagnetice au proprietatea de a amplifica câmpul magnetic - în interiorul lor inducția magnetică este mai mare decât în ​​spațiul înconjurător.
    • Exemple - Substanțele paramagnetice sunt cromul, aluminiul, multe alte metale (metale alcaline și alcalino-pământoase, precum și aliajele acestora), oxigenul etc.
  • Substanțe diamagnetice:
    • Oh determinare - Substanțe respinse de un magnet puternic, dar care nu sunt magnetizate sub influența acestuia - atunci când părăsesc câmpul, proprietățile lor magnetice dispar.
    • Proprietăți - Substanțele diamagnetice au proprietatea de a slăbi câmpul magnetic - în interiorul lor inducția magnetică este mai mică decât în ​​spațiul înconjurător.
    • Exemple - Substanțele diamagnetice sunt cuprul, apa, azotul etc.
  • Substanțe feromatnite:
    • Oh determinare - Substanțe care sunt puternic magnetizate sub acțiunea unui câmp magnetic extern și își păstrează magnetizarea atunci când câmpul extern este îndepărtat.
    • Proprietăți - Substanțele feromagnetice se transformă în magneți.
    • Exemple - Substanțele feromagnetice sunt fierul, cobaltul, nichelul, aliajele acestor substanțe între ele și cu alte metale etc.

6. Inducția electromagnetică

Definiție

O - Fenomenul în care un curent I este generat într-un conductor atunci când este plasat într-un câmp magnetic alternativ. Acest curent I se numește curent indus, iar tensiunea se numește tensiune indusă.

Condiții pentru obținerea inducției electromagnetice

Din definiția inducției electromagnetice rezultă că, pentru a observa inducția electromagnetică, trebuie să avem un câmp magnetic alternativ. În practică, aceasta înseamnă că un curent electric va curge în fiecare conductor închis (înfășurare închisă) atunci când numărul de linii de câmp magnetic acoperite de conductor se modifică în timp. De obicei, acest lucru poate apărea atunci când:

  • Misc un magnet permanent de-a lungul axei unui fir circular (Fig. 7);
  • Misc conductorul în raport cu magnetul;
  • rotiți uniform cadrul cu un curent într-un câmp magnetic uniform etc.

Există cazuri în care curentul indus NU functioneaza. De exemplu:

  • Magnetul se mișcă perpendicular pe fir - Spate. 18 din DZI desfășurat la 22.05.2017.
  • Conductorul circular se deplasează într-un câmp magnetic uniform în direcția liniilor de inducție - Spate. 15 din DZI desfășurat la 23.05.2018.
  • Dacă suprafața unei bucle de conductor plat este paralelă cu liniile de inducție ale unui câmp magnetic uniform - În acest caz curentul indus nu se obține deoarece conductorul nu traversează liniile de inducție.

Regula lui Lenz

Direcția curentului indus într-o buclă de conductor închisă este de așa natură încât câmpul magnetic al curentului se opune schimbării câmpului magnetic care generează acest curent. Magnetul din FIG. 7 - a) se apropie de conductor, apoi curentul indus I este în direcția „sus”. Magnetul din FIG. 7 - b) se îndepărtează de conductor, apoi curentul indus I este „jos”.

Tensiunea indusă

  • Tensiunea electromotivă indusă (EDV) - Mai sus am văzut că atunci când plasăm un fir circular (bobină închisă sau cadru) într-un câmp magnetic alternativ, se obține un curent indus. Prezența acestui curent indică faptul că în timpul inducției electromagnetice apare o tensiune electromotoare (EDV) în înfășurare, numită EDN indus sau doar tensiunea indusă.
  • De ce depinde tensiunea indusă? - Pentru a simplifica considerația, nu vom scrie o formulă și nici nu vom calcula matematic (în majoritatea cazurilor aceste calcule matematice sunt mai complexe). Vom menționa doar că magnitudinea EDN indus depinde de:
    • viteza de mișcare a magnetului sau frecvența de rotație a cadrului;
    • inducția magnetică B a câmpului;
    • zona cadrului.

    Rețineți că EDN indus NU depinde de forma cadrului.

    7. Curent alternativ

    Definiție

    O Curent care schimbă dimensiunea și direcția în timp.

    Caracteristici

    • Valoarea efectivă a tensiunii:

    Valoarea curentă efectivă:

    Putere medie:

    Alternator și grafică de curent alternativ

    În FIG. 8 prezintă un model simplificat al unui generator de curent alternativ. Capetele cadrului de sârmă sunt conectate prin inele metalice izolate fixate pe axa generatorului. Magnetul permanent creează un câmp magnetic uniform. Cadrul, împreună cu axa generatorului, se rotește uniform în acest câmp. Pe măsură ce cadrul se rotește, numărul de linii de inducție care îl traversează se schimbă constant. Acest număr este maxim atunci când cadrul este perpendicular pe liniile de forță și devine zero atunci când este paralel cu ele.

    Grafică AC

    Dependența curentului indus de timp este o linie ondulată prezentată în FIG. 8, sub circuitul generatorului. Această parte a graficului, care este deasupra abscisei, corespunde unei direcții a curentului, iar partea de sub abscisă - în direcția opusă. Când cadrul este perpendicular pe liniile electrice, curentul este zero (I = 0) și în acest moment își schimbă direcția, iar când cadrul este paralel cu liniile electrice, curentul este maxim mare (I = Imax).

    8. Transformatoare

    Definiție

    O - Dispozitiv cu ajutorul căruia se modifică valoarea efectivă a tensiunii alternative fără a-i modifica frecvența (Fig. 9).

    Dispozitiv

    O diagramă a acestui dispozitiv este prezentată în FIG. 9:

    • Înfășurarea primară - i se aplică tensiunea U1 de la sursă. Are un anumit număr de viraje N1.
    • Înfășurare secundară - din aceasta se obține tensiunea secundară U2. Această înfășurare se conectează la consumator și are înfășurări N2 diferite de înfășurările înfășurării primare.
    • Conductor magnetic - un miez de fier închis pe care sunt așezate înfășurările primare și secundare.

    Principiul de funcționare

    Funcționarea transformatorului se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice. Când curentul alternativ curge în înfășurarea primară, apare un câmp magnetic alternativ, care induce o tensiune în înfășurarea secundară. Circuitul magnetic este conceput astfel încât aproape toate liniile de inducție a câmpului magnetic să se închidă astfel încât să cadă în înfășurarea secundară.

    Coeficientul de transformare

    Folosind diferite experimente, s-a constatat că relația dintre valorile efective U1 și U2 ale tensiunilor celor două înfășurări și numărul N1 și N2 al înfășurărilor lor este dată de formula:

    (8): = k, unde k este coeficientul de transformare.

    Transformatoare și energie

    Transformatoarele nu „câștigă” energie. Ignorând pierderile de energie și aplicând legea conservării energiei, rezultă că energia primită la intrarea transformatorului este egală cu energia primită la ieșire. Aceasta înseamnă că curentul din cele două înfășurări ale transformatorului este același. Apoi:

    (9): = k, unde I1 și I2 sunt curenții din înfășurările primare și respectiv secundare.

    Tipuri de transformatoare

    Vom lua în considerare tipurile de transformatoare în funcție de tensiune:

    • Crescând - Tensiunea înfășurării secundare este mai mare decât tensiunea înfășurării primare, dar curentul în înfășurarea secundară este mai slab decât curentul din înfășurarea primară, adică. U2> U1 și I2 I1. Pentru aceste transformatoare avem k> 1.