Hogyan lehet észlelni a zárt hurkokat?

Ha az iskolában a fizikát jól tanították, akkor valószínűleg emlékszel a tapasztalatokra, amelyek világosan megmagyarázták az elektromágneses indukció jelenségét.

Külső szempontból ez így néz ki: a tanár jött az osztályba, a kísérők hoztak valamilyen készüléket, és az asztalra tettek. Az elméleti anyag elmagyarázása után elkezdődött a kísérletek demonstrációja, amely világosan illusztrálja a történetet.

Elektromágneses indukció

A szükséges elektromágneses indukció jelenségének bemutatása induktor nagyon nagy, erős közvetlen mágnes, összekötő vezetékek és egy galvanométernek nevezett eszköz.

A galvanométer megjelenése egy lapos doboz volt, kissé nagyobb, mint egy normál A4-es lapon, és az üveggel lezárt elülső fal mögött egy középső nulla skálát helyeztek el. Ugyanazon üveg mögött vastag fekete nyíl látható. Mindez még a legújabb íróasztaloktól is megkülönböztethető volt.

A galvanométer vezetékeket huzalokkal kötötték a tekercshez, majd a mágnes egyszerűen kézzel mozgatta felfelé és lefelé a tekercs belsejében. A galvanométer tű egyik oldalról a másikra haladt a mágnes üteméhez, ami azt jelzi, hogy áram folyik a tekercsen. Igaz, hogy a diploma megszerzése után a fizika tanár barátja elmondta nekem, hogy a galvanométer hátsó falán egy süllyesztett fogantyú található, amelyet a lövő kézi mozgatására használtak, ha a kísérlet kudarcot vallott.

Most az ilyen kísérletek egyszerűnek tűnnek és szinte nem érdemelnek figyelmet. Az elektromágneses indukciót azonban sok elektromos gépben és készülékben használják. 1831-ben Michael Faraday részt vett a tanulmányában.

Abban az időben még mindig nem volt elég érzékeny és pontos műszer, így sok évbe telt, hogy kitaláljuk, hogy a mágnesnek mozognia kell a tekercsben. Kipróbáltam a különböző formájú és erősségű mágneseket, a tekercsek tekercselési adatai is megváltoztak, a mágnest különböző módon alkalmazták a tekercsre, de csak a mágnes mozgásával elérhető váltakozó mágneses fluxus eredményezett pozitív eredményeket.

Faraday tanulmányai bebizonyították, hogy a zárt körben (tekercs és galvanométer tapasztalatunk szerint) felmerülő elektromotoros erő a mágneses fluxus változásának sebességétől függ, amelyet a tekercs belső átmérője korlátoz. Ebben az esetben teljesen közömbös, hogy a mágneses fluxus megváltozik-e: akár a mágneses mező megváltozása, akár a tekercs állandó mágneses mezőben történő mozgása miatt.

Önindukció, az önindukció EMF-je

A legérdekesebb dolog az, hogy a tekercs a saját mágneses mezőjében van, amelyet a rajta áramló áram hoz létre. Ha a vizsgált körben (tekercs és külső áramkörök) az áram valamilyen okból megváltozik, akkor az EMF-t okozó mágneses fluxus is megváltozik.

Ezt az EMF-et önindukciós EMF-nek nevezzük. Egy figyelemre méltó orosz tudós, E.Kh tanulmányozta ezt a jelenséget. Lenz. 1833-ban felfedezte a mágneses mezők kölcsönhatásának törvényét egy tekercsben, ami önindukcióhoz vezet. Ezt a törvényt Lenz törvényének nevezik. (Nem szabad összetéveszteni a Joule-Lenz törvényével)!

Lenz törvénye szerint a vezető zárt áramkörben fellépő indukciós áram iránya olyan, hogy mágneses teret hoz létre, amely ellensúlyozza a mágneses fluxus változását, amely az indukciós áram megjelenését okozta.

Ebben az esetben a tekercs a saját mágneses fluxusában van, amely közvetlenül arányos az áramszilárdsággal: Ф = L * I.

Ebben a képletben létezik L arányossági együttható, amelyet a tekercs induktivitás vagy öninduktancia koefficiensének is neveznek. Az SI rendszerben az induktivitás mértékegységét henrynek (GN) hívják.Ha 1A egyenárammal a tekercs saját 1 VB mágneses fluxust hoz létre, akkor egy ilyen tekercs induktivitása 1H.

Mint egy töltött kondenzátor, amely villamos energiát szolgáltat, a tekercs, amelyen keresztül az áram áramlik, mágneses energiát szolgáltat. Az önindukció jelensége miatt, ha a tekercs egy EMF-forrású áramkörhöz csatlakozik, az áramkör bezárásakor az áram késleltetéssel van beállítva.

Ugyanígy, amikor lecsatlakozik, nem áll le azonnal. Ebben az esetben az önindukciós EMF a tekercs csatlakozóin hat, amelyek értéke szignifikánsan (tízszeresen) magasabb, mint az energiaforrás EMF. Például hasonló jelenséget használnak az autók gyújtótekercseiben, a televíziók vízszintes letapogatásában, valamint a fénycsövek bekapcsolásának szokásos rendszerében. Ez mind hasznos megnyilvánulása az EMF önindukciónak.

Bizonyos esetekben az önindukciós EMF káros: ha a tranzisztor kapcsolóját relétekercs tekerccsel vagy elektromágnesszel töltik fel, akkor a tekercshez párhuzamosan védődiódát kell telepíteni, hogy az áramforrás fordított EML polaritása által az önindukció EMF-je ellen védjék. Ezt a beillesztést az 1. ábra mutatja.

1. ábra: A tranzisztor kapcsolójának védelme az EMF önindukció ellen.

Hogyan lehet észlelni a zárt hurkokat?

Gyakran kétségek merülnek fel, de vannak-e rövidzárlatok a transzformátorban vagy a motor tekercsében? Az ilyen ellenőrzésekhez különféle eszközöket használnak, például az RLC - hidak vagy házi készítésű eszközök - szondákat. Lehetséges azonban rövidzár ellenőrzése egyszerű neonlámpával. Bármelyik lámpa beilleszthető - még a hibás kínai gyártású elektromos vízforralóból is.

A méréshez korlátozó ellenállás nélküli lámpát kell csatlakoztatni a vizsgált tekercshez. A tekercselésnek a legnagyobb induktivitással kell rendelkeznie; ha hálózati transzformátor, akkor csatlakoztassa a lámpát a hálózati tekercshez. Ezután több milliamper áramot kell vezetni a tekercsen. Erre a célra egy áramforrást használhat egy sorba kapcsolt ellenállással, a 2. ábra szerint.

Az akkumulátorokat áramforrásként is használhatja. Ha a tápáramkör felnyitásakor egy lámpa villog, akkor a tekercs javítható, nincs rövidzárlatos fordulat. (A műveletek sorozatának tisztázása érdekében a kapcsolót a 2. ábra mutatja).

Az ilyen méréseket akkumulátorként mutató avométerrel, például TL-4-rel lehet elvégezni ellenállásmérési módban * 1 Ohm. Ebben az üzemmódban a megadott készülék körülbelül másfél milliamper áramot ad, ami elégséges a leírt mérésekhez. Digitális multiméter nem használható fel ezekre a célokra - árama nem elegendő a szükséges mágneses erő erősségének megteremtéséhez.

Hasonló méréseket is pontosan elvégezhetünk, ha a neonlámpát a saját ujjaival cseréljük ki: a „mérőkészülék” felbontásának növelése érdekében az ujjain kissé hasadjon. Működő tekerccsel meglehetősen erős áramütést fog érezni, amely természetesen nem halálos, de nem is nagyon kellemes.

2. ábra: A rövidzárlatú fordulatok detektálása neonlámpával.