Реферат тақырыбы: Фарадейдің заңы. Ленц ережесі. Құйынды электр өрісі. Өздік индукция құрылысы. Өзара индукция
жүктеу/скачать 20.06 Kb.
|
|
Қазақстан инженерлік технологиялық университеті РЕФЕРАТ Тақырыбы: Фарадейдің заңы. Ленц ережесі. Құйынды электр өрісі. Өздік индукция құрылысы. Өзара индукция. Орындаған: Мухтар А. Б Қабылдаған: Нұрбақыт Г Алматы 2022ж Жоспар: 1.Фарадейдің заңы 2.Ленц ережесі 3.Құйынды электр өрісі 4.Өздік индукция құрылысы 5.Өзара индукция 1.Майкл Фарадей (Ньюингтон Батт, 1791 ж. 22 қыркүйек - Хэмптон соты, 25 тамыз 1867) - британдық физик және химик, оның негізгі үлестері электромагнетизм және электрохимия салаларында болды. Оның ғылымға, демек адамзатқа қосқан үлестерінің қатарында оның электромагниттік индукция, диамагнетизм және электролиз жөніндегі жұмысын ерекше атап өтуге болады. Фарадей өзінің отбасының экономикалық жағдайына байланысты аз ғана ресми білім алды, сондықтан он төрт жасынан бастап ол осы кемшіліктерді кітап байланыстырушы ретінде оқыған кезінде көптеген оқулар жасау арқылы толтыруға жауапты болды. Ол байлаған және ғалымға ең көп әсер еткен кітаптардың біріАқыл-ойды жетілдіру (Ақыл-ойдың жақсаруы) Исаак Уоттс. Фарадей тамаша эксперимент жүргізді және өз тұжырымдарын түсінуге оңай тілде жеткізді. Оның математикалық қабілеттері ең жақсы болмаса да, Джеймс Клерк Максвелл өзінің және басқалардың жұмыстарын теңдеулер тобында қорытындылады. Клерк Максвеллдің сөзімен айтқанда: «Күш сызықтарын қолдану Фарадейдің шынымен де ұлы математик болғандығын көрсетеді, одан болашақ математиктер құнды және құнарлы әдістер шығара алады». Халықаралық бірліктер жүйесінің (SI) электр сыйымдылығының бірлігі оның құрметіне Фарад (F) деп аталады. Фарадей химик ретінде бензол ашты, хлорлы клатрат, тотығу санау жүйесі бойынша зерттеулер жүргізді және Бунсен оттықшысының предшественниги деп аталатын зат жасады. Сонымен қатар, ол терминдерді танымал етті: анод, катод, электрон және ион. Физика саласында оның зерттеулері мен тәжірибелері электр мен электромагнетизмге бағытталған. Оның магнит өрісін зерттеуі электромагниттік өріс тұжырымдамасын дамыту үшін негіз болды және «Электромагниттік айналу құрылғылары» деп атаған оның жаңалығы қазіргі электр қозғалтқышының ізашары болды. Фарадей заңы немесе электромагниттік индукция заңы деп аталуды көрсету үшін Майкл Фарадей оқшауланған сыммен оралған түтік түрінде картон алды; осылайша ол катушканы қалыптастырды. Кейіннен ол катушканы алып, магнитті катушкадан өткізген кезде индукцияланған электр қозғаушы күшін өлшеу үшін оны вольтметрмен байланыстырды. Осы эксперименттің нәтижесінде Фарадей тыныштықтағы магниттің электр қозғаушы күш тудыруға қабілетті емес екенін анықтады, дегенмен тыныштықта ол жоғары магнит өрісін тудырады. Бұл катушка арқылы ағынның өзгермейтіндігінде көрінеді. Магнит катушкаға жақындаған кезде магнит ағыны магнит орамның ішінде болғанша тез өседі. Магнит орамнан өткеннен кейін бұл ағын төмендейді. 2. The Ленц заңы магнит өрісінің ағынының өзгеруіне байланысты тұйық тізбекте қозғалатын электр қозғаушы күштің полярлығы, ол аталған ағынның өзгеруіне қарсы болатындығын анықтайды. Фарадей заңының алдындағы жағымсыз белгі Ленц заңын ескереді, себебі оны Фарадей-Ленц заңы деп атаған және ол келесідей көрінеді. ε ретінде қысқартылған индукцияланған электр қозғаушы күшін білдіреді фем, Φ магнит өрісінің ағыны және т Бұл уақыт. Халықаралық жүйедегі бірліктер (SI) фем вольт (V) Магнит өрісінің ағыны Φ келесі нүктелік өніммен анықталады: Көрсетілген теңдеуде B тұрақты және үшін бірлік Φ магнит өрісінің ағыны үшін SI - бұл Weber (W): Экспресстің тағы бір тәсілі Φ скалярлық өнімнің анықтамасын қолдану кезінде алынған: Φ = B.A.cos θ Бұл теңдеудеB - бұл магнит өрісінің шамасы (векторды оның шамасынан ажырату үшін қарамен немесе көрсеткісіз), A - өріс қиып өткен беттің ауданы және θ - векторлар арасындағы бұрыш B Y n. А құру үшін магнит өрісінің ағыны уақыт бойынша әр түрлі болуы мүмкін фем тұйықталған - тұйықталған тізбектегі - А аумағындағы. Мысалы: -Магнит өрісінің уақыт бойынша өзгермелі болуы:B = B (t), аудан мен бұрышты тұрақты ұстап, содан кейін: Ленц заңын жедел қолдану - мағынасын анықтау фем немесе индукцияланған ток кез келген есептеуді қажет етпей. Келесіні қарастырыңыз: сізде магнит өрісінің ортасында цикл бар, мысалы, штангалы магнит шығаратын. Егер магнит пен цикл бір-біріне қатысты тыныштықта болса, ештеңе болмайды, яғни индукцияланған ток болмайды, өйткені бұл жағдайда магнит өрісінің ағыны тұрақты болып қалады. Тоқты қоздыру үшін ағын өзгеруі керек. Енді магнит пен цикл арасында салыстырмалы қозғалыс болса немесе магнитті циклге қарай немесе магнитке қарай жылжытатын болса, онда өлшеу үшін индукцияланған ток пайда болады. Бұл индукцияланған ток өз кезегінде магнит өрісін тудырады, сондықтан бізде екі өріс болады: магниттікі B1 көк түсте және индукциямен құрылған токпен байланысты B2, қызғылт сары. Оң саусақтың ережесі бағытты білуге мүмкіндік береді B2Ол үшін оң қолдың бас бармағын ток бағыты мен бағытымен орналастырады. Қалған төрт саусақ 2-суретке сәйкес (төменде) магнит өрісінің иілу бағытын көрсетеді. Бұл магнитті мыс түтікке шығарғанда оның қалай бәсеңдейтіндігі көрсетілген тәжірибе. Магнит құлаған кезде, ол түтік ішіндегі магнит өрісінің ағынының өзгеруін тудырады, бұл қазіргі контурда болады. Содан кейін ағынның өзгеруіне қарсы индукцияланған ток пайда болады. Бұл үшін түтік өзінің магнит өрісін жасайды, бұл біз білетініміздей, индукцияланған токпен байланысты. Магнит оңтүстік полюсті төмен қаратып босатылды делік,Нәтижесінде түтік солтүстік полюспен өзінің магнит өрісін жасайды төмен және оңтүстік полюс жоғарыБұл магниттердің жұптасуына тең, олардың бірі құлап жатқаннан жоғары және төмен орналасқан. Тұжырымдама келесі суретте көрсетілген, бірақ магниттік полюстер бір-бірінен ажырамайтындығын есте ұстаған жөн. Егер төменгі магнит магнитінің солтүстік полюсі төмен болса, оған міндетті түрде оңтүстік полюсі қосылады. Қарама-қарсы полюстер тартылып, қарама-қарсылықтар тойтарылған кезде, құлап тұрған магнит тежеліп, сонымен бірге жоғарғы жалған магнитпен тартылады. Таза әсер әрдайым тежегіш болады, егер магнит солтүстік полюсті төмен түсірсе де. Джоуль-Ленц заңы өткізгіш арқылы айналатын электр тогымен байланысты энергияның бір бөлігі жылу түрінде қалай жойылатынын, электр қыздырғыштарда, үтіктерде, шаш кептіргіштерде және электр қыздырғыштарда қолданылатын әсерді сипаттайды, басқа құрылғылар арасында. Олардың барлығында ток өткен кезде қызатын қарсылық, жіп немесе қыздыру элементі бар. Математикалық түрде, рұқсат етіңіз R қыздыру элементінің кедергісі, Мен ол арқылы өтетін ток күші және т Джоуль эффектісімен өндірілетін жылу мөлшері: Q = I2. R. t Қайда Q Ол джоульмен өлшенеді (SI бірліктері). Джеймс Джоуль мен Генрих Ленц бұл эффектті 1842 жылы бір уақытта тапты. 3. Электромагниттік индукция құбылысын оқып үйрену кезінде айнымалы магнит өрісінде тыныштықта тұрған контурда индукциялық ток пайда болатыны байқалған. Оның пайда болу себебі бөгде күштердің әсері. Бұл магниттәк күштер емес, себебі олар тыныштықтағы зарядтарды () қозғалысқа келтіре алмайды. Сонда электр өрісінің күштері ғана қалады, магнит өрісі уақыт бойынша өзгергенде қозғалмайтын контурда индукцияның ЭҚК-ң пайда болуына электр өрісі жауапты. Максвелл өткізгіш тек қана индукцияланған электр өрісінің индикаторы ғана деп болжады. Өріс өткізгіштегі еркін электрондарды қозғалысқа келтіре отырып, өзінің бар екендігіне және энергия қоры арқылы өткізгішсіз де өмір сүретіндігін байқайды. Электростатикалық өрістен ерекшелігі индуцияланған электр өрісі потенциалды емес құйынды электр өрісі болып табылады, себебі осы өрісте бірлік оң зарядты тұйық контур бойымен орын ауыстырғанда атқарылған жұмыс нөлге тең емес, ол индукцияның ЭҚК-не тең Мұндағы - айнымалы магнит өрісімен индукцияланған электр өрісінің кернеулігі. Электромагниттік индукция заңынан жазуға болады. Жалпы жағдайда электр өрісі электростатикалық өріс және уақыт бойынша өзгеретін магнит өрісінің тудыратын өрісінің қосындысынан тұрады. Себебі, электростатикалық өрістің циркуяциясы нөлге тең, (2.2) теңдеуді өрісі осы екі өрістің векторлық қосындысынан тұратын жалпы өріс үшін келесі түрде жазуға болады теңдеуде контур мен беттің қозғалмайтыны ескерілді, векторы уақытқа да, координатаға да тәуелді, Максвелдің бірінші теңдеуі (2.3) электромагниттік өріске ойша енгізілген кез-келген қозғалмайтын тұйық контур бойынша алынған векторының циркуляциясы теріс таңбамен алынған беттен өтетін магнит ағынының өзгеру жылдамдығына тең. Бұдан Максвелл теориясының бірінші тұжырымы: магнит өрісінің кез-келген өзгерісі құйынды электр өрісін тудырады. 4. Электромагниттік индукция контур арқылы магнит ағыны өзгергенде ғана пайда болады, бұл кезде ағынның өзгеру себептері маңызды емес. Егер электр тізбегінде уақыт бойынша өзгеретін ток жүрсе, онда осы токтың магнит өрісі де өзгереді, олай болса, магнит ағынының өзгерісі индукцияның ЭҚК-н тудырады. Бұл құбылыс өздік индукция деп аталады. Өздік индукцияның ЭҚК-і Фарадей заңынан анықталады Ферромагнетик болмаған кезде контур арқылы өтетін магнит ағыны I ток күшіне пропорционал мұндағы - контурдың индуктивтілігі деп аталатын коэффициент, ХБ жүйесінде өлшем бірлігі - генри (Гн). (1.3) сәйкес ток күші 1 А болғанда, онда 1 Вб-ге тең магнит ағыны өтетін контурдың индуктивтлігі 1 Гн-ге тең болады. Контурдың индуктивтілігі контурдың пішіні мен өлшемдеріне, сондай-ақ қоршаған ортаның магниттік қасиеттеріне тәуелді. Егер ферромагниттік орта болса, онда контурдың индуктивтілігі ток күшінің өзгерісіне байланысты өзгереді, ағын ілінісуі мен ток күшінің арасындағы пропорционалдық қатынас бұзылады Ұзын соленоидтың индуктивтілігінің формуласын магнит өрісінің индукциясы , ағын ілінісуі , бір орам арқылы өтетін магнит ағыны үшін жазылған қатынастарды пайдаланып, анықтауға болады: . Мұндағы - орамдардың сызықтық тығыздығы; - соленоидтың көлемі. Ток өзгергенде өздік индукцияның ЭҚК-і пайда болады : Минус таңбасы әрқашан ток күшінің өзгерісіне кедергі жасайтындай етіп бағытталады (Ленц ережесіне сәйкес), токты өзгеріссіз сақтауға ұмтылады, яғни токқа қарама-қарсы әсер етеді. Өздік индукция құбылыстарында ток инерттілікке ие болады, себебі бұл жерде индукция әсерінің магнит ағынын тұрақты етіп ұстауға ұмтылуы айтылып тұр, ал индуктивтілік ток күшінің өзгерісіне қатысты контурдың инерттілік мөлшері болып табылады (дененің жылдамдығын өзгеріссіз сақтауға ұмтылтын механикалық инерцияға ұқсас). (ферромагнетиктер жоқ болса) Өздік индукцияның пайда болуы тізбекте токты қосып және ажырату кезінде байқалады. Контурдағы ток күшінің өзгерісі пайда болуына алып келеді, нәтижесінде контурда өздік индукцияның экстратоктары деп аталатын қосымша токтар пайда болады. Тізбекті қосқанда токтың орнығуы мен тізбекті ажыратқанда токтың кемуі лезде емес, біртіндеп болады. Тізбектің индуктивтілігі жоғары болған сайын, бұл эффектілер соғұрлым баяу болады. Тұрақты кедергісі және индуктивтілігі тұйық тізбекте ток күшінің өзгеру заңдары осы тізбекті тұрақты ЭҚК ток көзіне қосу кезінде және оны ажыратқанда мына формула арқылы жазылады. Бірінші қосынды ажырату экстратоктарына, екіншісі – тұйықтау экстратоктарына қатысты жазылған. 1.2 суретте уақытқа тәуелділік графиктері келтірілген: 1 қисық – тізбекті ажырату кезіндегі ток күшінің кемуі 2 қисық – оны тұйықтаған кездегі ток күшінің артуы, орнығатын токты береді ( кезде). Токтың өзгеру жылдамдығы (кему немесе орнығу) тізбектің тұрақты уақыты немесе релаксация уақыты деп аталатын және уақыт өлшемімен есептелетін тұрақты шамамен сипатталады. 5. Әрбір контурдағы ЭҚК осы контурдағы токтың тудыратын магнит ағынының өзгеруі салдарынан ғана емес, басқа контурдағы токтың тудыратын магнит ағынының өзгерісі есебінен де пайда болады. Бұл өзара индукция жөнінде. Бір-біріне жақын орналасқан екі қозғалмайтын контурларды қарастырайық (1.3 суретті қара). Егер 1 контурда ток жүрсе, ол екінші контур арқылы өтетін толық магнит ағынын тудырады онда осы сияқты екінші контурда ток жүрсе, ол бірінші контур арқылы өтетін толық магнит ағынын тудырады Мұндай контурлар магниттік байланысқан, ал және коэффициенттері – бірінші контурдың екінші контурға қатысты және сәйкесінше екінші контурдың бірінші контурға қатысты өзара индуктивтілігі деп аталады. Сызықты орталарда, мысалы ферромагнетиктер жоқ кезде, . Өзара индуктивтілік магниттік байланысқан контурлардың геометриялық өлшемдеріне, олардың орналасуына және ортаның магниттік қасиеттеріне тәуелді. Электромагниттік индукция заңына сәйкес 1 және 2 контурларда пайда болатын ЭҚК-тері: Токтар мен кернеулерді түрлендіруші құрылғылар – трансформаторлардың жұмыс істеуі электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Пайланылған әдебиеттер: Фигероа, Д. (2005). Серия: Физика ғылым мен техникаға арналған. 6-том. Электромагнетизм. Дуглас Фигероа (USB) өңдеген. Хьюитт, Пауыл. 2012. Тұжырымдамалық физика ғылымы. 5-ші. Пирсон. Найт, Р. 2017. Ғалымдар мен инженерияға арналған физика: стратегия тәсілі. Пирсон. OpenStax колледжі. Фарадей индукция заңы: Ленц заңы. Қалпына келтірілді: opentextbc.ca. Физика. Ленц заңы. Қалпына келтірілді: phys.libretexts.org. Sears, F. (2009). Университет физикасы.2-том. жүктеу/скачать 20.06 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|