Jak detekovat uzavřené smyčky

Pokud byla fyzika na vaší škole dobře vyučována, pak si pravděpodobně pamatujete zážitek, který jasně vysvětlil fenomén elektromagnetické indukce.

Navenek to vypadalo takto: učitel přišel do třídy, obsluha přinesla nějaké spotřebiče a položila je na stůl. Po vysvětlení teoretického materiálu začala demonstrace experimentů, která jasně ilustruje příběh.

Elektromagnetická indukce

Demonstrovat požadovaný jev elektromagnetické indukce induktor velmi velký, silný přímý magnet, spojovací vodiče a zařízení zvané galvanometr.

Vzhled galvanometru byl plochý box o něco větší než standardní list A4 a za přední stěnou, která byla zavřená sklem, byla umístěna stupnice s nulou uprostřed. Za stejnou sklenicí byl vidět tlustý černý šíp. To vše bylo docela rozeznatelné i od nejnovějších stolů.

Vodiče galvanometru byly připojeny k cívce pomocí vodičů, po kterých se magnet jednoduše pohyboval nahoru a dolů uvnitř cívky ručně. Galvanometrová jehla se pohybovala ze strany na stranu k úderu magnetu, což naznačovalo, že cívka protéká proud. Je pravda, že po maturitě mi přítel učitele fyziky řekl, že na zadní stěně galvanometru byla zapuštěná rukojeť, která byla použita pro ruční přesun střelce, pokud experiment selhal.

Nyní se tyto experimenty zdají jednoduché a téměř nestojí za pozornost. Elektromagnetická indukce se však nyní používá v mnoha elektrických strojích a zařízeních. V 1831, Michael Faraday byl zapojený do jeho studia.

V té době ještě nebylo dost citlivých a přesných nástrojů, takže trvalo mnoho let, než jsem hádal, že by se magnet měl pohybovat uvnitř cívky. Byly vyzkoušeny magnety různých tvarů a sil, změněny byly také údaje o vinutí cívek, magnet byl na cívku aplikován různými způsoby, ale pouze střídavý magnetický tok dosažený pohybem magnetu vedl k pozitivním výsledkům.

Faradayovy studie prokázaly, že elektromotorická síla vznikající v uzavřeném obvodu (podle naší zkušenosti cívka a galvanometr) závisí na rychlosti změny magnetického toku omezené vnitřním průměrem cívky. V tomto případě je absolutně lhostejné, jak ke změně magnetického toku dochází: buď v důsledku změny magnetického pole, nebo v důsledku pohybu cívky v konstantním magnetickém poli.

Self-indukce, EMF self-indukce

Nejzajímavější je, že cívka je ve svém vlastním magnetickém poli vytvářeném proudem, který jím prochází. Pokud se proud v uvažovaném obvodu (cívka a vnější obvody) z nějakého důvodu změní, změní se také magnetický tok způsobující EMF.

Tento EMF se nazývá samoindukční EMF. Tento jev studoval významný ruský vědec E. Kh. Lenz. V 1833, on objevil zákon interakce magnetických polí v cívce, vést k self-indukce. Tento zákon je nyní známý jako zákon Lenz. (Nesmí se zaměňovat s zákonem Joule-Lenz)!

Lenzův zákon říká, že směr indukčního proudu vznikajícího ve vodivém uzavřeném obvodu je takový, že vytváří magnetické pole, které působí proti změně magnetického toku, který způsobil výskyt indukčního proudu.

V tomto případě je cívka ve svém vlastním magnetickém toku, který je přímo úměrný proudové síle: Ф = L * I.

V tomto vzorci je koeficient proporcionality L, také nazývaný indukční nebo autoteplotní koeficient cívky. V systému SI se jednotka indukčnosti nazývá henry (GN).Pokud při stejnosměrném proudu 1A vytvoří cívka svůj vlastní magnetický tok 1 VB, má taková cívka indukčnost 1H.

Stejně jako nabitý kondenzátor s přívodem elektrické energie má cívka, kterou proudí proud, dodávku magnetické energie. Pokud je cívka připojena k obvodu se zdrojem EMF, v důsledku jevu indukce se indukcí indukuje, proud se nastaví se zpožděním.

Stejným způsobem se při odpojení okamžitě nezastaví. V tomto případě samoindukční EMF působí na cívkové terminály, jejichž hodnota je výrazně (desetkrát) vyšší než EMF zdroje energie. Například podobný jev se používá v zapalovacích cívkách automobilů, při horizontálních skenech televizorů, stejně jako ve standardním schématu pro zapnutí zářivek. To vše jsou užitečné projevy sebe-indukce EMF.

V některých případech je samoindukční EMF škodlivý: pokud je tranzistorový spínač nabitý cívkou reléové cívky nebo elektromagnetu, je paralelně s vinutím instalována ochranná dioda, která chrání EMF samoindukce polaritou reverzního EMF zdroje energie. Toto zahrnutí je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1. Ochrana tranzistorového spínače proti samoindukci EMF.

Jak detekovat uzavřené smyčky

Často vznikají pochybnosti, ale vyskytují se vinutí transformátoru nebo motoru zkraty? Pro takové kontroly se používají různá zařízení, například RLC - mosty nebo domácí zařízení - sondy. Je však možné zkontrolovat zkrat pomocí jednoduché neonové lampy. Na každou lampu se vejde - dokonce i z vadné čínské elektrické konvice.

Pro měření musí být k studovanému vinutí připojena lampa bez omezovacího odporu. Vinutí by mělo mít největší indukčnost; pokud se jedná o síťový transformátor, připojte lampu k síťovému vinutí. Poté by se vinutím měl protékat proud několika miliampérů. Za tímto účelem můžete použít zdroj napájení se sériově zapojeným rezistorem, jak je znázorněno na obrázku 2.

Jako zdroj energie můžete použít baterie. Pokud v okamžiku otevření napájecího obvodu dojde k záblesku lampy, pak je cívka opravitelná, nedochází ke zkratům. (Aby byla posloupnost operací jasnější, přepínač je zobrazen na obrázku 2).

Taková měření mohou být prováděna s použitím ukazovacího avometru jako baterie, jako je TL-4 v režimu měření odporu * 1 Ohm. V tomto režimu udává určené zařízení proud asi jeden a půl miliampu, což je dostačující pro popsaná měření. Digitální multimetr nelze pro tyto účely použít - jeho proud nestačí k vytvoření potřebné síly magnetického pole.

Podobná měření lze provést přesně také, pokud je neonová lampa nahrazena vašimi vlastními prsty: pro zvýšení rozlišení "měřícího zařízení" by měly být vaše prsty mírně štěrbinové. S pracovní cívkou se budete cítit docela silný elektrický šok, samozřejmě ne fatální, ale také nepříjemný.

Obrázek 2. Detekce zkratů pomocí neonové lampy.