Πώς να εντοπίσετε τους κλειστούς βρόχους

Εάν η φυσική ήταν καλά διδάσκονται στο σχολείο σας, τότε μάλλον θα θυμάστε την εμπειρία που εξήγησε σαφώς το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Προς τα έξω, φαινόταν κάτι τέτοιο: ο δάσκαλος ήρθε στην τάξη, οι υπάλληλοι έφεραν κάποιες συσκευές και τις έβαλαν στο τραπέζι. Αφού εξήγησε το θεωρητικό υλικό, άρχισε μια επίδειξη πειραμάτων, η οποία απεικονίζει σαφώς την ιστορία.

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Για να αποδειχθεί το απαιτούμενο φαινόμενο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής επαγωγέα πολύ μεγάλο, ισχυρό άμεσο μαγνήτη, καλώδια σύνδεσης και μια συσκευή που ονομάζεται γαλβανόμετρο.

Η εμφάνιση του γαλβανόμετρου ήταν ένα επίπεδο κιβώτιο λίγο μεγαλύτερο από ένα τυποποιημένο φύλλο Α4 και πίσω από τον μπροστινό τοίχο, ο οποίος ήταν κλειστός από γυαλί, τοποθετήθηκε μια κλίμακα με μηδέν στη μέση. Πίσω από το ίδιο γυαλί θα μπορούσε να δει ένα παχύ μαύρο βέλος. Όλα αυτά ήταν αρκετά διακριτά ακόμη και από τα πιο πρόσφατα γραφεία.

Τα καλώδια του γαλβανόμετρου συνδέθηκαν με το πηνίο χρησιμοποιώντας σύρματα, μετά τα οποία ο μαγνήτης κινήθηκε απλά πάνω και κάτω μέσα στο πηνίο με το χέρι. Με τον καιρό με τον μαγνήτη να κινείται από τη μία πλευρά στην άλλη, η βελόνα του γαλβανόμετρου κινήθηκε, υποδεικνύοντας ότι το ρεύμα ρέει μέσω του πηνίου. Είναι αλήθεια ότι μετά την αποφοίτησή μου ένας φίλος του δασκάλου φυσικής μου είπε ότι στο πίσω μέρος του γαλβανόμετρου υπήρχε μια λαξευμένη λαβή, η οποία χρησιμοποιήθηκε για να μετακινήσει χειροκίνητα τον σκοπευτή αν το πείραμα απέτυχε.

Τώρα τα πειράματα αυτά φαίνονται απλά και σχεδόν δεν αξίζουν προσοχής. Αλλά η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή χρησιμοποιείται τώρα σε πολλές ηλεκτρικές μηχανές και συσκευές. Το 1831, ο Michael Faraday ασχολήθηκε με τη μελέτη του.

Εκείνη την εποχή δεν υπήρχαν ακόμα αρκετά ευαίσθητα και ακριβή όργανα, οπότε χρειαζόταν πολλά χρόνια για να μαντέψει ότι ο μαγνήτης θα έπρεπε να κινηθεί μέσα στο πηνίο. Οι μαγνήτες διαφόρων σχημάτων και δυνάμεων δοκιμάστηκαν, τα δεδομένα περιέλιξης των πηνίων άλλαξαν επίσης, ο μαγνήτης εφαρμόστηκε στο πηνίο με διαφορετικούς τρόπους, αλλά μόνο η εναλλασσόμενη μαγνητική ροή που επιτεύχθηκε από την κίνηση του μαγνήτη οδήγησε σε θετικά αποτελέσματα.

Οι μελέτες του Faraday απέδειξαν ότι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη που προκύπτει σε ένα κλειστό κύκλωμα (πηνίο και γαλβανόμετρο από την εμπειρία μας) εξαρτάται από το ρυθμό αλλαγής της μαγνητικής ροής, που περιορίζεται από την εσωτερική διάμετρο του πηνίου. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απολύτως αδιάφορο το πώς συμβαίνει η αλλαγή στη μαγνητική ροή: είτε λόγω αλλαγής στο μαγνητικό πεδίο είτε λόγω της κίνησης του πηνίου σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο.

Αυτο-επαγωγή, EMF αυτο-επαγωγής

Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι το πηνίο είναι στο δικό του μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό. Αν το ρεύμα στο υπό εξέταση κύκλωμα (πηνίο και εξωτερικά κυκλώματα) αλλάξει για κάποιο λόγο, τότε η μαγνητική ροή που προκαλεί EMF θα αλλάξει επίσης.

Αυτό το EMF ονομάζεται EMF αυτοεπικοινωνίας. Ένας εκπληκτικός ρώσος επιστήμονας Ε.Κ., σπούδασε αυτό το φαινόμενο. Lenz. Το 1833, ανακάλυψε το νόμο της αλληλεπίδρασης των μαγνητικών πεδίων σε ένα πηνίο, οδηγώντας σε αυτο-επαγωγή. Ο νόμος αυτός είναι τώρα γνωστός ως ο νόμος του Lenz. (Να μην συγχέεται με το νόμο Joule-Lenz)!

Ο νόμος του Lenz λέει ότι η κατεύθυνση του επαγωγικού ρεύματος που προκύπτει σε ένα αγωγό κλειστό κύκλωμα είναι τέτοια που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που εξουδετερώνει την αλλαγή στη μαγνητική ροή που προκάλεσε την εμφάνιση του επαγωγικού ρεύματος.

Σε αυτή την περίπτωση, το πηνίο είναι στη δική του μαγνητική ροή, η οποία είναι άμεσα ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος: Φ = L * I.

Στον τύπο αυτό υπάρχει ένας συντελεστής αναλογικότητας L, ο οποίος ονομάζεται επίσης συντελεστής αυτεπαγωγής ή αυτεπαγωγής του πηνίου. Στο σύστημα SI, η μονάδα επαγωγής ονομάζεται henry (GN).Εάν, με ένα συνεχές ρεύμα 1Α, το πηνίο δημιουργεί τη δική του μαγνητική ροή του 1VB, τότε ένα τέτοιο πηνίο έχει επαγωγή 1 Η.

Όπως ένας φορτισμένος πυκνωτής που έχει παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, το πηνίο μέσω του οποίου ρέει ρεύμα έχει μια παροχή μαγνητικής ενέργειας. Λόγω του φαινομένου αυτό-επαγωγής, εάν το πηνίο είναι συνδεδεμένο σε ένα κύκλωμα με πηγή EMF, όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, το ρεύμα ρυθμίζεται με καθυστέρηση.

Κατά τον ίδιο τρόπο, δεν σταματά αμέσως όταν αποσυνδεθεί. Σε αυτή την περίπτωση, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ηλεκτρικής επαγωγής (EMF) λειτουργεί στα τερματικά του πηνίου, η τιμή του οποίου είναι σημαντικά (δεκαπλάσια) υψηλότερη από το EMF της πηγής ισχύος. Για παράδειγμα, ένα παρόμοιο φαινόμενο χρησιμοποιείται σε πηνία ανάφλεξης αυτοκινήτων, σε οριζόντια σάρωση τηλεοράσεων, καθώς και στο πρότυπο σχέδιο για την ενεργοποίηση των λαμπτήρων φθορισμού. Αυτές είναι όλες χρήσιμες εκδηλώσεις της αυτο-επαγωγής του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο ηλεκτρομαγνητικός ηλεκτρομαγνητικός ηλεκτροκινητήρας είναι επιβλαβής: εάν ο διακόπτης τρανζίστορ είναι φορτωμένος με ένα πηνίο ενός πηνίου ή ηλεκτρομαγνήτη, τότε τοποθετείται προστατευτική δίοδος παράλληλα με το τύλιγμα για να προστατεύσει το EMF από την αυτοεπαγωγή με την πολικότητα του αντιστρόφου EMF της πηγής ενέργειας. Αυτή η συμπερίληψη φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Προστασία του διακόπτη του τρανζίστορ έναντι της αυτόματης επαγωγής του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Πώς να εντοπίσετε τους κλειστούς βρόχους

Συχνά υπάρχουν αμφιβολίες, αλλά υπάρχουν βραχυκύκλωμα στις περιελίξεις του μετασχηματιστή ή του κινητήρα; Για τέτοιους ελέγχους, χρησιμοποιούνται διάφορες συσκευές, για παράδειγμα, γέφυρες RLC ή οικιακές συσκευές - ανιχνευτές. Ωστόσο, είναι δυνατό να ελέγξετε για βραχυκυκλώματα χρησιμοποιώντας μια απλή λάμπα νέον. Οποιοσδήποτε λαμπτήρας μπορεί να χωρέσει - ακόμη και από ένα ελαττωματικό ηλεκτρικό βραστήρα από την Κίνα.

Για να πραγματοποιηθεί μια μέτρηση, πρέπει να συνδεθεί μια λυχνία χωρίς περιοριστική αντίσταση στη μελετημένη περιέλιξη. Η περιέλιξη πρέπει να έχει τη μεγαλύτερη αυτεπαγωγή. εάν πρόκειται για μετασχηματιστή δικτύου, στη συνέχεια συνδέστε τη λάμπα στην περιέλιξη του δικτύου. Μετά από αυτό, ένα ρεύμα πολλών milliamps πρέπει να περάσει μέσα από την εκκαθάριση. Για το σκοπό αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια πηγή τροφοδοσίας με αντίσταση συνδεδεμένη στη σειρά, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις μπαταρίες ως πηγή ενέργειας. Εάν κατά τη στιγμή του ανοίγματος του κυκλώματος τροφοδοσίας υπάρχει μια λάμψη ενός λαμπτήρα, τότε το πηνίο είναι λειτουργικό, δεν υπάρχουν βραχυκυκλωμένες στροφές. (Για να γίνει πιο ξεκάθαρη η ακολουθία λειτουργιών, ο διακόπτης φαίνεται στο σχήμα 2).

Τέτοιες μετρήσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν χρησιμοποιώντας ένα μετρητή στάθμης δείκτη ως μπαταρία, όπως ένα TL-4 στον τρόπο μέτρησης αντίστασης * 1 Ohm. Σε αυτή τη λειτουργία, η συγκεκριμένη συσκευή δίνει ένα ρεύμα περίπου ενάμισι milliamps, το οποίο είναι αρκετό για τις μετρήσεις που περιγράφονται. Ψηφιακό πολύμετρο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αυτούς τους σκοπούς - το ρεύμα του δεν είναι αρκετό για να δημιουργήσει την απαραίτητη ισχύ μαγνητικού πεδίου.

Παρόμοιες μετρήσεις μπορούν να γίνουν ακριβώς όπως καλά, αν ο λαμπτήρας νέον αντικατασταθεί με τα δικά σας δάχτυλα: για να αυξήσετε την ανάλυση της "συσκευής μέτρησης", τα δάχτυλά σας θα πρέπει να είναι ελαφρώς σάλιο. Με ένα πηνίο εργασίας, θα αισθανθείτε αρκετά ισχυρό ηλεκτρικό σοκ, φυσικά όχι θανατηφόρο, αλλά και όχι πολύ ευχάριστο.

Εικόνα 2. Ανίχνευση βραχυκυκλωμένων στροφών χρησιμοποιώντας λαμπτήρα νέον.