Kako otkriti zatvorene petlje

Ako se u vašoj školi fizika dobro učila, vjerojatno ćete se sjetiti iskustva koje je jasno objasnilo fenomen elektromagnetske indukcije.

Izvana je izgledalo ovako: učiteljica je došla u učionicu, polaznici su donijeli neke uređaje i stavili ih na stol. Nakon objašnjavanja teorijskog materijala, započela je demonstracija eksperimenata, koja jasno ilustrira priču.

Elektromagnetska indukcija

Kako bi se pokazao potreban fenomen elektromagnetske indukcije induktor vrlo veliki, snažni izravni magnet, povezujuće žice i uređaj zvan galvanometar.

Izgled galvanometra bio je ravan okvir malo veći od standardnog A4 lista, a iza prednjeg zida, koji je bio zatvoren staklom, postavljena je skala s nulom u sredini. Iza istog stakla mogla se vidjeti debela crna strelica. Sve se to moglo posebno razlikovati od najnovijih stolova.

Provodi galvanometra spojeni su na svitak pomoću žica, nakon čega se magnet rukom jednostavno pomicao gore-dolje unutar zavojnice. Vremenom s magnetom koji se kreće s jedne na drugu stranu, igla galvanometra kretala se, što ukazuje da struja teče kroz zavojnicu. Istina, nakon diplome, prijatelj učitelja fizike rekao mi je da se na stražnjem zidu galvanometra nalazi ručica u suprotnom položaju, koja se koristila za ručno pomicanje strijelca ako eksperiment nije uspio.

Sada se takvi eksperimenti čine jednostavnim i gotovo nisu vrijedni pažnje. Ali elektromagnetska indukcija danas se koristi u mnogim električnim strojevima i uređajima. Michael Faraday se 1831. godine bavio svojim istraživanjem.

U to vrijeme još uvijek nije bilo dovoljno osjetljivih i točnih instrumenata, pa je trebalo mnogo godina da se pogodi da bi magnet trebao MUĆI unutar zavojnice. Isprobani su magneti raznih oblika i jakosti, izmjenjivali su se i podaci o namatanju zavojnica, magnet se na različite načine primjenjivao na zavojnicu, ali samo je izmjenični magnetski tok postignut gibanjem magneta doveo do pozitivnih rezultata.

Faradayeve studije dokazale su da elektromotorna sila koja nastaje u zatvorenom krugu (zavojnica i galvanometar po našem iskustvu) ovisi o brzini promjene magnetskog toka, ograničenoj unutarnjim promjerom zavojnice. U ovom je slučaju apsolutno ravnodušno kako dolazi do promjene magnetskog toka: bilo zbog promjene magnetskog polja, bilo zbog kretanja zavojnice u konstantnom magnetskom polju.

Samoindukcija, EMF samoindukcije

Najzanimljivije je da je zavojnica u vlastitom magnetskom polju koje stvara struja koja prolazi kroz nju. Ako se struja u razmatranom krugu (zavojnica i vanjski krugovi) iz nekog razloga promijeni, tada se mijenja i magnetski tok koji uzrokuje EMF.

Taj se EMF naziva samoinduktivni EMF. Izvanredni ruski znanstvenik E. K. proučavao je ovaj fenomen. Lenz. 1833. otkrio je zakon interakcije magnetskih polja u zavojnici, što dovodi do samoindukcije. Taj je zakon danas poznat kao Lenzov zakon. (Da se ne brka sa zakonom Joule-Lenza)!

Lenzov zakon kaže da je smjer indukcijske struje koji nastaje u provodnom zatvorenom krugu takav da stvara magnetsko polje koje suprotstavlja promjeni magnetskog toka koja je uzrokovala pojavu indukcijske struje.

U tom je slučaju zavojnica u vlastitom magnetskom toku, koji je izravno proporcionalan strujnoj jačini: F = L * I.

U ovoj formuli postoji koeficijent proporcionalnosti L, koji se naziva i koeficijent induktivnosti ili samoinduktivnosti zavojnice. U sustavu SI jedinica induktivnosti naziva se henry (GN).Ako s konstantnom strujom od 1A, zavojnica stvori vlastiti magnetski tok od 1 VB, tada takva zavojnica ima induktivnost 1H.

Poput napunjenog kondenzatora koji ima opskrbu električnom energijom, zavojnica kroz koju struja teče ima opskrbu magnetskom energijom. Zbog fenomena samoindukcije, ako je zavojnica spojena na krug s izvorom EMF-a, kad je krug zatvoren, struja se postavlja s kašnjenjem.

Na isti se način ne zaustavlja odmah kada je iskopčan. U ovom slučaju, EMF sa samoindukcijom djeluje na terminale zavojnice čija je vrijednost značajno (desetostruko) veća od EMF-a izvora napajanja. Na primjer, slična pojava koristi se u zavojnicama paljenja automobila, u horizontalnim pregledima televizora, kao i u standardnoj shemi za uključivanje fluorescentnih svjetiljki. Sve su to korisne manifestacije samoindukcije EMF-a.

U nekim je slučajevima EMF samoindukcije štetan: ako je tranzistorski prekidač opterećen zavojnicom relejskog svitka ili elektromagnetom, tada se paralelno s namotom postavlja zaštitna dioda koja štiti od EMF-a od samoindukcije polaritetom obrnutog EMF-a izvora napajanja. Ovo uključivanje je prikazano na slici 1.

Slika 1. Zaštita tranzistorskog prekidača od samoindukcije EMF.

Kako otkriti zatvorene petlje

Često se javljaju sumnje, ali postoje li kratki spojevi u namotima transformatora ili motora? Za takve se provjere koriste razni uređaji, na primjer, RLC - mostovi ili kućni uređaji - sonde. Međutim, moguće je provjeriti kratke spojeve pomoću jednostavne neonske svjetiljke. Svaka svjetiljka može stati - čak i iz neispravnog električnog kuhala kineske proizvodnje.

Da bi se napravilo mjerenje, na ispitivani namot mora biti priključena žarulja bez ograničavajućeg otpora. Namot bi trebao imati najveću induktivnost; ako se radi o mrežnom transformatoru, spojite žarulju na mrežni namot. Nakon toga kroz namot bi trebala proći struja od nekoliko miliampera. U tu svrhu možete koristiti izvor napajanja sa serijski spojenim otpornikom, kao što je prikazano na slici 2.

Možete koristiti baterije kao izvor napajanja. Ako u trenutku otvaranja dovodnog kruga postoji bljeskalica žarulje, tada je zavojnica ispravna, nema kratkih spojeva. (Da bi redoslijed operacija bio jasniji, prekidač je prikazan na slici 2).

Takva se mjerenja mogu provesti korištenjem pokazivača avometra kao baterija, poput TL-4 u načinu mjerenja otpora * 1 Ohm. U ovom načinu, navedeni uređaj daje struju od oko jedan i pol miliampera, što je sasvim dovoljno za opisana mjerenja. Digitalni multimetar Ne može se koristiti u ove svrhe - njegova struja nije dovoljna za stvaranje potrebne jakosti magnetskog polja.

Slično se mogu izvesti i slična mjerenja, ako se neonska svjetiljka zamijeni vlastitim prstima: da biste povećali razlučivost "mjernog uređaja", prsti bi trebali biti malo prorezani. Uz radni svitak osjetit ćete prilično jak električni udar, naravno da nije fatalan, ali također i ne baš ugodan.

Slika 2. Detekcija kratkotrajnih zavoja pomoću neonske svjetiljke.