Come rilevare circuiti chiusi

Se la fisica è stata ben insegnata nella tua scuola, probabilmente ricordi l'esperienza che spiegava chiaramente il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Esternamente, sembrava qualcosa del genere: l'insegnante veniva in classe, gli addetti portavano alcuni elettrodomestici e li mettevano sul tavolo. Dopo aver spiegato il materiale teorico, è iniziata una dimostrazione di esperimenti, che illustra chiaramente la storia.

Induzione elettromagnetica

Per dimostrare il fenomeno dell'induzione elettromagnetica richiesto induttore magnete diretto molto grande e potente, cavi di collegamento e un dispositivo chiamato galvanometro.

L'aspetto del galvanometro era una scatola piatta un po 'più grande di un normale foglio A4, e dietro la parete frontale, che era chiusa da un vetro, fu posizionata una scala con uno zero nel mezzo. Dietro lo stesso bicchiere si vedeva una spessa freccia nera. Tutto ciò era abbastanza distinguibile anche dai banchi più recenti.

I conduttori del galvanometro erano collegati alla bobina mediante fili, dopodiché il magnete si spostava semplicemente su e giù all'interno della bobina a mano. L'ago del galvanometro si spostava da una parte all'altra del battito del magnete, il che indicava che una corrente scorreva attraverso la bobina. È vero, dopo la laurea, un amico dell'insegnante di fisica mi disse che sulla parete posteriore del galvanometro c'era una maniglia svasata, che veniva utilizzata per spostare manualmente il tiratore se l'esperimento falliva.

Ora tali esperimenti sembrano semplici e quasi non meritevoli di attenzione. Ma l'induzione elettromagnetica è ora utilizzata in molte macchine e dispositivi elettrici. Nel 1831, Michael Faraday fu impegnato nel suo studio.

A quel tempo non c'erano ancora abbastanza strumenti sensibili e precisi, quindi ci vollero molti anni per indovinare che il magnete dovesse MUOVERSI all'interno della bobina. Furono provati magneti di varie forme e punti di forza, anche i dati degli avvolgimenti delle bobine cambiarono, il magnete fu applicato alla bobina in diversi modi, ma solo il flusso magnetico alternato ottenuto dal movimento del magnete portava a risultati positivi.

Gli studi di Faraday hanno dimostrato che la forza elettromotrice che si genera in un circuito chiuso (bobina e galvanometro secondo la nostra esperienza) dipende dalla velocità di variazione del flusso magnetico, limitata dal diametro interno della bobina. In questo caso, è assolutamente indifferente al modo in cui si verifica la variazione del flusso magnetico: o a causa di una variazione del campo magnetico, o a causa del movimento della bobina in un campo magnetico costante.

Autoinduzione, EMF di autoinduzione

La cosa più interessante è che la bobina si trova nel suo campo magnetico creato dalla corrente che la attraversa. Se la corrente nel circuito in esame (bobina e circuiti esterni) cambia per qualche motivo, anche il flusso magnetico che causa EMF cambierà.

Questo EMF è chiamato EMF di autoinduzione. Un notevole scienziato russo E.Kh. ha studiato questo fenomeno. Lenz. Nel 1833, scoprì la legge di interazione dei campi magnetici in una bobina, portando all'autoinduzione. Questa legge è ora conosciuta come la legge di Lenz. (Da non confondere con la legge di Joule-Lenz)!

La legge di Lenz afferma che la direzione della corrente di induzione che sorge in un circuito chiuso conduttore è tale da creare un campo magnetico che contrasta il cambiamento nel flusso magnetico che ha causato l'apparizione della corrente di induzione.

In questo caso, la bobina è nel suo flusso magnetico, che è direttamente proporzionale alla forza corrente: Ф = L * I.

In questa formula, esiste un coefficiente di proporzionalità L, chiamato anche coefficiente di induttanza o autoinduttanza della bobina. Nel sistema SI, l'unità di induttanza è chiamata henry (GN).Se, con una corrente continua di 1A, la bobina crea un proprio flusso magnetico di 1VB, tale bobina ha un'induttanza di 1H.

Come un condensatore carico con una fornitura di energia elettrica, la bobina attraverso la quale scorre la corrente ha una fornitura di energia magnetica. A causa del fenomeno dell'autoinduzione, se la bobina è collegata a un circuito con una sorgente EMF, quando il circuito è chiuso, la corrente viene impostata con un ritardo.

Allo stesso modo, non si interrompe immediatamente quando viene disconnesso. In questo caso, l'EMF di autoinduzione agisce sui terminali della bobina, il cui valore è significativamente (dieci volte superiore) rispetto all'EMF della fonte di alimentazione. Ad esempio, un fenomeno simile viene utilizzato nelle bobine di accensione delle automobili, nelle scansioni orizzontali dei televisori, nonché nello schema standard per l'accensione delle lampade fluorescenti. Queste sono tutte manifestazioni utili di autoinduzione EMF.

In alcuni casi, l'EMF di autoinduzione è dannoso: se l'interruttore a transistor è caricato con una bobina di una bobina di relè o un elettromagnete, un diodo di protezione viene installato in parallelo con l'avvolgimento per proteggere l'EMF dell'autoinduzione con la polarità dell'EMF inverso della fonte di alimentazione. Questa inclusione è mostrata nella Figura 1.

Figura 1. Protezione dell'interruttore a transistor dall'autoinduzione EMF.

Come rilevare loop chiusi

Spesso sorgono dubbi, ma ci sono cortocircuiti nel trasformatore o negli avvolgimenti del motore? Per tali controlli, vengono utilizzati vari dispositivi, ad esempio RLC - bridge o dispositivi fatti in casa - sonde. Tuttavia, è possibile verificare la presenza di cortocircuiti utilizzando una semplice lampada al neon. Qualsiasi lampada può adattarsi, anche da un bollitore elettrico di fabbricazione cinese difettoso.

Per effettuare una misurazione, una lampada senza resistenza di limitazione deve essere collegata all'avvolgimento studiato. L'avvolgimento dovrebbe avere la massima induttanza; se si tratta di un trasformatore di rete, quindi collegare la lampada all'avvolgimento di rete. Successivamente, una corrente di diversi milliampere dovrebbe passare attraverso l'avvolgimento. A tale scopo, è possibile utilizzare una fonte di alimentazione con un resistore collegato in serie, come mostrato nella Figura 2.

È possibile utilizzare le batterie come fonte di alimentazione. Se al momento dell'apertura del circuito di alimentazione c'è un lampo di una lampada, allora la bobina è utile, non ci sono giri in cortocircuito. (Per rendere più chiara la sequenza delle operazioni, l'interruttore è mostrato in Figura 2).

Tali misurazioni possono essere eseguite utilizzando un avometro puntatore come una batteria, come un TL-4 nella modalità di misurazione della resistenza * 1 Ohm. In questa modalità, il dispositivo specificato fornisce una corrente di circa un milliampere e mezzo, il che è abbastanza per le misurazioni descritte. Multimetro digitale non può essere utilizzato per questi scopi - la sua corrente non è sufficiente per creare l'intensità del campo magnetico necessaria.

Misurazioni simili possono essere eseguite anche esattamente, se la lampada al neon viene sostituita con le proprie dita: per aumentare la risoluzione del "dispositivo di misurazione", le dita devono essere leggermente tagliate. Con una bobina funzionante, avvertirai una scossa elettrica abbastanza forte, ovviamente non fatale, ma anche non molto piacevole.

Figura 2. Rilevamento di curve in cortocircuito mediante una lampada al neon.