Hoe gesloten lussen te detecteren

Als natuurkunde goed op je school werd onderwezen, dan zul je je waarschijnlijk de ervaring herinneren die het fenomeen van elektromagnetische inductie duidelijk heeft verklaard.

Uiterlijk zag het er ongeveer zo uit: de leraar kwam naar het klaslokaal, de bedienden brachten enkele apparaten mee en legden ze op de tafel. Na uitleg van het theoretische materiaal, begon een demonstratie van experimenten, die het verhaal duidelijk illustreert.

Elektromagnetische inductie

Om het vereiste fenomeen van elektromagnetische inductie aan te tonen inductor zeer grote, krachtige directe magneet, verbindingsdraden en een apparaat dat een galvanometer wordt genoemd.

De galvanometer was qua uiterlijk een platte doos die iets groter was dan een standaard A4-vel en achter de voorwand, die werd afgesloten door glas, werd een schaal met een nul in het midden geplaatst. Achter hetzelfde glas zag je een dikke zwarte pijl. Dit alles was behoorlijk te onderscheiden, zelfs van de meest recente bureaus.

De galvanometerkabels werden met draden verbonden met de spoel, waarna de magneet eenvoudig met de hand op en neer bewoog in de spoel. Na verloop van tijd met de magneet heen en weer bewogen, bewoog de naald van de galvanometer, wat aangeeft dat er stroom door de spoel vloeit. Toegegeven, na het afstuderen vertelde een vriend van de natuurkundeleraar me dat er aan de achterkant van de galvanometer een verzonken handgreep was, die werd gebruikt om de schutter handmatig te verplaatsen als het experiment mislukte.

Nu lijken dergelijke experimenten eenvoudig en bijna geen aandacht waard. Maar elektromagnetische inductie wordt nu in veel elektrische machines en apparaten gebruikt. In 1831 was Michael Faraday bezig met zijn studie.

Op dat moment waren er nog niet genoeg gevoelige en nauwkeurige instrumenten, dus het duurde vele jaren om te raden dat de magneet in de spoel MOET. Magneten van verschillende vormen en sterktes werden geprobeerd, de wikkelingsgegevens van de spoelen veranderden ook, de magneet werd op verschillende manieren op de spoel aangebracht, maar alleen de alternerende magnetische flux die werd bereikt door de beweging van de magneet leidde tot positieve resultaten.

De studies van Faraday hebben aangetoond dat de elektromotorische kracht die ontstaat in een gesloten circuit (naar onze ervaring spoel en galvanometer) afhankelijk is van de snelheid van verandering van de magnetische flux, beperkt door de interne diameter van de spoel. In dit geval is het absoluut onverschillig voor hoe de verandering in de magnetische flux optreedt: hetzij door een verandering in het magnetische veld, hetzij door de beweging van de spoel in een constant magnetisch veld.

Zelfinductie, EMV van zelfinductie

Het meest interessante is dat de spoel in zijn eigen magnetisch veld is gemaakt door de stroom die erdoorheen stroomt. Als de stroom in het betreffende circuit (spoel en externe circuits) om de een of andere reden verandert, dan zal de magnetische flux die EMF veroorzaakt ook veranderen.

Deze EMF wordt de zelfinductie-EMF genoemd. Een opmerkelijke Russische wetenschapper E.Kh. bestudeerde dit fenomeen. Lenz. In 1833 ontdekte hij de wet van interactie van magnetische velden in een spoel, wat leidde tot zelfinductie. Deze wet staat nu bekend als de wet van Lenz. (Niet te verwarren met de wet Joule-Lenz)!

De wet van Lenz zegt dat de richting van de inductiestroom die ontstaat in een geleidend gesloten circuit zodanig is dat het een magnetisch veld creëert dat de verandering in de magnetische flux die het verschijnen van de inductiestroom veroorzaakte, tegengaat.

In dit geval heeft de spoel zijn eigen magnetische flux, die recht evenredig is met de stroomsterkte: Ф = L * I.

In deze formule is er een evenredigheidscoëfficiënt L, ook wel inductie of zelfinductiecoëfficiënt van de spoel genoemd. In het SI-systeem wordt de eenheid van inductie Henry (GN) genoemd.Als de spoel met een gelijkstroom van 1A zijn eigen magnetische flux van 1VB creëert, heeft een dergelijke spoel een inductie van 1H.

Zoals een geladen condensator met een toevoer van elektrische energie, heeft de spoel waardoor stroom vloeit een toevoer van magnetische energie. Vanwege het fenomeen van zelfinductie, wordt de stroom met een vertraging ingesteld als de spoel is aangesloten op een circuit met een EMF-bron.

Op dezelfde manier stopt het niet onmiddellijk wanneer de verbinding wordt verbroken. In dit geval werkt de zelfinductie-EMF op de spoelaansluitingen, waarvan de waarde aanzienlijk (tienvoudig) hoger is dan de EMF van de stroombron. Een soortgelijk fenomeen wordt bijvoorbeeld gebruikt in bobines van auto's, in horizontale scans van televisies, en in het standaardschema voor het inschakelen van fluorescentielampen. Dit zijn allemaal nuttige uitingen van zelfinductie door EMV.

In sommige gevallen is de zelfinductie-EMF schadelijk: als de transistorschakelaar wordt geladen met een spoel van een relaisspoel of een elektromagneet, wordt een beschermende diode geïnstalleerd parallel aan de wikkeling om te beschermen tegen EMF van de zelfinductie door de polariteit van de omgekeerde EMF van de stroombron. Deze opname is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. Bescherming van de transistorschakelaar tegen EMF-zelfinductie.

Hoe gesloten lussen te detecteren

Vaak ontstaan ​​er twijfels, maar zijn er kortsluitingen in de transformator of motorwikkelingen? Voor dergelijke controles worden verschillende apparaten gebruikt, bijvoorbeeld RLC - bruggen of zelfgemaakte apparaten - sondes. Het is echter mogelijk om op kortsluiting te controleren met behulp van een eenvoudige neonlamp. Elke lamp past - zelfs van een defecte Chinese waterkoker.

Om een ​​meting uit te voeren, moet een lamp zonder beperkende weerstand worden aangesloten op de bestudeerde wikkeling. De wikkeling moet de grootste inductie hebben; als het een transformator is, sluit u de lamp aan op de netspanning. Daarna moet een stroom van enkele milliampère door de wikkeling worden geleid. Voor dit doel kunt u een stroombron gebruiken met een in serie geschakelde weerstand, zoals weergegeven in afbeelding 2.

U kunt batterijen als stroombron gebruiken. Als er op het moment van het openen van het voedingscircuit een flits van een lamp is, is de spoel bruikbaar, er zijn geen kortgesloten bochten. (Om de volgorde van bewerkingen duidelijker te maken, wordt de schakelaar getoond in Afbeelding 2).

Dergelijke metingen kunnen worden uitgevoerd met behulp van een pointer-avometer als batterij, zoals een TL-4 in de weerstandsmeetmodus * 1 Ohm. In deze modus geeft het opgegeven apparaat een stroom van ongeveer anderhalve milliampère, wat voldoende is voor de beschreven metingen. Digitale multimeter kan niet voor deze doeleinden worden gebruikt - de stroom is niet voldoende om de nodige magnetische veldsterkte te creëren.

Soortgelijke metingen kunnen ook precies worden uitgevoerd, als de neonlamp wordt vervangen door uw eigen vingers: om de resolutie van het "meetapparaat" te verhogen, moeten uw vingers enigszins kwijlen. Met een werkende spoel voelt u een vrij sterke elektrische schok, natuurlijk niet dodelijk, maar ook niet erg prettig.

Figuur 2. Detectie van kortgesloten bochten met behulp van een neonlamp.