Fenomeni i induksionit elektromagnetik në jetë. Zbatimi praktik i dukurisë së induksionit elektromagnetik

Ese

në disiplinën "fizikë"

Tema: “Zbulimi i fenomenit induksioni elektromagnetik»

E përfunduar:

Nxënësi i grupit 13103/1

Shën Petersburg

2. Eksperimentet e Faradeit. 3

3. Përdorimi praktik dukuritë e induksionit elektromagnetik. 9

4. Lista e literaturës së përdorur... 12

Induksioni elektromagnetik është fenomeni i shfaqjes së rrymës elektrike në një qark të mbyllur kur ndryshon fluksi magnetik që kalon nëpër të. Induksioni elektromagnetik u zbulua nga Michael Faraday më 29 gusht 1831. Ai zbuloi se forca elektromotore që lind në një qark përçues të mbyllur është proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky qark. Madhësia e forcës elektromotore (EMF) nuk varet nga ajo që po shkakton ndryshimin e rrjedhës - ndryshimi në vetë rrjedhën fushë magnetike ose lëvizja e një qarku (ose një pjese të tij) në një fushë magnetike. Rryma elektrike e shkaktuar nga ky emf quhet rrymë e induktuar.

Në vitin 1820, Hans Christian Oersted tregoi se një rrymë elektrike që rrjedh nëpër një qark bën që një gjilpërë magnetike të devijohet. Nëse rryma elektrike gjeneron magnetizëm, atëherë shfaqja e rrymës elektrike duhet të shoqërohet me magnetizëm. Ky mendim e kapi shkencëtarin anglez M. Faraday. "Konvertoni magnetizmin në energji elektrike," shkroi ai në ditarin e tij në 1822.

Michael Faraday

Michael Faraday (1791-1867) lindi në Londër, në një nga pjesët më të varfra të saj. Babai i tij ishte një farkëtar dhe nëna e tij ishte vajza e një fermeri qiramarrës. Kur Faradei arriti mosha shkollore, e dërguan në shkollën fillore. Kursi që mori këtu Faraday ishte shumë i ngushtë dhe ishte i kufizuar vetëm në të mësuarit për të lexuar, shkruar dhe filluar numërimin.

Pak hapa larg shtëpisë në të cilën jetonte familja Faraday, ishte një librari, e cila ishte gjithashtu një objekt libërlidhjeje. Këtu përfundoi Faraday pasi përfundoi kursin e tij Shkolla fillore, kur lindi pyetja për zgjedhjen e një profesioni për të. Michael ishte vetëm 13 vjeç në këtë kohë. Tashmë në rininë e tij, kur Faradei sapo po fillonte vetë-edukimin e tij, ai kërkoi të mbështetej ekskluzivisht në fakte dhe të verifikonte mesazhet e të tjerëve me përvojat e tij.

Këto aspirata e dominuan gjatë gjithë jetës së tij si tiparet kryesore të tij veprimtaria shkencore Fizike dhe eksperimentet kimike Faraday filloi ta bënte këtë si djalë në njohjen e tij të parë me fizikën dhe kiminë. Një ditë Michael mori pjesë në një nga leksionet e Humphry Davy, fizikanit të madh anglez. Faraday bëri një shënim të detajuar të leksionit, e lidhi dhe ia dërgoi Dejvit. Ai ishte aq i impresionuar sa e ftoi Faradein të punonte me të si sekretar. Së shpejti Davy shkoi në një udhëtim në Evropë dhe mori Faraday me vete. Gjatë dy viteve, ata vizituan universitetet më të mëdha evropiane.

Pas kthimit në Londër në 1815, Faraday filloi të punonte si asistent në një nga laboratorët e Institutit Mbretëror në Londër. Në atë kohë ishte një nga laboratorët më të mirë të fizikës në botë. Nga viti 1816 deri në 1818, Faraday botoi një numër shënimesh të vogla dhe kujtimesh të shkurtra mbi kiminë. Puna e parë e Faradeit mbi fizikën daton në 1818.

Bazuar në përvojat e paraardhësve të tij dhe duke kombinuar disa nga përvojat e tij, deri në shtator 1821 Michael botoi "Historia e Përparimeve të Elektromagnetizmit". Tashmë në këtë kohë, ai formoi një koncept plotësisht të saktë për thelbin e fenomenit të devijimit të një gjilpëre magnetike nën ndikimin e rrymës.

Pasi arriti këtë sukses, Faraday la studimet në fushën e energjisë elektrike për dhjetë vjet, duke iu përkushtuar studimit të një sërë lëndësh të një lloji tjetër. Në 1823, Faraday bëri një nga zbulimet më të rëndësishme në fushën e fizikës - ai ishte i pari që lëngëzoi gazin, dhe në të njëjtën kohë vendosi një metodë të thjeshtë por efektive për shndërrimin e gazeve në lëng. Në 1824, Faraday bëri disa zbulime në fushën e fizikës. Ndër të tjera, ai vërtetoi faktin se drita ndikon në ngjyrën e xhamit, duke e ndryshuar atë. NË vitin tjeter Faraday u kthye përsëri nga fizika në kimi, dhe rezultati i punës së tij në këtë fushë ishte zbulimi i benzinës dhe acidit squfur-naftalinë.

Në 1831, Faraday botoi një traktat "Mbi një lloj të veçantë të iluzionit optik", i cili shërbeu si bazë për një predhë optike të shkëlqyer dhe kurioze të quajtur "kromotrop". Në të njëjtin vit, u botua një traktat tjetër i shkencëtarit, "Mbi pllakat vibruese". Shumë nga këto vepra mund të përjetësojnë në vetvete emrin e autorit të tyre. Por më e rëndësishmja nga punimet shkencore Hulumtimi i Faradeit është në fushat e elektromagnetizmit dhe induksionit elektrik.

Eksperimentet e Faradeit

I fiksuar pas ideve për lidhjen dhe ndërveprimin e pazgjidhshëm të forcave të natyrës, Faraday u përpoq të provonte se ashtu si Amperi mund të krijonte magnet me ndihmën e energjisë elektrike, ashtu ishte e mundur të krijohej energji elektrike me ndihmën e magneteve.

Logjika e tij ishte e thjeshtë: puna mekanike shndërrohet lehtësisht në nxehtësi; përkundrazi, nxehtësia mund të shndërrohet në punë mekanike (të themi, motorr me avull). Në përgjithësi, midis forcave të natyrës, më shpesh ndodh marrëdhënia e mëposhtme: nëse A lind B, atëherë B lind A.

Nëse Amperi merrte magnet me ndihmën e energjisë elektrike, atëherë, me sa duket, është e mundur "të merret energji elektrike nga magnetizmi i zakonshëm". Arago dhe Ampere i vendosën vetes të njëjtën detyrë në Paris dhe Colladon në Gjenevë.

Në mënyrë të rreptë, një degë e rëndësishme e fizikës që trajton fenomenet e elektromagnetizmit dhe elektricitetit induktiv, dhe që aktualisht ka një rëndësi kaq të madhe për teknologjinë, u krijua nga Faraday nga asgjëja. Në kohën kur Faraday më në fund iu përkushtua kërkimeve në fushën e energjisë elektrike, u vërtetua se kur në kushte të zakonshme Prania e një trupi të elektrizuar është e mjaftueshme që ndikimi i tij të ngacmojë energjinë elektrike në çdo trup tjetër. Në të njëjtën kohë, dihej se një tel nëpër të cilin kalon rryma dhe që gjithashtu përfaqëson një trup të elektrizuar nuk ka asnjë efekt në telat e tjerë të vendosur aty pranë.

Çfarë e shkaktoi këtë përjashtim? Kjo është pyetja që i interesonte Faradeit dhe zgjidhja e së cilës e çoi në zbulimet më të rëndësishme në fushën e elektricitetit me induksion. Faraday kreu shumë eksperimente dhe mbajti shënime pedantike. Ai i kushton një paragraf çdo studimi të vogël në shënimet e tij laboratorike (botuar plotësisht në Londër në 1931 nën titullin "Ditari i Faradeit"). Aftësia e Faradeit për të punuar dëshmohet nga fakti se paragrafi i fundit i "Ditarit" është shënuar me numrin 16041. Aftësia e shkëlqyer e Faradeit si eksperimentues, obsesioni dhe pozicioni i qartë filozofik nuk mund të mos shpërblehej, por u deshën njëmbëdhjetë vite të gjata. për të pritur rezultatin.

Përveç bindjes së tij intuitive në lidhjen universale të fenomeneve, asgjë nuk e mbështeti atë në kërkimin e tij për "energjinë elektrike nga magnetizmi". Për më tepër, si mësuesi i tij Davy, ai u mbështet më shumë në përvojat e tij sesa në konstruktet mendore. Davy i mësoi atij:

– Një eksperiment i mirë është më i vlefshëm se thellësia e një gjeniu si Njutoni.

E megjithatë, ishte Faraday ai që ishte i destinuar për zbulime të mëdha. Një realist i madh, ai i theu spontanisht prangat empiriste që Dejvi i kishte vendosur dikur dhe në ato momente i lindi një depërtim i madh - ai fitoi aftësinë për të bërë përgjithësimet më të thella.

Vezullimi i parë i fatit u shfaq vetëm më 29 gusht 1831. Në këtë ditë, Faraday po testonte një pajisje të thjeshtë në laborator: një unazë hekuri me një diametër prej rreth gjashtë inç, të mbështjellë me dy copa teli të izoluar. Kur Faraday lidhi një bateri në terminalet e njërës dredha-dredha, ndihmësi i tij, rreshteri i artilerisë Andersen, pa gjilpërën e galvanometrit të lidhur me dridhjen tjetër të dredha-dredha.

Ajo u dridh dhe u qetësua, megjithëse rryma e drejtpërdrejtë vazhdoi të rrjedhë nëpër dredha-dredha të parë. Faraday ekzaminoi me kujdes të gjitha detajet e këtij instalimi të thjeshtë - gjithçka ishte në rregull.

Por gjilpëra e galvanometrit qëndronte me kokëfortësi në zero. Nga zhgënjimi, Faraday vendosi të fikte rrymën, dhe më pas ndodhi një mrekulli - gjatë hapjes së qarkut, gjilpëra e galvanometrit u lëkund përsëri dhe ngriu përsëri në zero!

Galvanometri, duke qëndruar plotësisht i qetë gjatë gjithë kalimit të rrymës, fillon të lëkundet kur vetë qarku mbyllet dhe kur hapet. Doli se në momentin kur kalon një rrymë në telin e parë dhe gjithashtu kur ky transmetim ndalon, një rrymë ngacmohet edhe në telin e dytë, i cili në rastin e parë ka drejtim të kundërt me rrymën e parë dhe të njëjtë. me të në rastin e dytë dhe zgjat vetëm një çast.

Ishte këtu që idetë e shkëlqyera të Ampere - lidhja midis rrymës elektrike dhe magnetizmit - iu zbuluan Faraday-it me gjithë qartësinë e tyre. Në fund të fundit, dredha-dredha e parë në të cilën ai furnizoi rrymë u bë menjëherë një magnet. Nëse e konsiderojmë si një magnet, atëherë eksperimenti i 29 gushtit tregoi se magnetizmi duket se lind elektricitetin. Vetëm dy gjëra mbetën të çuditshme në këtë rast: pse rritja e energjisë elektrike kur u ndez elektromagneti u shua shpejt? Dhe për më tepër, pse spërkatja shfaqet kur magneti fiket?

Të nesërmen, 30 gusht, një seri e re eksperimentesh. Efekti është i shprehur qartë, por megjithatë plotësisht i pakuptueshëm.

Faraday ndjen se një zbulim është diku afër.

“Tani po studioj sërish për elektromagnetizëm dhe mendoj se kam arritur një gjë të suksesshme, por ende nuk mund ta konfirmoj këtë. Mund të ndodhë që pas gjithë mundimeve të mia të përfundoj me alga deti në vend të peshkut.”

Të nesërmen në mëngjes, më 24 shtator, Faraday ishte përgatitur shumë pajisje të ndryshme, në të cilin elementët kryesorë nuk ishin më mbështjellje me rrymë elektrike, por magnet të përhershëm. Dhe efekti gjithashtu ekzistonte! Shigjeta devijoi dhe menjëherë nxitoi në vendngjarje. Kjo lëvizje e lehtë ndodhi gjatë manipulimeve më të papritura me magnetin, ndonjëherë në dukje rastësisht.

Eksperimenti tjetër është 1 tetori. Faraday vendos të kthehet në fillim - në dy mbështjellje: njëra me rrymë, tjetra e lidhur me galvanometrin. Dallimi me eksperimentin e parë është mungesa e një unaze çeliku - bërthamë. Spërkatja është pothuajse e padukshme. Rezultati është i parëndësishëm. Është e qartë se një magnet pa një bërthamë është shumë më i dobët se një magnet me një bërthamë. Prandaj, efekti është më pak i theksuar.

Faraday është i zhgënjyer. Prej dy javësh ai nuk i afrohet aparaturave, duke menduar për arsyet e dështimit.

Mora një shirit magnetik cilindrik (3/4 inç në diametër dhe 8 1/4 inç i gjatë) dhe futa një skaj të tij në spiralen e Tel bakri(220 këmbë e gjatë) e lidhur me një galvanometër. Më pas e shtyva me shpejtësi magnetin brenda spirales në të gjithë gjatësinë e tij dhe gjilpëra e galvanometrit përjetoi një shtytje. Pastaj unë po aq shpejt nxora magnetin nga spiralja dhe shigjeta u lëkundur përsëri, por në drejtim të kundërt. Këto lëkundje të gjilpërës përsëriteshin sa herë që magneti shtyhej ose shtyhej jashtë.”

Sekreti është në lëvizjen e magnetit! Impulsi i elektricitetit nuk përcaktohet nga pozicioni i magnetit, por nga lëvizja!

Kjo do të thotë se "një valë elektrike lind vetëm kur një magnet lëviz, dhe jo për shkak të vetive të natyrshme në të në qetësi".

Oriz. 2. Eksperimenti i Faradeit me një spirale

Kjo ide është tepër e frytshme. Nëse lëvizja e një magneti në lidhje me një përcjellës krijon energji elektrike, atëherë me sa duket lëvizja e një përcjellësi në lidhje me një magnet duhet të gjenerojë energji elektrike! Për më tepër, kjo "valë elektrike" nuk do të zhduket për sa kohë që lëvizja e ndërsjellë e përcjellësit dhe magnetit vazhdon. Kjo do të thotë se është e mundur të krijohet një gjenerator i rrymës elektrike që mund të funksionojë për aq kohë sa të dëshirohet, për sa kohë që lëvizja e ndërsjellë e telit dhe magnetit vazhdon!

Më 28 tetor, Faraday instaloi një disk bakri rrotullues midis poleve të një magneti patkua, nga i cili, duke përdorur kontakte rrëshqitëse (njëra në bosht, tjetra në periferi të diskut), ishte e mundur të hiqej tensionit elektrik. Ky ishte i pari gjenerator elektrik, krijuar nga dora e njeriut. Kështu u gjet një burim i ri energji elektrike, përveç atyre të njohura më parë (fërkimi dhe proceset kimike), është induksion, dhe lloji i ri Kjo energji është elektricitet induktiv.

Eksperimente të ngjashme me atë të Faradeit, siç u përmend tashmë, u kryen në Francë dhe Zvicër. Profesor Colladon i Akademisë së Gjenevës ishte një eksperimentues i sofistikuar (ai, për shembull, bëri matje të sakta të shpejtësisë së zërit në ujë në liqenin e Gjenevës). Ndoshta, nga frika e lëkundjes së instrumenteve, ai, si Faraday, hoqi galvanometrin nga pjesa tjetër e instalimit nëse ishte e mundur. Shumë argumentuan se Colladon vëzhgoi të njëjtat lëvizje kalimtare të gjilpërës si Faraday, por, duke pritur një efekt më të qëndrueshëm dhe afatgjatë, nuk i kushtoi rëndësinë e duhur këtyre shpërthimeve "të rastësishme".

Në të vërtetë, mendimi i shumicës së shkencëtarëve të asaj kohe ishte se efekti i kundërt i "krijimit të energjisë elektrike nga magnetizmi" me sa duket duhet të kishte të njëjtin karakter stacionar si efekti "i drejtpërdrejtë" - "formimi i magnetizmit" për shkak të rrymës elektrike. "Shkurtueshmëria" e papritur e këtij efekti ngatërroi shumë njerëz, përfshirë edhe Colladon, dhe këta të shumtë e paguan paragjykimin e tyre.

Duke vazhduar eksperimentet e tij, Faraday zbuloi më tej se thjesht sjellja e një teli të përdredhur në një kurbë të mbyllur afër një tjetri përmes së cilës rrjedh një rrymë galvanike është e mjaftueshme për të ngacmuar një rrymë induktive në telin neutral në drejtim të kundërt me rrymën galvanike, dhe se heqja e teli neutral përsëri eksiton një rrymë induktive në të. rryma është tashmë në të njëjtin drejtim me rrymën galvanike që rrjedh përgjatë një teli të palëvizshëm dhe se, së fundi, këto rryma induktive ngacmohen vetëm gjatë afrimit dhe largimit të telit në përcjellës të rrymës galvanike, dhe pa këtë lëvizje rrymat nuk ngacmohen, sado afër të jenë telat me njëri-tjetrin.

Kështu, u zbulua një fenomen i ri, i ngjashëm me fenomenin e përshkruar më sipër të induksionit kur rryma galvanike mbyllet dhe ndalet. Këto zbulime nga ana e tyre krijuan të reja. Nëse është e mundur të shkaktohet një rrymë induktive duke qarkuar dhe ndaluar rrymën galvanike, atëherë a nuk do të arrihej i njëjti rezultat nga magnetizimi dhe demagnetizimi i hekurit?

Puna e Oersted dhe Ampere kishte vendosur tashmë marrëdhënien midis magnetizmit dhe elektricitetit. Dihej se hekuri bëhet magnet kur rreth tij mbështillet një tel i izoluar dhe përmes tij kalon një rrymë galvanike dhe se vetitë magnetike të këtij hekuri pushojnë sapo rryma ndalon.

Bazuar në këtë, Faraday doli me këtë lloj eksperimenti: dy tela të izoluar u mbështjellën rreth një unaze hekuri; me një tel të mbështjellë rreth gjysmës së unazës dhe tjetrin rreth tjetrës. Rryma nga një bateri galvanike kaloi nëpër një tel, dhe skajet e tjetrit ishin të lidhura me një galvanometër. Dhe kështu, kur rryma mbyllej ose ndalonte dhe kur, rrjedhimisht, unaza e hekurit magnetizohej ose demagnetizohej, gjilpëra e galvanometrit u lëkund shpejt dhe më pas ndaloi shpejt, domethënë të njëjtat rryma induktive të menjëhershme u ngacmuan në telin neutral - këtë herë: tashmë nën ndikimin e magnetizmit.

Oriz. 3. Eksperimenti i Faradeit me një unazë hekuri

Kështu, këtu për herë të parë magnetizmi u shndërrua në energji elektrike. Pasi mori këto rezultate, Faraday vendosi të diversifikojë eksperimentet e tij. Në vend të një unaze hekuri, ai filloi të përdorte një shirit hekuri. Në vend të magnetizmit emocionues në hekur nga rryma galvanike, ai e magnetizoi hekurin duke e prekur atë në një magnet të përhershëm çeliku. Rezultati ishte i njëjtë: në telin që mbështillej rreth hekurit, një rrymë ngacmohej gjithmonë në momentin e magnetizimit dhe demagnetizimit të hekurit. Pastaj Faraday futi një magnet çeliku në spiralen e telit - afrimi dhe heqja e kësaj të fundit shkaktoi rryma të induktuara në tel. Me një fjalë, magnetizmi, në kuptimin e rrymave emocionuese të induksionit, veproi saktësisht në të njëjtën mënyrë si rryma galvanike.

Në atë kohë, fizikanët ishin shumë të interesuar për një fenomen misterioz, të zbuluar në 1824 nga Arago dhe që nuk mund të shpjegohej, pavarësisht faktit se shkencëtarë të tillë të shquar të kohës si vetë Arago, Ampère, Poisson, Babage dhe Herschel po kërkonin me zell. këtë shpjegim. Çështja ishte si më poshtë. Një gjilpërë magnetike, e varur lirshëm, pushon shpejt nëse nën të vendoset një rreth prej metali jomagnetik; Nëse rrethi më pas vihet në rrotullim, gjilpëra magnetike fillon të lëvizë pas tij.

Në një gjendje të qetë, ishte e pamundur të zbulohej tërheqja apo zmbrapsja më e vogël midis rrethit dhe shigjetës, ndërsa i njëjti rreth, në lëvizje, tërhoqi pas tij jo vetëm një shigjetë të lehtë, por edhe një magnet të rëndë. Ky fenomen vërtet i mrekullueshëm u duk shkencëtarëve të asaj kohe një mister misterioz, diçka përtej kufijve të natyrës. Faraday, bazuar në të dhënat e mësipërme, supozoi se një rreth metali jomagnetik, nën ndikimin e një magneti, gjatë rrotullimit drejtohet nga rryma induktive, të cilat ndikojnë në gjilpërën magnetike dhe e tërheqin atë përgjatë magnetit. Dhe në të vërtetë, duke futur skajin e një rrethi midis poleve të një magneti të madh patkua dhe duke lidhur qendrën dhe skajin e rrethit me një galvanometër me një tel, Faraday mori një rrymë elektrike konstante kur rrethi rrotullohej.

Pas kësaj, Faraday u përqendrua në një fenomen tjetër që në atë kohë po zgjonte kureshtjen e përgjithshme. Siç e dini, nëse spërkatni tallash hekuri në një magnet, ato grupohen përgjatë vijave të caktuara të quajtura kthesa magnetike. Faraday, duke tërhequr vëmendjen ndaj këtij fenomeni, u dha bazë në 1831 kthesave magnetike emrin "linjat e forcës magnetike", të cilat më pas hynë në përdorim të përgjithshëm. Studimi i këtyre "linjave" e çoi Faradein në një zbulim të ri; rezultoi se për të ngacmuar rrymat e induktuara, afrimi dhe largimi i burimit nga pol magnetik opsionale. Për të ngacmuar rrymat, mjafton të kaloni linjat e forcës magnetike në një mënyrë të njohur.

Oriz. 4. "Linjat e forcës magnetike"

Puna e mëtejshme e Faradeit në drejtimin e përmendur fitoi, nga pikëpamja bashkëkohore, karakterin e diçkaje absolutisht të mrekullueshme. Në fillim të vitit 1832, ai demonstroi një pajisje në të cilën rrymat induktive ngacmoheshin pa ndihmën e një magneti ose rryme galvanike. Pajisja përbëhej nga një shirit hekuri i vendosur në një spirale teli. Kjo pajisje, në kushte të zakonshme, nuk jepte as shenjën më të vogël të shfaqjes së rrymave në të; por sapo iu dha një drejtim që korrespondonte me drejtimin e gjilpërës magnetike, një rrymë u ngacmua në tel.

Pastaj Faraday i dha pozicionin e gjilpërës magnetike në një spirale dhe më pas futi një shirit hekuri në të: rryma u ngacmua përsëri. Arsyeja që shkaktoi rrymën në këto raste ishte magnetizmi tokësor, i cili shkaktonte rryma induktive si një magnet i zakonshëm ose rrymë galvanike. Për ta treguar dhe vërtetuar më qartë këtë, Faraday ndërmori një eksperiment tjetër, i cili konfirmoi plotësisht konsideratat e tij.

Ai arsyetoi se nëse një rreth prej metali jomagnetik, si bakri, që rrotullohet në një pozicion në të cilin kryqëzon linjat e forcës magnetike të një magneti ngjitur, prodhon një rrymë induktive, atëherë i njëjti rreth, duke rrotulluar në mungesë të një magnet, por në një pozicion në të cilin rrethi do të kalojë linjat e magnetizmit tokësor, duhet gjithashtu të japë një rrymë induktive. Dhe me të vërtetë, rrethi i bakrit, rrotullohej brenda plan horizontal, dha një rrymë induktive që prodhoi një devijim të dukshëm të gjilpërës së galvanometrit. Faraday përfundoi serinë e tij të studimeve në fushën e induksionit elektrik me zbulimin, të bërë në 1835, të "ndikimit induktiv të rrymës në vetvete".

Ai zbuloi se kur një rrymë galvanike mbyllet ose hapet, rrymat induktive të menjëhershme ngacmohen në vetë telin, i cili shërben si përcjellës për këtë rrymë.

Fizikani rus Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) dha një rregull për përcaktimin e drejtimit të rrymës së induksionit. "Rryma e induksionit drejtohet gjithmonë në atë mënyrë që fusha magnetike që krijon të komplikojë ose pengojë lëvizjen që shkakton induksionin," vëren A.A. Korobko-Stefanov në artikullin e tij mbi induksionin elektromagnetik. - Për shembull, kur spiralja i afrohet magnetit, rezulton rryma e induktuar ka një drejtim të tillë që fusha magnetike që krijon do të jetë e kundërt me fushën magnetike të magnetit. Si rezultat, forcat refuzuese lindin midis spirales dhe magnetit. Rregulli i Lenz-it rrjedh nga ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë. Nëse rrymat e induktuara do të përshpejtonin lëvizjen që i shkaktoi ato, atëherë puna do të krijohej nga asgjëja. Vetë spiralja, pas një shtytjeje të lehtë, do të nxitonte drejt magnetit dhe në të njëjtën kohë rryma e induksionit do të lëshonte nxehtësi në të. Në realitet, rryma e induktuar krijohet për shkak të punës së afrimit të magnetit dhe spirales.

Oriz. 5. Rregulli i Lenz-it

Pse ndodh rryma e induktuar? Një shpjegim i thellë i fenomenit të induksionit elektromagnetik u dha nga fizikani anglez James Clerk Maxwell, krijuesi i të gjithë teoria matematikore fushë elektromagnetike. Për të kuptuar më mirë thelbin e çështjes, merrni parasysh një eksperiment shumë të thjeshtë. Lëreni spiralën të përbëhet nga një rrotullim teli dhe të depërtohet nga një fushë magnetike e alternuar pingul me rrafshin e kthesës. Një rrymë e induktuar lind natyrshëm në spirale. Maxwell e interpretoi këtë eksperiment jashtëzakonisht me guxim dhe të papritur.

Kur një fushë magnetike ndryshon në hapësirë, sipas Maxwell, lind një proces për të cilin prania e një spirale teli nuk ka asnjë rëndësi. Gjëja kryesore këtu është shfaqja e mbyllur linja unazash fushe elektrike, duke mbuluar një fushë magnetike në ndryshim. Nën ndikimin e fushës elektrike që rezulton, elektronet fillojnë të lëvizin dhe një rrymë elektrike lind në spirale. Një spirale është thjesht një pajisje që zbulon një fushë elektrike. Thelbi i fenomenit të induksionit elektromagnetik është se një fushë magnetike alternative gjeneron gjithmonë një fushë elektrike me vija të mbyllura të forcës në hapësirën përreth. Një fushë e tillë quhet fushë vorbullash.

Kërkime në fushën e induksionit të prodhuara magnetizmi tokësor, i dha Faraday-it mundësinë për të shprehur idenë e një telegrafi në vitin 1832, i cili më pas formoi bazën e kësaj shpikjeje. Në përgjithësi, zbulimi i induksionit elektromagnetik jo pa arsye konsiderohet si një nga zbulimet më të shquara të shekullit të 19-të - puna e miliona motorëve elektrikë dhe gjeneratorëve të rrymës elektrike në të gjithë botën bazohet në këtë fenomen...

Zbatimi praktik i dukurisë së induksionit elektromagnetik

1. Transmetim radiofonik

Një fushë magnetike e alternuar e ngacmuar nga një rrymë në ndryshim krijon një fushë elektrike në hapësirën përreth, e cila nga ana tjetër ngacmon një fushë magnetike, etj. Duke gjeneruar reciprokisht njëra-tjetrën, këto fusha formojnë një fushë të vetme elektromagnetike alternative - një valë elektromagnetike. Pasi u ngrit në vendin ku ka një tel që mbart rrymë, fusha elektromagnetike përhapet nëpër hapësirë me shpejtësinë e dritës -300,000 km/s.

Oriz. 6. Radio

2. Terapia magnetike

Në spektrin e frekuencës vende te ndryshme zënë valët e radios, dritën, rrezatimi me rreze x dhe të tjerët rrezatimi elektromagnetik. Ato zakonisht karakterizohen nga fusha elektrike dhe magnetike të lidhura vazhdimisht.

3. Sinkrofazotronet

Aktualisht, një fushë magnetike kuptohet si një formë e veçantë e materies që përbëhet nga grimca të ngarkuara. Në fizikën moderne, rrezet e grimcave të ngarkuara përdoren për të depërtuar thellë në atome për t'i studiuar ato. Forca me të cilën një fushë magnetike vepron në një grimcë të ngarkuar në lëvizje quhet forca e Lorencit.

4. Matësit e rrjedhës

Metoda bazohet në zbatimin e ligjit të Faradeit për një përcjellës në një fushë magnetike: në një rrjedhë të lëngut përçues elektrik që lëviz në një fushë magnetike, një EMF induktohet, proporcionale me shpejtësinë e rrjedhës, e konvertuar nga pjesa elektronike në një elektrike. sinjal analog/dixhital.

5. Gjenerator DC

Në modalitetin e gjeneratorit, armatura e makinës rrotullohet nën ndikimin e një çift rrotullues të jashtëm. Midis poleve të statorit ekziston një konstante fluksi magnetik spirancë shpuese. Përçuesit e mbështjelljes së armaturës lëvizin në një fushë magnetike dhe, për këtë arsye, në to induktohet një EMF, drejtimi i të cilit mund të përcaktohet nga rregulli " dora e djathtë"Në këtë rast, një potencial pozitiv lind në një furçë në krahasim me të dytën. Nëse një ngarkesë lidhet me terminalet e gjeneratorit, atëherë rryma do të rrjedhë përmes saj.

6. Transformatorët

Transformatorët përdoren gjerësisht në transmetimin e energjisë elektrike në distanca të gjata, shpërndarjen e saj midis marrësve, si dhe në pajisje të ndryshme korrigjuese, amplifikuese, sinjalizuese dhe të tjera.

Shndërrimi i energjisë në një transformator kryhet nga një fushë magnetike alternative. Një transformator është një bërthamë e bërë nga pllaka të holla çeliku të izoluara nga njëra-tjetra, mbi të cilën vendosen dy dhe nganjëherë më shumë mbështjellje (mbështjellje) teli të izoluar. Dredha me të cilën lidhet një burim energjie elektrike rrymë alternative, quhet mbështjellje primare, mbështjelljet e mbetura quhen dytësore.

Nëse dredha-dredha dytësore e një transformatori ka tre herë më shumë rrotullime se mbështjellja kryesore, atëherë fusha magnetike e krijuar në bërthamë nga mbështjellja parësore, duke kaluar kthesat e mbështjelljes dytësore, do të krijojë trefishin e tensionit në të.

Duke përdorur një transformator me një raport të kundërt të kthesave, po aq lehtë mund të merrni një tension të reduktuar.

Lista e literaturës së përdorur

1. [Burim elektronik]. Induksioni elektromagnetik.

< https://ru.wikipedia.org/>

2. [Burimi elektronik].Faraday. Zbulimi i induksionit elektromagnetik.

< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >

3. [Burimi elektronik]. Zbulimi i induksionit elektromagnetik.

4. [Burimi elektronik]. Zbatimi praktik i dukurisë së induksionit elektromagnetik.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik përdoret kryesisht për të kthyer energjinë mekanike në energji elektrike. Për këtë qëllim përdoren alternatorët(gjeneratorë me induksion).

Gjeneruesi më i thjeshtë i rrymës alternative është një kornizë teli që rrotullohet në mënyrë uniforme me një shpejtësi këndore w=konst në një fushë magnetike uniforme me induksion NË(Fig. 4.5). Fluksi i induksionit magnetik që depërton në një kornizë me një zonë S, është e barabartë

Kur korniza rrotullohet në mënyrë uniforme, këndi i rrotullimit , ku është frekuenca e rrotullimit. Pastaj

Sipas ligjit të induksionit elektromagnetik, EMF i induktuar në kornizën e rrotullimit të tij është

Nëse lidhni një ngarkesë (konsumator të energjisë elektrike) me kapëset e kornizës duke përdorur një pajisje kontakti me furçë, atëherë rryma alternative do të rrjedhë përmes saj.
Për prodhimin industrial të energjisë elektrike në termocentrale, ato përdoren gjeneratorë sinkron(turbogjeneratorët, nëse stacioni është termik ose bërthamor, dhe hidrogjeneratorët, nëse stacioni është hidraulik). Pjesa e palëvizshme e një gjeneratori sinkron quhet stator, dhe rrotulluese - rotor(Fig. 4.6). Rotori i gjeneratorit ka një mbështjellje të rrymës së drejtpërdrejtë (dredha-dredha ngacmuese) dhe është një elektromagnet i fuqishëm. Rryma e drejtpërdrejtë e furnizuar në mbështjelljen e ngacmimit përmes një aparati kontakti me furçë magnetizon rotorin dhe një elektromagnet me veriun dhe polet e jugut.
Ekzistojnë tre dredha-dredha të rrymës alternative të vendosura në statorin e gjeneratorit, të cilat zhvendosen në lidhje me njëra-tjetrën me 120 0 dhe janë të lidhura me njëra-tjetrën sipas një qarku specifik të lidhjes.
Kur rotori i ngacmuar rrotullohet me ndihmën e një turbine me avull ose hidraulike, polet e tij kalojnë nën mbështjelljet e statorit dhe në to induktohet një forcë elektromotore që ndryshon sipas një ligji harmonik. Tjetra, gjeneratori sipas një skeme të caktuar rrjeti elektrik lidhet me nyjet e konsumit të energjisë.
Nëse transferoni energjinë elektrike nga gjeneratorët e stacioneve te konsumatorët nëpërmjet linjave të energjisë direkt (në tensionin e gjeneratorit, i cili është relativisht i ulët), atëherë në rrjet do të ndodhin humbje të mëdha të energjisë dhe tensionit (i kushtoni vëmendje raporteve , ). Prandaj, për të transportuar energji elektrike në mënyrë ekonomike, është e nevojshme të zvogëlohet fuqia aktuale. Por meqenëse fuqia e transmetuar mbetet e pandryshuar, voltazhi duhet të rritet me të njëjtën sasi me zvogëlimin e rrymës.
Konsumatori i energjisë elektrike, nga ana tjetër, duhet të zvogëlojë tensionin në nivelin e kërkuar. Quhen pajisjet elektrike në të cilat voltazhi rritet ose zvogëlohet për një numër të caktuar herë transformatorëve. Funksionimi i një transformatori bazohet gjithashtu në ligjin e induksionit elektromagnetik.

Le të shqyrtojmë parimin e funksionimit të një transformatori me dy dredha (Fig. 4.7). Kur rryma alternative kalon nëpër mbështjelljen parësore, rreth saj shfaqet një fushë magnetike alternative me induksion NË, rrjedha e të cilit është gjithashtu e ndryshueshme . Bërthama e transformatorit shërben për të drejtuar fluksin magnetik (rezistenca magnetike e ajrit është e lartë). Një fluks magnetik i alternuar, i mbyllur përmes bërthamës, shkakton një EMF të alternuar në secilën prej mbështjelljeve:

Pastaj Në transformatorët e fuqishëm, rezistenca e spirales është shumë e vogël, kështu që tensionet në terminalet e mbështjelljes primare dhe sekondare janë afërsisht të barabarta me EMF:

Ku k - raporti i transformimit. Në k1 () transformatori është poshtë.
Kur lidhet me mbështjelljen dytësore të një transformatori të ngarkesës, rryma do të rrjedhë në të. Me rritjen e konsumit të energjisë elektrike, sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, energjia e furnizuar nga gjeneratorët e stacionit duhet të rritet, d.m.th.

Kjo do të thotë se duke rritur tensionin duke përdorur një transformator k herë, është e mundur të zvogëlohet fuqia aktuale në qark me të njëjtin numër herë (në të njëjtën kohë, humbjet e xhaulit ulen me k 2 një herë).

Përfundime të shkurtra

Fenomeni i shfaqjes së EMF në një qark të mbyllur përcjellës të vendosur në një fushë magnetike alternative quhet induksion elektromagnetik.

2. Sipas ligjit të induksionit elektromagnetik, emf i induktuar në një qark përcjellës të mbyllur është numerikisht i barabartë dhe në shenjë të kundërt me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky qark:

Shenja minus pasqyron rregullin e Lenz-it: me çdo ndryshim në fluksin magnetik përmes një laku të mbyllur përçues, një rrymë e induktuar lind në këtë të fundit në një drejtim të tillë që fusha magnetike e saj kundërvepron ndryshimin në fluksin magnetik të jashtëm.

Thelbi i fenomenit të induksionit elektromagnetik nuk qëndron aq shumë në shfaqjen e një rryme induksioni, por në shfaqjen e një fushe elektrike vorbull. Fusha elektrike e vorbullës krijohet nga një fushë magnetike e alternuar. Ndryshe nga fushë elektrostatike fusha elektrike e vorbullës nuk është potenciale, linjat e saj të forcës janë gjithmonë të mbyllura, si p.sh linjat e energjisë fushë magnetike.

Studimi i origjinës së rrymës elektrike ka ngacmuar gjithmonë shkencëtarët. Pas në fillimi i XIX shekulli, shkencëtari danez Oersted zbuloi se një fushë magnetike lind rreth një rryme elektrike, shkencëtarët shtruan pyetjen: a mund të gjenerojë një fushë magnetike një rrymë elektrike dhe anasjelltas.Shkencëtari i parë që ia doli ishte shkencëtari Michael Faraday.

Eksperimentet e Faradeit

Pas eksperimenteve të shumta, Faraday ishte në gjendje të arrinte disa rezultate.

1. Shfaqja e rrymës elektrike

Për të kryer eksperimentin, ai mori një spirale me të sasi e madhe kthehet dhe e lidh atë me një miliammetër (një pajisje që mat rrymën). Shkencëtari e lëvizi magnetin lart e poshtë spirales.

Gjatë eksperimentit, një rrymë elektrike u shfaq në të vërtetë në spirale për shkak të një ndryshimi në fushën magnetike rreth saj.

Sipas vëzhgimeve të Faraday-it, gjilpëra e milimetrit devijoi dhe tregoi se lëvizja e magnetit gjeneronte një rrymë elektrike. Kur magneti ndaloi, shigjeta tregonte shenjën zero, d.m.th. asnjë rrymë nuk qarkulloi nëpër qark.

oriz. 1 Ndryshimi i forcës së rrymës në spirale për shkak të lëvizjes së reaktorit

Ky fenomen, në të cilin një rrymë lind nën ndikimin e një fushe magnetike alternative në një përcjellës, quhet fenomeni i induksionit elektromagnetik.

2. Ndryshimi i drejtimit të rrymës së induksionit

Në kërkimin e tij të mëvonshëm, Michael Faraday u përpoq të zbulonte se çfarë ndikon në drejtimin e rrymës elektrike të induktuar që rezulton. Gjatë kryerjes së eksperimenteve, ai vuri re se duke ndryshuar numrin e bobinave në një spirale ose polaritetin e magneteve, drejtimi i rrymës elektrike që lind në një rrjet të mbyllur ndryshon.

3. Dukuria e induksionit elektromagnetik

Për të kryer eksperimentin, shkencëtari mori dy mbështjellje, të cilat i vendosi afër njëra-tjetrës. Spiralja e parë, me një numër të madh kthesash teli, u lidh me një burim rrymë dhe një ndërprerës që hap dhe mbyll qarkun. Ai lidhi spiralen e dytë të ngjashme me një miliammetër pa e lidhur atë me një burim aktual.

Gjatë kryerjes së një eksperimenti, Faraday vuri re se kur një qark elektrik mbyllet, shfaqet një rrymë e induktuar, e cila mund të shihet nga lëvizja e gjilpërës së miliammetrit. Kur qarku u hap, miliammetri tregoi gjithashtu se kishte një rrymë elektrike në qark, por leximet ishin saktësisht të kundërta. Kur qarku mbyllej dhe rryma qarkullonte në mënyrë të barabartë, sipas të dhënave të miliammetrit nuk kishte rrymë në qarkun elektrik.

https://youtu.be/iVYEeX5mTJ8

Përfundime nga eksperimentet

Si rezultat i zbulimit të Faradeit, u vërtetua hipoteza e mëposhtme: rryma elektrike shfaqet vetëm kur ndryshon fusha magnetike. Është vërtetuar gjithashtu se ndryshimi i numrit të rrotullimeve në një spirale ndryshon vlerën e rrymës (rritja e numrit të rrotullimeve rrit rrymën). Për më tepër, një rrymë elektrike e induktuar mund të shfaqet në një qark të mbyllur vetëm në prani të një fushe magnetike alternative.

Nga çfarë varet rryma elektrike e induksionit?

Bazuar në të gjitha sa më sipër, mund të vërehet se edhe nëse ka një fushë magnetike, kjo nuk do të çojë në gjenerimin e rrymës elektrike përveç nëse fusha është e alternuar.

Pra, nga çfarë varet madhësia e fushës së induksionit?

Numri i kthesave në spirale;
Shkalla e ndryshimit të fushës magnetike;
Shpejtësia e magnetit.

Fluksi magnetik është një sasi që karakterizon një fushë magnetike. Duke ndryshuar, fluksi magnetik çon në një ndryshim në rrymën elektrike të induktuar.

Fig.2 Ndryshimi i fuqisë së rrymës gjatë lëvizjes a) bobina në të cilën ndodhet solenoidi; b) një magnet i përhershëm, duke e futur atë në një spirale

Ligji i Faradeit

Bazuar në eksperimentet e tij, Michael Faraday formuloi ligjin e induksionit elektromagnetik. Ligji është se, kur një fushë magnetike ndryshon, ajo çon në shfaqjen e një rryme elektrike. Rryma gjithashtu tregon praninë e një force elektromotore, induksioni elektromagnetik (EMF).

Shpejtësia rryma magnetike ndryshimi përfshin një ndryshim në shpejtësinë aktuale dhe EMF.

Ligji i Faradeit: Emf i induksionit elektromagnetik është i barabartë në numër dhe i kundërt në shenjë me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik që kalon nëpër sipërfaqen e kufizuar nga kontura

Induktiviteti i lakut. Vetëinduksioni.

Një fushë magnetike krijohet kur rryma rrjedh në një qark të mbyllur. Forca aktuale ndikon në fluksin magnetik dhe nxit EMF.

Vetë-induksioni është një fenomen në të cilin një emf i induktuar ndodh kur fuqia e rrymës në qark ndryshon.

Vetë-induktiviteti ndryshon në varësi të formës së qarkut, madhësisë së tij dhe mjedisit që e përmban.

Ndërsa rryma elektrike rritet, rryma vetë-induktive e qarkut mund ta ngadalësojë atë. Kur zvogëlohet, rryma e vetë-induksionit, përkundrazi, nuk e lejon atë të ulet kaq shpejt. Kështu, qarku fillon të ketë inercinë e vet elektrike, duke ngadalësuar çdo ndryshim në rrymë.

Aplikimi i emf të induktuar

Fenomeni i induksionit elektromagnetik ka zbatim praktik në gjeneratorë, transformatorë dhe motorë që punojnë me energji elektrike.

Në këtë rast, rryma për këto qëllime merret në mënyrat e mëposhtme:

Ndryshimi i rrymës në spirale;
Lëvizja e fushës magnetike përmes magneteve të përhershme dhe elektromagneteve;
Rrotullimi i kthesave ose mbështjelljeve në një fushë magnetike konstante.

Zbulimi i induksionit elektromagnetik nga Michael Faraday dha një kontribut të madh në shkencë dhe në jetën tonë të përditshme. Ky zbulim shërbeu si një shtysë për zbulime të mëtejshme në fushën e studimit të fushave elektromagnetike dhe ka aplikim të gjerë në jeta moderne të njerëzve.

Ne tashmë e dimë se një rrymë elektrike që lëviz nëpër një përcjellës krijon një fushë magnetike rreth tij. Bazuar në këtë fenomen, njeriu shpiku dhe përdor gjerësisht një shumëllojshmëri të gjerë të elektromagnetëve. Por lind pyetja: nëse ngarkesat elektrike Kur lëvizin, ato shkaktojnë shfaqjen e një fushe magnetike, por a nuk funksionon anasjelltas?

Domethënë, a mundet një fushë magnetike të shkaktojë shfaqjen e një rryme elektrike në një përcjellës? Në 1831, Michael Faraday vendosi se një rrymë elektrike lind në një qark elektrik të mbyllur përçues kur ndryshon një fushë magnetike. Një rrymë e tillë quhet rrymë induksioni, dhe dukuria e shfaqjes së një rryme në një qark të mbyllur përcjellës kur fusha magnetike që depërton në këtë qark quhet induksion elektromagnetik.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik

Vetë emri "elektromagnetik" përbëhet nga dy pjesë: "elektro" dhe "magnetike". Dukuritë elektrike dhe magnetike janë të lidhura pazgjidhshmërisht me njëra-tjetrën. Dhe nëse ngarkesat elektrike, duke lëvizur, ndryshojnë fushën magnetike rreth tyre, atëherë fusha magnetike, duke ndryshuar, në mënyrë të pashmangshme do t'i detyrojë ngarkesat elektrike të lëvizin, duke formuar një rrymë elektrike.

Në këtë rast, është ndryshimi i fushës magnetike që shkakton gjenerimin e rrymës elektrike. Një fushë magnetike konstante nuk do të shkaktojë lëvizjen e ngarkesave elektrike, dhe në përputhje me rrethanat, nuk do të gjenerohet asnjë rrymë e induktuar. Një shqyrtim më i detajuar i fenomenit të induksionit elektromagnetik, i nxjerrjes së formulave dhe ligjit të induksionit elektromagnetik i referohet lëndës së klasës së nëntë.

Zbatimi i induksionit elektromagnetik

Në këtë artikull do të flasim për përdorimin e induksionit elektromagnetik. Funksionimi i shumë motorëve dhe gjeneratorëve të rrymës bazohet në përdorimin e ligjeve të induksionit elektromagnetik. Parimi i funksionimit të tyre është mjaft i thjeshtë për t'u kuptuar.

Një ndryshim në fushën magnetike mund të shkaktohet, për shembull, duke lëvizur një magnet. Prandaj, nëse lëvizni një magnet brenda një qarku të mbyllur nga ndonjë ndikim i jashtëm, atëherë një rrymë do të lindë në këtë qark. Në këtë mënyrë ju mund të krijoni një gjenerator aktual.

Nëse, përkundrazi, kaloni rrymë nga një burim i palës së tretë përmes qarkut, atëherë magneti i vendosur brenda qarkut do të fillojë të lëvizë nën ndikimin e fushës magnetike të formuar nga rryma elektrike. Në këtë mënyrë ju mund të montoni një motor elektrik.

Gjeneratorët e rrymës të përshkruar më sipër konvertojnë energjinë mekanike në energji elektrike në termocentralet. Energjia mekanike është energjia e qymyrit, karburantit dizel, erës, ujit etj. Energjia elektrike kalon përmes telave tek konsumatorët dhe kthehet përsëri në energji mekanike në motorët elektrikë.

Motorët elektrikë të fshesave me korrent, tharëseve të flokëve, mikserëve, ftohësve, bluarëve elektrikë të mishit dhe pajisjeve të tjera të shumta që përdorim çdo ditë bazohen në përdorimin e induksionit elektromagnetik dhe forcave magnetike. Nuk ka nevojë të flasim për përdorimin e të njëjtave fenomene në industri, është e qartë se është kudo.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik përdoret kryesisht për të kthyer energjinë mekanike në energji elektrike. Për këtë qëllim përdoren alternatorët(gjeneratorë me induksion). Gjeneruesi më i thjeshtë i rrymës alternative është një kornizë teli që rrotullohet në mënyrë uniforme me një shpejtësi këndore w= qëndrojnë në një fushë magnetike uniforme me induksion NË(Fig. 4.5). Fluksi i induksionit magnetik që depërton në një kornizë me një zonë S, është e barabartë

Kur korniza rrotullohet në mënyrë uniforme, këndi i rrotullimit , ku është frekuenca e rrotullimit. Pastaj

Sipas ligjit të induksionit elektromagnetik, emf induktuar në kornizë në
rrotullimi i tij,

Nëse lidhni një ngarkesë (konsumator të energjisë elektrike) me kapëset e kornizës duke përdorur një pajisje kontakti me furçë, atëherë rryma alternative do të rrjedhë përmes saj.

Për prodhimin industrial të energjisë elektrike në termocentrale, ato përdoren gjeneratorë sinkron(turbogjeneratorët, nëse stacioni është termik ose bërthamor, dhe hidrogjeneratorët, nëse stacioni është hidraulik). Pjesa e palëvizshme e një gjeneratori sinkron quhet stator, dhe rrotulluese - rotor(Fig. 4.6). Rotori i gjeneratorit ka një mbështjellje të rrymës së drejtpërdrejtë (dredha-dredha ngacmuese) dhe është një elektromagnet i fuqishëm. Furnizimi me rrymë direkte në
Dredha-dredha e ngacmimit përmes një aparati kontakti me furçë magnetizon rotorin, dhe në këtë rast formohet një elektromagnet me polet veriore dhe jugore.

Ekzistojnë tre dredha-dredha të rrymës alternative të vendosura në statorin e gjeneratorit, të cilat zhvendosen në lidhje me njëra-tjetrën me 120 0 dhe janë të lidhura me njëra-tjetrën sipas një qarku specifik të lidhjes.

Kur rotori i ngacmuar rrotullohet me ndihmën e një turbine me avull ose hidraulike, polet e tij kalojnë nën mbështjelljet e statorit dhe në to induktohet një forcë elektromotore që ndryshon sipas një ligji harmonik. Më pas, gjeneratori lidhet me nyjet e konsumit të energjisë elektrike sipas një diagrami të caktuar të rrjetit elektrik.

Nëse transferoni energjinë elektrike nga gjeneratorët e stacioneve te konsumatorët nëpërmjet linjave të energjisë direkt (në tensionin e gjeneratorit, i cili është relativisht i ulët), atëherë në rrjet do të ndodhin humbje të mëdha të energjisë dhe tensionit (i kushtoni vëmendje raporteve , ). Prandaj, për të transportuar energji elektrike në mënyrë ekonomike, është e nevojshme të zvogëlohet fuqia aktuale. Megjithatë, meqenëse fuqia e transmetuar mbetet e pandryshuar, voltazhi duhet
rritet me të njëjtën sasi me zvogëlimin e rrymës.

Konsumatori i energjisë elektrike, nga ana tjetër, duhet të zvogëlojë tensionin në nivelin e kërkuar. Quhen pajisjet elektrike në të cilat voltazhi rritet ose zvogëlohet për një numër të caktuar herë transformatorëve. Funksionimi i një transformatori bazohet gjithashtu në ligjin e induksionit elektromagnetik.

Bërthama e transformatorit shërben për të drejtuar fluksin magnetik (rezistenca magnetike e ajrit është e lartë). Një fluks magnetik i alternuar, i mbyllur përmes bërthamës, shkakton një EMF të alternuar në secilën prej mbështjelljeve:

Transformatorët e fuqishëm kanë rezistencë shumë të ulët të spirales,
Prandaj, tensionet në terminalet e mbështjelljes primare dhe sekondare janë afërsisht të barabarta me EMF:

Ku k - raporti i transformimit. Në k<1 () transformatori është në rritje, në k>1 () transformatori është poshtë.

Kur lidhet me mbështjelljen dytësore të një transformatori të ngarkesës, rryma do të rrjedhë në të. Me rritje të konsumit të energjisë elektrike, sipas ligjit
ruajtja e energjisë duhet të rrisë energjinë e furnizuar nga gjeneratorët e stacionit, d.m.th

Kjo do të thotë se duke rritur tensionin duke përdorur një transformator
V k herë, është e mundur të zvogëlohet fuqia aktuale në qark me të njëjtin numër herë (në të njëjtën kohë, humbjet e xhaulit ulen me k 2 herë).

Tema 17. Bazat e teorisë së Maksuellit për fushën elektromagnetike. Valët elektromagnetike

Në vitet '60 shekulli XIX Shkencëtari anglez J. Maxwell (1831-1879) përgjithësoi ligjet e vendosura eksperimentalisht të fushave elektrike dhe magnetike dhe krijoi një unifikuar të plotë. teoria e fushës elektromagnetike. Kjo ju lejon të vendosni problemi kryesor i elektrodinamikës: gjeni karakteristikat e fushës elektromagnetike të një sistemi të caktuar ngarkesash dhe rrymash elektrike.

Maxwell hipotezoi këtë çdo fushë magnetike e alternuar ngacmon një fushë elektrike vorbull në hapësirën përreth, qarkullimi i së cilës është shkaku i emf-së së induksionit elektromagnetik në qark.:

(5.1)

Quhet ekuacioni (5.1). Ekuacioni i dytë i Maksuellit. Kuptimi i këtij ekuacioni është se një fushë magnetike në ndryshim gjeneron një fushë elektrike vorbull, dhe kjo e fundit nga ana tjetër shkakton një ndryshim të fushës magnetike në dielektrikën ose vakumin përreth. Meqenëse fusha magnetike krijohet nga një rrymë elektrike, atëherë, sipas Maxwell, fusha elektrike e vorbullës duhet të konsiderohet si një rrymë e caktuar,
që ndodh si në dielektrik ashtu edhe në vakum. Maxwell e quajti këtë rrymë rryma e zhvendosjes.

Rryma e zhvendosjes, siç vijon nga teoria e Maxwell
dhe eksperimentet e Eichenwald-it, krijon të njëjtën fushë magnetike si rryma e përcjelljes.

Në teorinë e tij, Maxwell prezantoi konceptin rrymë e dukshme, e barabartë me shumën
rrymat e përcjelljes dhe zhvendosjes. Prandaj, dendësia totale e rrymës

Sipas Maxwell, rryma totale në një qark është gjithmonë e mbyllur, domethënë në skajet e përçuesve prishet vetëm rryma e përcjelljes, dhe në dielektrikë (vakum) midis skajeve të përcjellësit ka një rrymë zhvendosëse që mbyll rrymë përcjellëse.

Pasi prezantoi konceptin e rrymës totale, Maxwell përgjithësoi teoremën mbi qarkullimin e një vektori (ose):

(5.6)

Quhet ekuacioni (5.6). Ekuacioni i parë i Maksuellit në formë integrale. Ai përfaqëson një ligj të përgjithësuar të rrymës totale dhe shpreh pozicionin bazë të teorisë elektromagnetike: Rrymat e zhvendosjes krijojnë të njëjtat fusha magnetike si rrymat e përcjelljes.

Teoria e unifikuar makroskopike e fushës elektromagnetike e krijuar nga Maxwell bëri të mundur nga një këndvështrim i unifikuar jo vetëm shpjegimin e fenomeneve elektrike dhe magnetike, por edhe parashikimin e të rejave, ekzistenca e të cilave u konfirmua më pas në praktikë (për shembull, zbulimi valët elektromagnetike).

Duke përmbledhur dispozitat e diskutuara më sipër, ne paraqesim ekuacionet që formojnë bazën e teorisë elektromagnetike të Maxwell.

1. Teorema mbi qarkullimin e vektorit të forcës së fushës magnetike:

Ky ekuacion tregon se fusha magnetike mund të krijohen ose duke lëvizur ngarkesat ( rrymat elektrike), ose fusha elektrike të alternuara.

2. Fushe elektrike mund të jetë edhe potencial () dhe vorbull (), pra forca totale e fushës . Meqenëse qarkullimi i vektorit është zero, atëherë qarkullimi i vektorit të intensitetit total të fushës elektrike

Ky ekuacion tregon se burimet e fushës elektrike mund të jenë jo vetëm ngarkesa elektrike, por edhe fusha magnetike që ndryshojnë në kohë.

3. ,

ku është dendësia e ngarkesës vëllimore brenda një sipërfaqe të mbyllur; - përçueshmëri specifike e substancës.

Për fusha të palëvizshme ( E= konst , B= konst) Ekuacionet e Maksuellit marrin formën

pra burimet e fushës magnetike në këtë rast janë vetëm
rrymat e përcjelljes, dhe burimet e fushës elektrike janë vetëm ngarkesa elektrike. Në këtë rast të veçantë, fushat elektrike dhe magnetike janë të pavarura nga njëra-tjetra, gjë që bën të mundur studimin e ndarë të përhershme fushat elektrike dhe magnetike.

Duke përdorur të njohurat nga analiza vektoriale Teorema e Stokes dhe Gauss, mund të imagjinohet sistem të plotë Ekuacionet e Maksuellit në formë diferenciale(duke karakterizuar fushën në çdo pikë të hapësirës):

(5.7)

Është e qartë se ekuacionet e Maksuellit jo simetrike në raport me fushat elektrike dhe magnetike. Kjo për faktin se në natyrë
Ka ngarkesa elektrike, por nuk ka ngarkesa magnetike.

Ekuacionet e Maxwell janë ekuacionet më të përgjithshme për elektrike
dhe fushat magnetike në media të qeta. Ata luajnë të njëjtin rol në doktrinën e elektromagnetizmit siç bëjnë ligjet e Njutonit në mekanikë.

Vala elektromagnetike quhet një fushë elektromagnetike e alternuar që përhapet në hapësirë me një shpejtësi të kufizuar.

Ekzistenca e valëve elektromagnetike rrjedh nga ekuacionet e Maxwell, të formuluara në 1865 bazuar në një përgjithësim të ligjeve empirike të fenomeneve elektrike dhe magnetike. Një valë elektromagnetike formohet për shkak të lidhjes së ndërsjellë të fushave alternative elektrike dhe magnetike - një ndryshim në një fushë çon në një ndryshim në tjetrin, domethënë, sa më shpejt të ndryshojë induksioni i fushës magnetike me kalimin e kohës, aq më e madhe është forca e fushës elektrike. dhe anasjelltas. Kështu, për formimin e valëve elektromagnetike intensive, është e nevojshme të ngacmohen lëkundjet elektromagnetike me një frekuencë mjaft të lartë. Shpejtësia e fazës përcaktohen valët elektromagnetike
elektrike dhe vetitë magnetike E mërkurë:

Në një vakum (), shpejtësia e përhapjes së valëve elektromagnetike përkon me shpejtësinë e dritës; në çështje, pra Shpejtësia e përhapjes së valëve elektromagnetike në materie është gjithmonë më e vogël se në vakum.