Тема: Изготвил



Дата25.10.2018
Размер100.51 Kb.
#98814
Курсова работа
по: Електричество и магнетизъм

тема:



Изготвил:

Явлението електромагнитна индукция се изразява във възникване на електродвижещо напрежение в намотка при изменение на магнитното поле. Открито е от английския физик Фарадей през 1831г. Той разбира, че нито електричеството, нито магнетизмът съществуват отделно, а са един обект. Най-важната заслуга на Фарадей е осмислянето на електромагнитното поле като нова физическа реалност – нещо отделно и самостоятелно от неговите източници – електричните заряди и токове. Това явление се наблюдава при няколко различни ситуации:

А) при движение на рамка (проводник) в магнитно поле;

Б) при движение на магнит покрай неподвижна рамка;

В) при изменение на магнитния поток през повърхнината на неподвижна рамка.

Причините за възникване на електродвижещо напрежение в трите случая не са еднакви, но закономерностите които описват явлението са едни и същи.

Явлението електромагнитна индукция преобразява през XIX и XX век техническия облик на света поради възможността да се получи достъпна и евтина електроенергия чрез електричните генератори.

Електричните генератори биват:

А) за променлив ток;

Б) за прав ток.

Принципната схема на генератор за променлив ток е показана на фиг.1 (Приложение)

Да разгледаме принципната схема. Токова рамка с лице S се върти с постоянна ъглова скорост в магнитно поле с магнитна индукция . Магнитният поток през рамката се мени с времето поради промяната на ъгъла между магнитната индукция и нормалата към рамката (). В рамката се индуцира променливо електродвижещо напрежение със стойности



(1)

Индуцираният ток създава въртящ момент с големина:



(2)

и при завъртане на ъгъла извършва отрицателна работа



(3)

За да се поддържа въртенето на рамката с постоянна честота, необходима е външна сила, която да извършва положителна работа и да предава енергия във веригата на рамката. Работата на външната сила числено е равна на работата, извършвана от въртящият момент.

Работата извършвана от външния източник за един период на променливото напрежение е равна на работата на индуцираното електродвижещо напрежение във веригата на рамката. По такъв начин в генераторите непрекъснато се извършва трансформация на механичната енергия на външни източници в електрическа енергия.

Конструирането и изработването на съвременните генератори е развит инженерен клон на науката и техниката. Но принципът им на работа остава непроменен: в генераторите за променлив ток се извежда синусово променливо напрежение от типа (ф-ла 1) от намотките на генератора

В генераторите за постоянен ток (фиг.2) двата края на рамката се свързват с полупръстени, които се въртят заедно с нея. Двата полупръстена се трият о метални четки (фиг.2а), от които се извежда напрежение към консуматорите. Движението на рамката е синхронизирано с контакта полупръстен – четка: в началото на всеки полупериод, когато се мени посоката на тока в рамката се менят и пръстените, които се допират до четките. По такъв начин винаги едната четка се допира до този край на въртящата се намотка, който в този полупериод има висок потенциал, а втората четка – до отрицателния край на намотката. При такава схема на свързване напрежението между двете четки би имало винаги една и съща полярност, но би пулсирал във времето (фиг. 2б). пулсациите могат да се изгладят при необходимост с по-сложни по конструкция генератори за постоянен ток.

Принципната схема на електромоторите е същата, както и на генераторите. Рамката от фиг. 1 се включва към източника на напрежение; като по рамката протича ток и магнитното поле, в което се намира тя, създава въртящ момент. Завъртането на рамката в магнитното поле води до индуциране на електродвижещо напрежение, което е насочено обратно на външното напрежение. По такъв начин индуцираното електродвижещо напрежение препятства нарастването на тока в рамката.

Индуцираното електродвижещо напрежение извършва отрицателна работа при въртенето на рамката. Тази работа трябва да бъде компенсация от работата на електричния ток. Именно тази част от работата на електричния ток се превръща в механична енергия на въртенето.

Подобно на генераторите за постоянен и променлив ток, съществуват и електромотори за постоянен и променлив ток. Така наречения принцип на обратимост гласи: всеки електромотор може да бъде превърнат в генератор при въртене на намотката му от външни електрични сили, всеки генератор от своя страна може да бъде използван като електромотор при пропускане на съответния ток (постоянен и променлив) през намотката му.

Взаимната индукция и самоиндукция са две прояви на електромагнитната индукция, наблюдавани при изменение с времето на тока по проводници.

А) Взаимна индукция (фиг.3)

Токът през даден проводник 1 създава магнитно поле и магнитен поток през повърхнината, ограничена от всяка друга токова рамка 2 (фиг.3). Съгласно закона на Био – Савар, магнитното поле във всяка точка е пропорционално на тока.

При условие: всяка магнитна силова линия която пресича контура 1 да пресича и контура 2, взаимната индукция е максимална.

Токовете трябва да се променят толкова бавно, че магнитното поле във всички точки от повърхнината на даден контур да е пропорционално на тока в другия контур в даден момент. Но при промяната на тока и на създадения от него магнитен поток в другия контур се индуцира електродвижещо напрежение. Именно това явление се нарича взаимна индукция. Посредством това явление двата проводника се оказват взаимно свързани, макар между тях да няма пряк контакт. При взаимната индукция може да се пренася енергия между двата контура, като за преносител се използва магнитното поле.

Б) Самоиндукция

Токът през един проводник създава магнитен поток и през повърхнината, оградена от проводника (фиг.4). Както и при взаимната индукция, магнитния поток и токът са пропорционални

(4)

Величината L се нарича индуктивност на проводника и се измерва в хенри, H. При промяна на тока в проводника се самоиндуцира електродвижещо напрежение, което по закона на Ленц се противопоставя на промяната. Това явление наричано самоиндукция, създава инертност при измененията на тока в проводника и препятства внезапното спиране или включване на тока.

При трансформаторите явлението електромагнитна индукция се използва за промяна стойността на променливото напрежение, така че то да бъде по-удобно за практическо приложение. Например необходимо е напрежение от стотици киловолти при пренасяне на електроенергия на далечно разстояние; при нейното практическо използване в бита или промишлеността напрежението трябва да бъде намалено да 220/380 V.

Принципът на действие на трансформаторът е следния: в първичната намотка се включва променливо напрежение и протича променлив ток. Токът създава променливо магнитно поле, което чрез магнитопровода (обикновено феромагнитна сърцевина) се пренася до вторичната намотка и в нея се индуцира електродвижещо напрежение. Променливият ток в първичната намотка протича под действие на променливото напрежение и индуцираното в нея електродвижещо напрежение.

За да се определи полученото във вторичната намотка електродвижещо напрежение се използва основния закон на електромагнитната индукция ( ), като се предположи следното:

А) магнитните потоци през първичната и вторичната намотки се създават при явленията самоиндукция и взаимна индукция от протичането на токовете в двете намотки;

Б) магнитопроводът осигурява идеална магнитна връзка между двете намотки т.е. няма разсейване на силови линии извън магнитопровода.

При трансформирането на напрежението енергията все пак се губи необратимо по следните две причини: 1) отделяне на джаулева топлина при протичане на ток в двете намотки; 2) отделяне на топлина при пренамагнитване на магнитопровода от променливо магнитно поле. Трансформаторите се характеризират с високо КПД, който при големите трансформатори достига до 99%.

Високото КПД не е единственото качество на трансформаторите. При тях трансформацията на напрежение се постига на практика без загуба на време, а освен това те нямат движещи се части. Това ги прави необходими и важни електротехнически и радиотехнически устройства.

При електромагнитна индукция, причинена от относително движение на проводник и магнит, токовете на Фуко причиняват бързо затихване на движението на подвижната система: движещият се в магнитното поле проводник се дава накъсо, при това протича значителен ток до спирането на движението. Токовете на Фуко протичат в масивни проводници по силовите линии на вихрово електрично поле. Затова често те се наричат и вихрови токове. По правилото на Ленц тяхната посока е такава, че те противодействат на породилата ги причина. Токовете на Фуко позволяват де се осъществяват ефектни демонстрации при движение на пръстенче в магнитно поле (фиг.5). Индуцираният ток в пръстенчето има означената на фигурата посока, при което неговият магнитен поток компенсира нарастването на външния магнитен поток, поради падането на пръстенчето в област с по-силно магнитно поле. На взаимодействието на магнитния момент на пръстенчето с нехомогенното магнитно поле води до изтласкването на пръстенчето в област с по-слабо поле със сила . Затова пръстенчето се издига като се отдалечава от магнита.

На фиг.6 е показана схемата на друга демонстрация. Дискът 1 се привежда във въртене, при което той увлича и магнитната стрелка, която се намира в близост до него. Причината за въртене на стрелката е магнитното поле на вихровите токове, породени е диска. Тези токове сами са резултат от относителното движение на диска спрямо магнитното поле на стрелката. Тяхното магнитно поле противодейства на това относително движение и завърта стрелката.

В масивни проводници вихровите токове могат да бъдат причина за значително нагряване и дори стапяне на проводника. Именно по този начин се загряват така наречените индукционни пещи.

Ако действието на токовете на Фука е нежелателно,използват се проводници съставени от отделни тънки листове. При това нарязването на листата е направено перпендикулярно на силовите линии на вихровото електрично поле. Въпреки наличието на индуцирано напрежение, протичащият ток е много слаб или нула и няма загуби на енергия от вихрови токове. По тази причина железните сърцевини на трансформаторите се правят от отделни листове.

Променливото магнитно поле при електромагнитната индукция пренася енергия. Самото възникване на магнитно поле също е свързано с изразходване на енергия. Тази енергия е локализирана не по проводниците с токове, които създават магнитно поле, а навсякъде в пространството, където магнитното поле е различно от нула. Ако това е вярно при изчезване на магнитното поле неговата енергия трябва да премине през границите на областите, където магнитната индукция е отлична от нула или да се превърне в друг вид енергия вътре в областта, в която е съществувало дотогава магнитно поле. Измерване на потока на магнитно поле може да се прави, само ако то се променя с времето. На променливото магнитно поле поражда вихрово електрично поле, затова при такива експерименти се мери общия поток на единия обект електрично и магнитно поле.

Чрез познанията за енергията на магнитно поле можем да намерим индуктивността на две важни за практиката системи от проводници.

А) Кабел


Коаксиалният кабел съдържа плътен проводник, по който протича ток I, и обвивка по която същият ток тече в обратна посока (фиг.7).

Ясно е, че магнитните силови линии са окръжности по оста О на кабела (фиг.8). Това може да бъде установено като се има предвид, че плътното жило на кабела, както и обвивката му, могат да бъдат разделени на снопове успоредни безкрайно тънки проводници. При това равнината , която минава през оста О на кабела и през точката А, в която определяме магнитната индукция, разделя системата на две симетрични половини. Всяка двойка симетрични проводници има обща магнитна индукция , перпендикулярна на равнината .

Ясно е, че по всички точки на силовата линия – окръжност, магнитната индукция има една и съща големина. Прилагаме теоремата за циркулацията на магнитното поле за тази окръжност с радиус . Очевидно циркулацията на магнитната индукция има стойност .

Магнитната индукция се изразява по различен начин в трите области:



  • при samo част от тока I през жилото на кабела преминава през кръга с радиус . В тези случай получаваме равенството:



  • при целият ток пресича кръга с радиус , за който прилагаме теоремата за циркулацията. Така получаваме:



  • при през кръга с радиус преминават два тока с обратни посоки (по жилото и обвивката на кабела), алгебричната сума е нула, затова

За индуктивността на кабела получаваме



Б) Двупроводна линия

Състои се от два успоредни проводника с дължина . По които токът протича в обратни посоки (фиг.9). магнитният поток през повърхнината, ограничена от осите на проводниците, е сума от два еднакви потока, създадени от двата проводника. Общата индуктивност на двупроводната линия има стойност

В) Индуциран заряд при електромагнитната индукция

Ще дадем една нова формулировка закона за електромагнитната индукция, дадена най-напред от Фарадей. Нека индуцираното електродвижещо напрежение причинява протичането на ток във верига с общо съпротивление . Съществува следната връзка между общата промяна на на магнитния поток и общия заряд

, протекъл през веригата:

индуцираният във веригата заряд числено е равен на пресечения магнитен поток, разделен на съпротивлението на веригата. Тази зависимост се използва при балистичния метод за измерване на магнитната индукция.



Приложение:



Фигура 2 – Генератор за постоянен ток


фигура 3 - Взаимна индукция




фигура 4 – Самоиндукция



фигура 5 Движение на пръстен в магнитно поле


фигура 6



фигура 7 – Посока на тока при коаксиален кабел



фигура 8 – Действие на магнитни силови линии в коаксиалния кабел


фигура 9 – Двупроводна линия


Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница