كيمياء

الحث المغناطيسي

الحث المغناطيسي



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مثال: اختبار إجادة طومسون

يتم تعليق حلقة ألومنيوم موصلة للكهرباء ولكنها غير مغناطيسية فوق النواة البارزة للملف. عندما يتم تشغيل تيار الملف ، تتحرك الحلقة بعيدًا عن الملف بحركة قصيرة ؛ عند إيقاف التشغيل ، تتحرك باتجاه الملف.

عندما يتم تشغيل التيار ، يتم اختراق الحلقة بواسطة مجال مغناطيسي سريع التزايد. كما أن المجال المغناطيسي غير متجانس مكانيًا ويتناقص مع زيادة المسافة من الملف. يخلق الحث الكهرومغناطيسي تيارات في الحلقة (انظر "تيارات إيدي").

يتم توجيه اتجاه التيارات المستحثة بطريقة تجعلها تتعارض مع سببها (قاعدة لينز) ، أي بطريقة تؤدي إلى إضعاف المجال المغناطيسي الصاعد. يحدث هذا من خلال تحريض التيارات في الحلقة ، والتي يتم توجيهها أن المجال المغناطيسي الخاص بهم يتوافق مع المجال المغناطيسي لفائف هو عكس ذلك. هذه هي الطريقة التي يحدث بها النفور.

عندما يتم إيقاف تشغيل الملف ، يتناقص مجاله المغناطيسي بسرعة. يتم الآن توجيه التيارات المستحثة في الاتجاه المعاكس عند التبديل. تقوم بتحريك الحلقة نحو الملف ، أي في المناطق ذات قوة المجال الأكبر. كما تنبأت قاعدة لينز ، فإن التيارات الحثية تتعارض مع الانخفاض في المجال المغناطيسي.

إذا كنت تستخدم ملفًا أقوى للمقارنة بين المختبرات الخاصة بـ Thomson (هنا: تعمل بجهد كهربائي رئيسي) وقمت بإبقائها في وضع مستقيم ، فإن الحلقة المصنوعة من الألمنيوم يتم طرحها بشكل فعال للغاية لأعلى عند تشغيلها. يظهر هذا الاختلاف في التجربة في الفيديو التالي.


الفيزياء 4

الجزء الأول (من 00:00 إلى 17:55) الأساسيات من التيار الكهربائي. لقد عملت بالفعل من خلال الكثير من هذا في الصف الثالث.

الجزء 2 (من 17:55 إلى 26:54) يغطي الكهرومغناطيسية (Oersted ، ملف ، مغناطيس كهربائي ، مكبر صوت ، جرس ، محرك كهربائي).

الجزء 3 (من 26:54 إلى 32:05) يتعامل مع ملف الحث (الأساس الوظيفي ل مولدات كهرباء و محولات)

الجزء الرابع (من 32:05 إلى) يتعامل مع القياسات الطاقة الكهربائية (W) والعمل (kWh) والطاقة (Ws) وكذلك محطات توليد الكهرباء.

أساسيات المغناطيسية (فيلم أطفال):

قبل القيام بذلك ، يرجى قراءة الأسئلة الموجودة ضمن "بعض الأسئلة حول التكرار." ، أ) المجالات المغناطيسية و ب) التأثير المغناطيسي. هذه الأسئلة موضحة في الفيلم!

بعض الأسئلة لمراجعة مادة الصف الثاني:
ماذا تسمي قطبي المغناطيس؟

كيف يتم ترميزها بالألوان؟

أين هي أقوى جاذبية في كل مغناطيس؟

صح أم خطأ: هناك أيضًا مغناطيس له قطب واحد فقط.

ما هي الأشكال التي يمكن أن يكون للمغناطيس؟ + رسومات
التطبيقات - أين تحتاج / تجد المغناطيس؟
أي قطبين يجذبان بعضهما البعض؟ التي تتنافر؟
كيف يمكنك زيادة / إضعاف القوة المغناطيسية عند استخدام عدة مغناطيسات؟

كيف يمكنك صنع مغناطيس ("مغناطيس كهربائي") بمساعدة بطارية وكابل معزول ومسمار؟

أ) المجالات المغناطيسية

ماذا تسمي الصدفة غير المرئية التي تحيط بالمغناطيس؟
هل القوة المغناطيسية هي نفسها عند كل نقطة في المجال؟
إذا لم يكن كذلك ، فأين هو الأكبر ، وأين هو صغير؟
حاول تتبع "خطوط المجال" للمغناطيس - التي تظهر بواسطة برادة الحديد

لا يمكنك رؤية المجالات المغناطيسية. إذا كان الفيزيائي أو الفني لا يزال يريد إظهارها ، فيمكنه استخدام برادة الحديد. هذه لها خاصية كونها مرتبة على طول خطوط المجال.

بمساعدة خطوط المجال هذه ، يمكن للمرء أن يظهر اتجاه وقوة المجال المغناطيسي.

المجالات المغناطيسية تشبه الغلاف المحيط بالمغناطيس.

كلما اقتربت الخطوط من بعضها ، زادت القوة المغناطيسية هناك.

لقد تم تحديد (!) أن خطوط المجال المغناطيسي تمتد من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي.

ب) التأثير المغناطيسي

ماذا يعني مصطلح "التأثير المغناطيسي"؟
ما هي المواد التي تصبح مغناطيسية أيضًا بالقرب من المغناطيس؟
ما هي المواد التي يمكن للمجال المغناطيسي أ) اختراقها؟ ب) لا تخترق؟
كيف يحدث مع الحديد "العادي" ("الحديد الناعم")؟
كيف يحدث مع الفولاذ؟

يأتي مصطلح التأثير من اللغة اللاتينية ويعني "التأثير".

على سبيل المثال ، تتأثر قطعة من الحديد بمغناطيس يقترب بطريقة تجعلها أيضًا مغناطيسية (بشكل طفيف).

تحدث هذه الظاهرة مع مواد الحديد (أو الصلب) والنيكل والكوبالت.

تخترق المجالات المغناطيسية جميع المواد (الزجاج ، الخشب ، الجلد ، الماء ، الزيت ، الألمنيوم ، الذهب ،) باستثناء الحديد والنيكل والكوبالت.

يظل الحديد العادي ("الحديد الناعم") مغناطيسيًا فقط طالما ظل المغناطيس قريبًا منه. من ناحية أخرى ، يحتفظ الفولاذ بخصائصه المغناطيسية حتى إذا تمت إزالة المغناطيس مرة أخرى.

ج) هانز كريستيان أورستد

تعرف عليها هانز كريستيان أورستد (الفيزيائي الدنماركي ، 1777-1851) بالصدفة في عام 1820 العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية.

أثناء محاولة ، جاء كابل يحمل تيارًا بالقرب من بوصلة ولاحظ أورستد أن الإبرة منحرفة.

من هذا استنتج ذلك بشكل صحيح كل كابل يحمل تيار محاط بمجال مغناطيسي هو.

من خلال هذه المعرفة ، اندمجت مناطق الكهرباء والمغناطيسية المنفصلة تمامًا سابقًا في منطقة واحدة الكهرومغناطيسية.

[لمزيد من القراءة: بالطبع ، تستخدم شركة تصنيع السيارات الكهربائية Tesla الكهرومغناطيسية لقيادة المركبات بالمحركات الكهربائية. كما نيكولا تيسلا، الذي يحمل الاسم نفسه وأحد أكثر المخترعين ذكاءً ، الذين ما زالوا يستخدمون الكهرباء "الشباب" ، ولماذا مات فقيراً ، تقرأ هنا.]

د) الملف

يمكن عمل الملف بسهولة شديدة: تقوم بفصل كبل (معزول) عدة مرات.

يشبه المجال المغناطيسي للملف الحامل للتيار المجال المغناطيسي لقضيب مغناطيسي!

مزايا من المجالات المغناطيسية الناتجة عن الملفات:
يعتمد نوع القطبية على اتجاه التيار.
يمكن تشغيل وإيقاف المجال المغناطيسي للملفات.

بالنسبة للفضوليين ، توجد "قاعدة اليد اليمنى" (وتسمى أيضًا قاعدة الأصابع الثلاثة).

يمكنك العثور على فيديو حول "قاعدة اليد اليمنى" إذا قمت بالتمرير لأسفل إلى (داخلي: موصلات حية في المجالات المغناطيسية الخارجية ".

في الموضوع الفرعي التالي نستكشف السؤال: كيف يمكنك صنع مغناطيس ("مغناطيس كهربائي") بمساعدة بطارية وكابل معزول ومسمار؟

ه) المغناطيس الكهربائي

المغناطيس الكهربائي = ملف يحمل تيارًا مع قلب حديدي

ميزة كل مغناطيس كهربائي: يمكنك إيقاف تشغيله!

كيف يمكنك زيادة التأثير المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي؟

يتم تضخيم القوة المغناطيسية للمغناطيس الكهربائي عن طريق:
زيادة في التيار
زيادة في عدد الأدوار
استخدام قلب من الحديد الناعم مصفح *

أين تستخدم المغناطيسات الكهربائية؟ هذا يفسر الموضوع الفرعي التالي.

*) مقتطف من www.phyta.net "الملف الحامل للتيار مع لب حديد له تأثير مغناطيسي أكبر بكثير مع نفس الإثارة المغناطيسية (قوة المجال)."

و) استخدام الكهرومغناطيسية

أين تستخدم بواسطة المغناطيسات الكهربائية؟

للإجابة على هذا السؤال نقسمه: في بعض الأحيان تعمل المغناطيسات الكهربائية بمفردها ، وأحيانًا تعمل مع مغناطيسات أو مغناطيسات كهربائية أخرى (يستخدم المرء القوى الجذابة أو البغيضة).


1. تعمل المغناطيسات الكهربائية "وحدها" ، فهي تجذب أجسامًا مختلفة مصنوعة من الحديد (أو الفولاذ):
مغناطيس الرفع لرفع الأجزاء الحديدية الثقيلة (صناعة الخردة ، صناعة معالجة المعادن)
بوق سيارة
جرس كهربائي ، تتابع

2. تتنافر المغناطيسات الكهربائية مع بعضها البعض على المغناطيسات الأخرى
قطار رفع مغناطيسي (انظر الفيديو أدناه للحصول على شرح)
مكبر الصوت
محرك كهربائي


الحث في حلقة موصل

على الرغم من أن الصياغة العامة لقانون الحث لا تتطلب حلقة موصل ، كما هو معتاد في العديد من الكتب المدرسية التمهيدية ، يجب أولاً مراعاة الحث على حلقة موصل مصنوعة من سلك رفيع عالي التوصيل. هذا يسمح لعدد كبير من التطبيقات التقنية مثل المحركات والمولدات لثلاث مراحل والتيار المتردد ليتم وصفها وفهمها دون الحاجة إلى التعامل مع الجوانب النسبية لنظرية المجال أو تطبيق تحويل لورينتز.

بالنسبة للجهد الكهربائي $ U $ الذي يمكن قياسه بين طرفي السلكين (على سبيل المثال باستخدام راسم الذبذبات) ، ينطبق ما يلي بشكل عام في ظل هذه الظروف:

التي تمر عبر أي منطقة محددة بواسطة حلقة الموصل وخطوط الإمداد لجهاز القياس والخطوط في جهاز القياس. يمكن إثبات أن حساب النهر لا يعتمد على الشكل الدقيق للسطح ، ولكن فقط على حدوده.

تنطبق العلامة المقدمة في حالة ارتباط اتجاه السطح (المشار إليه بالسهم مع النقش $ d vec A $) واتجاه سهم الضغط ببعضهما البعض وفقًا "لقاعدة اليسار" مثل هو مبين في الصورة المقابلة.

في الحساب ، ليس من الضروري التمييز بين ما إذا كان الجهد الكهربائي للترتيب ناتجًا عن تغيير في كثافة التدفق أو عن طريق حركة الموصل.

مثال: تحريك شريط الموصل في مجال مغناطيسي

يتكون إعداد القياس الموضح في الصورة المجاورة من ترتيب سكة حديد ثابت موصل كهربائيًا ينزلق فوقه شريط موصل بسرعة $ v $. إنه موجود في مجال مغناطيسي بكثافة التدفق $ vec B_0 $ ، والتي تنتج عن مغناطيس دائم ثابت أو ترتيب ملف ثابت يعمل بتيار مباشر. يتم قياس الجهد بين القضبان بمقياس الفولتميتر.

يعتمد الجهد الكهربي $ U $ على قوة كثافة التدفق المغناطيسي $ B $ والسرعة $ v $ وتباعد السكك الحديدية $ L $:

سيتم شرح ذلك في ما يلي بقانون الحث لحلقة الموصل: & # 9112 & # 93

  • أولاً ، يتم التحقق مما إذا كانت الاتجاهات التي يُشار فيها إلى الحقل B على أنها موجبة وسهم الشد مرتبة بمعنى القاعدة اليسرى. يشير السهم (x) الظاهر في الصورة إلى أن $ vec B_0 $ يشير إلى مستوى الشاشة. كلتا الكميتين مرتبطتان ببعضهما البعض بمعنى القاعدة اليسرى ، بحيث تكون الإشارات من المعادلة $ U = mathrm Phi / mathrmيمكن قبول t $.
  • المنطقة المحاطة بالموصل وجهاز القياس مسطحة ومساحتها $ A = x cdot L $. نظرًا لأن خطوط التدفق المغناطيسي تخترق هذا السطح عموديًا ، فإن $ Phi = B_0 times A = B_0 times times L $ ينطبق.
  • يتم حساب الجهد باستخدام قانون الحث لحلقة الموصل. المصطلح الأول هو وسببه التغيير في كثافة التدفق تحريض الراحة مسمى. نظرًا لأن كثافة التدفق المغناطيسي لا تتغير بمرور الوقت ، فإن المصطلح الأول في هذا المثال هو صفر. يحدث المصطلح الثاني بسبب حركة قضيب السلم والزيادة المصاحبة في المنطقة. هذا المصطلح أيضا تحريض الحركة مسمى. إنه $ vLB_0 $ وفي هذه الحالة يكون حاسمًا للجهد عند الأطراف. باستخدام قاعدة الضرب للمشتقات نحصل على:

مثال: تحريك قضيب الموصل في مجال مغناطيسي (مع تدفق التيار)

إذا كانت الدائرة ذات مقاومة محدودة ، فإن التيار يتدفق عندما يتحرك قضيب الموصل. ينطبق ما يلي على التيار:

من ناحية ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار هنا أن كثافة التدفق الكاملة الفعالة في حلقة الموصل يجب أن تؤخذ دائمًا في الاعتبار عند حساب التغيير في التدفق. يتكون هذا من كثافة التدفق $ B_0 $ للمغناطيس الدائم وكثافة التدفق $ B_ mathrm $ ، والذي تم إنشاؤه بواسطة تدفق التيار.

مع وجود مقاومة كبيرة $ إلى infty $ ، يمكن إهمال تأثير التدفق الحالي على المجال المغناطيسي ، وينطبق ما يلي:

مثال: حلقة موصل في مجال مغناطيسي

إذا دارت حلقة موصل بالسرعة الزاوية $ omega = 2 pi f $ في مجال مغناطيسي ثابت بمرور الوقت كما يُرى من نظام المختبر ، تتغير كثافة التدفق المغناطيسي باستمرار من منظور حلقة الموصل ، وهناك هو تدفق مغناطيسي متغير من خلال حلقة الموصل.

يمكن حساب الجهد المقاس عند المحطات في نظام الدوران على النحو التالي:

  • تبلغ مساحة السطح المستوي الذي تحده حلقة الموصل $ A = l_1 cdot l_2 $.
  • تغير كثافة التدفق المغناطيسي باستمرار حجمها واتجاهها في نظام التنسيق للمراقب المتحرك. إذا افترض المرء أن الصورة تُظهر السطح في الوقت $ t = 0 $ ، فإن جزء كثافة التدفق المتعامد على السطح هو $ B_ mathrm(t) = cos (2 pi f t) cdot B $.
  • يكون التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر المنطقة $ A $ وفقًا لذلك $ Phi (t) = B cdot A cdot cos (2 pi f t) $.
  • بالنسبة للجهد $ U $ يتبعه بمساعدة قاعدة السلسلة:

الحث في ملف كهربائي بعدة لفات

الوصف باستخدام مشتق من التدفق المغناطيسي

ينطبق قانون الحث أيضًا على الملفات الكهربائية ذات المنعطفات المتعددة. المساحة المطلوبة لحساب التدفق المغناطيسي موضحة في الصورة المجاورة (انظر أيضًا & # 9113 & # 93). لذلك لا يتطلب قانون الحث في شكله العام عاملًا بقيمة $ N $ لعدد لفات الملف ، حتى لو كان سلك الملف في هذه الحالة المحددة يدور حول أسطوانة عدة مرات.

في معظم المنشورات حول الحث الكهرومغناطيسي في الملفات الكهربائية ، من أجل البساطة ، يتم تقديم العامل $ N $ لعدد الدورات ، ويتم إعطاء قانون الحث في الشكل

محدد. هنا يشير $ Psi $ إلى التدفق عبر سطح يحده سلك الملف والوصلات ، $ Phi_ text $ هو التدفق المغناطيسي المحاط بدورة واحدة ، و $ U $ هو الجهد المقاس.

شكل متكامل مؤقتًا ، منطقة وقت التوتر

من خلال الدمج بمرور الوقت ، يمكن تحويل المعادلة المحددة على النحو التالي:

$ Phi_ text(ر) = Phi_ نص(0) + فارك <1> cdot int limits_ <0> ^ t U_ mathrm( tau) ، نص tau $

تصف هذه العلاقة منحنى التدفق كدالة متكاملة لمنحنى الجهد.

النظر إلى العملية في فترة زمنية قدرها 0 حتى تي مع سطح ثابت يمر من خلاله التدفق المغناطيسي - & # 160 يمكن أن يمتد الفاصل الزمني ، على سبيل المثال ، على مدى نصف فترة الجهد المتناوب & # 160 - يتبع ذلك التدفق الذي ينتج بعد ذلك

$ Phi_ mathrm(T) - Phi_ mathrm(0) = فارك <1> cdot int_0 ^ T U_ mathrm( tau) ، mathrmندى. $

في حالة $ Phi_ mathrm(0) = 0 $ وهذا يعني أن التدفق المغناطيسي من خلال حلقة موصل أو تغير في التدفق في هذا ، لأنه يرجع إلى تطبيق الجهد بعد الوقت المحدد تي هناك ، دائمًا من وقت الجهد المتكامل ضمن الحدود المحددة 0 حتى تي يجب أن يكون سببًا ويجب أن يتوافق أيضًا مع هذا. الجهد المناسب هو الجهد المستحث $ U_ mathrm $. هذا يتوافق مع الجهد المطبق مطروحًا منه قطرات الجهد الأومي (أنا.·تم العثور على R.) ، طالما لا يمكن إهمالها.

يمكن أيضًا توضيح تكامل وقت الضغط على أنه المنطقة الواقعة بين الرسم البياني للضغط ومحور الوقت عبر الفاصل الزمني [0 تي] ، ولهذا السبب يشار إليه أحيانًا بوقت التوترمنطقة أو وقت الجهدالمجموع & # 9114 & # 93 ، في الغالب في الأدبيات القديمة بناءً على المصطلح des دفعة أيضا زيادة الجهد. & # 9115 & # 93 & # 9116 & # 93 (السبب في ذلك هو حقيقة أنه ، من حيث تقنية القياس ، تم تنفيذ دمج نبضات الجهد المستحث مسبقًا باستخدام مقياس الجلفانومتر الباليستي. انظر أيضًا الرسم التوضيحي للتدفق المغناطيسي القوة!)

مثال على 50 & # 160 هرتز عند Uإف= 230 & # 160V: يتم تحديدها بيانياً عن طريق عد المربعات الصغيرة ، تحصل على نتيجة حوالي 1.05 & # 160 فولت من الثانية للصورة أعلى اليمين ، لنصف موجة جيبية ، وبالتالي 2.1 & # 160 فولت. هذه هي المنطقة الزمنية للجهد التي ينقلها الحث في اللب الحديدي لمحول من أحد طرفي منحنى التباطؤ إلى الطرف الآخر. إذا تم تصميم محول لمطابقة 230 & # 160V عند 50 & # 160 هرتز ، فإن الحث في التشغيل المستمر يعمل بشكل أساسي في المنطقة الرأسية لمنحنى التخلفية. يؤدي الجهد العالي أو التردد المنخفض إلى زيادة سرعة منحنى التباطؤ في مناطق التشغيل الأفقي ، إلى التشبع الأساسي ، والذي يمكن أيضًا ملاحظته بوضوح في الممارسة العملية من خلال الزيادة في تيار المغنطة.

يمكن استخدام مبدأ القياس الذي يمارس على نطاق واسع للتدفق المغناطيسي كمثال آخر: هنا يتم تسجيل التدفق المراد قياسه بواسطة ملف قياس ويتم إرسال الجهد على الملف إلى وحدة تكامل ، والتي تعرض التدفق فورًا عند خرجه.

الكشف عن التغيير في التدفق

إذا كان من الممكن استغلال الجهد عند أطراف حلقة موصل صلب ، فيمكن دائمًا إرجاع ذلك إلى تغيير في التدفق في حلقة الموصل ، وفقًا لقانون الحث لحلقات الموصل.

تحت الكلمة الرئيسية "مفارقة حدوة الحصان" ، يشير Hübel & # 9117 & # 93 إلى أن هذا التغيير في التدفق يظل مخفيًا عن العين غير المدربة في بعض الحالات ويناقش المشكلات باستخدام الترتيبات المختلفة باستخدام مغناطيس حدوة الحصان ، حيث يتم استخدامها عادةً في الدروس المدرسية (انظر الصور المجاورة). في حين أن التغيير في التدفق في حلقة الموصل في الترتيب الأول يمكن التعرف عليه بسهولة للمبتدئين ، يفشل العديد من المتعلمين في الصورة الثانية. يركز المتعلمون على منطقة الترتيب المليئة بالهواء ولا يأخذون في الاعتبار أن كثافة التدفق في قطب المغناطيس الدائم تتناقص باستمرار باتجاه المنطقة الخارجية (انظر الصورة الثالثة).

ومن المثير للاهتمام ، أن اثنين من المراقبين المختلفين الذين سألوا عن سبب التوتر سيعطون إجابات مختلفة اعتمادًا على إطارهم المرجعي:

  • يرى المراقب الذي يكون مغناطيس حدوة الحصان في حالة راحة ("المراقب يجلس على المغناطيس") مجالًا لكثافة التدفق المغناطيسي ($ mathrm vec E = - dot < vec B> = 0 $). ويقال أيضًا أنه من وجهة نظر هذا المراقب يوجد مجال جهد كهربائي. يمكن إرجاع الجهد الذي يمكن قياسه عند أطراف حلقة الموصل إلى تأثير قوة لورنتز.
  • المراقب الذي تكون حلقة الموصل في حالة راحة ("المراقب يجلس على حلقة الموصل") ، ومع ذلك ، يرى أن كثافة التدفق المغناطيسي تتغير في حلقة الموصل ، لأنه من وجهة نظره يتحرك مغناطيس حدوة الحصان داخل وخارج حلقة الموصل. يشرح هذا المراقب الجهد الذي يمكن استغلاله في المحطات بواسطة مجال دوامة كهربائي ناتج عن التغيير في كثافة التدفق المغناطيسي. نظرًا لأن حلقة الموصل ، من وجهة نظره ، لا تغير موضعها ($ v = 0 $) ، فلن يتمكن أخيرًا من التعرف على قوة Lorentz.

على الرغم من أن السؤال حول نظام مرجعي (نظام القصور الذاتي) ، الذي يتم من خلاله إجراء الملاحظة ، لا يلعب دورًا أساسيًا فيما يتعلق بالحالة الخاصة "قانون الاستقراء لحلقة موصل" ، يجب مراعاته بدقة عند تطبيق القانون العام. والسبب هو أن الكميات الكهرومغناطيسية (خاصة شدة المجال الكهربائي وبالتالي الجهد) تعتمد على النظام المرجعي الذي يتم قياسها فيه. يتم إجراء التحويل باستخدام تحويل Lorentz.

حكم التدفق

تمثل قاعدة التدفق تعميمًا محتملاً لقانون الاستقراء لعروة الموصل ، حيث يتم النظر في الدائرة التي يمثلها المنحنى $ الجزئي A $ وتشكل منحنى حافة السطح $ A $. إذا تم قطع الدائرة عند نقطة واحدة ، يتم قياس الجهد $ start هناك U = oint limits _ < جزئي A> <<< vec> '>> نص vec = - int limits _ < frac < جزئي vec> < t جزئية >> نص vec + oint _ < جزئي A> << vec>> مرات vec نص vec= - فارك < نص> < نصt> int _ << vec>> cdot text vec. نهاية $

هنا الحجم $ vec'$ شدة المجال في النظام الباقي لعنصر المسار $ text vec يسود $ (أي & # 160h. في النظام المتحرك). المعادلة بالصيغة المقدمة صالحة فقط للسرعات غير النسبية $ v ll c $. نظرًا لأنه يتم نقل الكائنات ببطء نسبيًا في جميع التطبيقات التقنية تقريبًا ، & # 9118 & # 93 ، فعادةً لا يكون هذا شرطًا ثانويًا ذي صلة.


تعليمات خطوه بخطوه

مهمة

يستخدم الحث الكهرومغناطيسي لتأمين البضائع في مراكز التسوق. هنا يجب أن تفكر في نموذج بديل مبسط يتم فيه توصيل الإنذار مباشرة بالبضائع. كقاعدة عامة ، يكون الإنذار على الحاجز ولا يوجد سوى سلم على البضائع. هذا له مزايا تقنية مختلفة وبالتالي يتم استخدامه في الغالب بدلاً من النظام المقدم هنا. ومع ذلك ، فإن النموذج المستخدم هنا أسهل في الفهم وبالتالي فهو مناسب بشكل أفضل لتقديم الموضوع.

يولد النظام مجالًا مغناطيسيًا متجانسًا لـ (1 فارك < نص cdot نص> < نص^ 2> ). يتم تثبيت إنذار على البضائع المضمونة و (10 ​​ نص) موصل طويل عمودي على المجال المغناطيسي عند المرور عبر النظام. إذا بدأ الشخص الذي لديه البضائع المضمونة بـ (5 frac < text> < نص> ) يمر عبر النظام ، يتم إحداث جهد يقوم بتشغيل الإنذار بعد ذلك.

ما هو حجم الجهد المستحث؟

الخطوة 1: ابحث عن ما يُعطى وما هو المطلوب

أول شيء يجب فعله هو التفكير مليًا فيما يُعطى وما يسعى إليه.

منح هنا:

  • حجم المجال المغناطيسي: (B = 1 فارك < نص ، cdot ، نص> < نص^2>)
  • طول الموصل: (l = 10 text)
  • سرعة الشخص أو البضائع: (v = 5 frac < text> < نص>)

و بحث إرادة:

الخطوة 2: ابحث عن الصيغة الصحيحة

يتم البحث عن جهد الحث ، لذلك من الواضح أنه يجب عليك استخدام صيغة جهد الحث. لديك أيضًا مجال مغناطيسي متجانس لا يتغير. لذلك لا يمكن إجراء الاستقراء إلا عن طريق تغيير المنطقة وتحتاج إلى هذه الصيغة:

إذا كنت تريد معرفة المزيد عن الحث الكهرومغناطيسي ، يمكنك معرفة المزيد هنا.

الخطوة 3: قم بتغيير الصيغة وفقًا لما تبحث عنه

تريد حساب جهد الحث (U ) وبالتالي لا يلزم تغيير الصيغة بعد ذلك:

ومع ذلك ، لم نعطِ مساحة أو وقتًا. كيف يمكنك استخدام ( color< frac < Delta A> < Delta t >> ) محسوبة بشكل أكبر؟

من المهمة أعطيت السرعة (v ). السرعة ليست سوى (v = frac < Delta s> < Delta colort> ) ، أي المسافة مقسومة على الوقت.

يبقى السؤال حول المنطقة ( اللون أ ). يمكنك حساب هذا من الموظفين والمسار. القضيب عمودي على المسار وكلاهما يشكلان معًا مستطيلًا. هذا المستطيل هو المنطقة التي تبحث عنها ( color أ ).

مع ذلك لديك المساحة المفقودة والوقت. الآن إذا قمت بضرب السرعة في طول الموصل لديك:

يمكنك إدخال هذا في صيغة جهد الحث ( frac < Delta A> < Delta t> = v cdot l ) والحصول على:

الخطوة 4: تحويل القيم المعطاة إلى الوحدات الصحيحة

الآن عليك تحويل القيم المعطاة للمجال المغناطيسي وطول الموصل والسرعة إلى وحدات مطابقة.

انظر أولاً إلى المجال المغناطيسي ، لذلك لديك (B = 1 frac < text ، cdot ، نص> < نص^ 2> ). الوحدة ( نص) التي نتوقعها للتوتر. لذلك من المنطقي تركها كما هي وتحويل الأحجام الأخرى وفقًا لذلك ، أي إلى ( text) و ( نص) ​ .

لذا عليك تحويل 10 سم إلى أمتار.

(ل = 10 نص = فارك <10> <100> نص = 0 <،> 1 ، نص)

آخر شيء عليك القيام به هو تحويل السرعة. للحصول من ( frac < text> < نص> ) في ( frac < text> < نص> ) عليك القسمة على (3 <،> 6 ).

الخطوة 5: ضع القيم في الصيغة وحسابها

الآن عليك إدخال القيم في الصيغة للحصول على النتيجة.

(U = - B cdot v cdot l = - 1 frac < text cdot نص> < نص^ 2> cdot 1 <،> 4 فارك < نص> < نص> cdot 0 <،> 1 text)

إذا قمت بضرب القيم معًا في البداية ، فلديك:

وبالنسبة للوحدتين ، هما ( text) بالنص^ <2> ) في المقام و ( text) في البسط والمقام.

أخيرًا ، عليك أن تتذكر أن علامة الجهد تعتمد على الاتجاه الذي تقيس فيه. نظرًا لأن الاتجاه ليس مهمًا هنا ، يمكنك أيضًا استخدام (U = 0 <،> 14 text) لأكتب.

جهد يبلغ (U = 0 <،> 14 نص) الناجم عن.

المحلول

عندما تمر البضائع المضمونة عبر النظام ، يكون الجهد الكهربي (U = 0 <،> 14 text) الناجم عن.


التدفق المغناطيسي Phi

مع ال الفيض المغناطيسي (الرمز هو phi اليوناني) يمكنك استخدام منطقة معينة ويعطى مجال مغناطيسي احسب مقدار المجال المغناطيسي الذي يصنعه عبر المنطقة.

في الحالة البسيطة التي تكون بين و لا توجد زاوية ، يمكنك حساب فاي مثل هذا

.

ولكن إذا كان المجال المغناطيسي بزاوية على السطح ثم تتغير الصيغة قليلاً. يجب عليك إضافة عامل آخر هنا بناء في

.

يضمن العامل أنك تأخذ في الحسبان فقط عنصر المجال المغناطيسي المتعامد أيضًا على السطح.

بشكل عام ، ليس من السهل تحديد phi. نظريًا ، يجب أن يكون لديك زاوية عند كل نقطة على السطح إعادة تعريف. ولكن هناك بعض الأمثلة البسيطة والمهمة للغاية حيث يمكنك حساب التدفق المغناطيسي دون بذل الكثير من الجهد.

حلقة موصل التدفق المغناطيسي والملف

أحد هذه الأمثلة هو ذلك حلقة موصل. يتكون من شكل هندسي بسيط. يمكن أن يكون هذا على سبيل المثال مستطيلاً أو دائرة. حلقة الموصل لها سطح وهو في مجال مغناطيسي متجانس .

بسبب الهندسة البسيطة وتجانس عليك الحصول على الزاوية تحديد مرة واحدة فقط. يكون المجال المتجانس قويًا بنفس القدر في كل مكان ويشير في اتجاه ثابت. لذلك يمكنك بسهولة حساب التدفق المغناطيسي Phi هنا

,

بواسطة هي مساحة المستطيل أو مساحة الدائرة.

إذا كنت الآن - إذا كنت تأخذ العديد من حلقات الموصلات هذه ، فيمكنك تكديسها فوق بعضها البعض. تحصل على واحدة من هؤلاء حوض المطبخ. إذا بقينا في مجال متجانس ، فيمكنك بسهولة تحديد التدفق المغناطيسي هنا أيضًا

.

لذلك تأخذ التدفق المغناطيسي لحلقة الموصل وتضربه في />. يمكنك أيضًا العثور على اسم /> يتحول.

تنويه: الذي - التي يسمى أيضًا بكثافة التدفق المغناطيسي. لا تخلط بين هذا وبين التدفق المغناطيسي فاي. كثافة التدفق هي مقياس لمدى قوة المجال المغناطيسي.

وحدة التدفق المغناطيسي

لنلق نظرة سريعة على الوحدة. المجال المغناطيسي لديها وحدة تسلا () والمساحة هي الوحدة متر مربع (). كمنتج و وبالتالي فإن التدفق المغناطيسي له الوحدة

.

أصبح منتج تسلا والمتر المربع هو الوحدة الأقصر ويبر () منح. اذا لدينا

.


كيف يحدث الاستقراء؟

نفترض أولاً أن نواقل المجال المغناطيسي < overrightarrow> واتجاه الحركة < overrightarrow> الوقوف عموديًا على بعضهما البعض.

تعمل قوة LORENTZ < overrightarrow << على تحريك حاملات الشحنة في المجال المغناطيسي_>>> .

وفقًا لقاعدة اليد اليسرى ، تعمل قوة LORENTS في اتجاه القضيب المعدني. يتم دفع الإلكترونات الحرة في الموصل إلى أسفل في هذا الهيكل. يوجد في الطرف السفلي من القضيب فائض من الإلكترونات ، في الطرف العلوي يوجد نقص في الإلكترونات. يمكننا إثبات فرق حامل الشحنة هذا كجهد كهربائي.

. قضيب نحاسي على مسار الموصل فوق المجال المغناطيسي

يمكننا أن نلاحظ الاستقراء عندما

  • تتغير قوة المجال المغناطيسي
  • تتغير المنطقة المغلقة
  • تغيير المنطقة المغلقة والمجال المغناطيسي.

إذا تحرك المغناطيس ولكن لم يتغير المجال المغناطيسي (يظل عدد خطوط المجال في الملف ثابتًا) ، فلن يحدث أي تحريض.


قانون التعريفي

يتم تحفيز الجهد في حلقة أو ملف موصل طالما أن المجال المغناطيسي الذي يخترق سطح حلقة الموصل أو الملف يتغير بمرور الوقت. مقياس المجال المغناطيسي الذي يخترق سطح حلقة أو ملف موصل هو التدفق المغناطيسي $ phi $ ويتم تعريفه على النحو التالي:

$ B $ هو كثافة التدفق المغناطيسي و $ A $ هو المنطقة الفعالة. هذا يعني أن التغيير بمرور الوقت في المجال المغناطيسي الذي يخترق سطح حلقة الموصل أو الملف يمكن أن يكون ناتجًا عن التغيير بمرور الوقت

سوف تتحقق. يعتمد حجم جهد الحث على سرعة وقوة هذا التغيير. على هذا الأساس ، مثل مايكل فاراداي ، يمكنك فعل ذلك قانون التعريفي استخلاص.

لواحد حلقة موصل واحد قابل للتطبيق:

لواحد حوض المطبخ مضروبًا في عدد المنعطفات $ N $:

واحد الجهد الحثي $ U_ نصيصبح $ $ frac < text Phi> < textt> $ ويتناسب مع عدد حلقات الموصل $ N $. لماذا هناك واحد أيضا علامة ناقص سوف تكون في قسم حكم لينز يختبر.

يمكنك أن ترى من المعادلات أنه يمكنك توليد جهد حثي في ​​نهايات حلقة موصل إذا كنت تستخدم منطقة ($ dot < vec> $) ، الذي يتم اختراقه بواسطة المجال المغناطيسي ، يتغير أو مجرد ذلك حقل مغناطيسي ($ dot < vec> $) نفسها.

على وجه الخصوص ، هذا يعني أن ملف الجهد المستحث يساوي الصفر هو ، لذلك لا يوجد جهد الحث عند ثابت التدفق المغناطيسي هو. للتذكير ، مشتق ثابت يساوي صفرًا.

تبسيط قانون التهيئة في المدارس

ثم يتوافق مشتق الوقت أو تغير التدفق المغناطيسي مع:

الهجاء $ dot < Phi> $ أقصر وبالتالي أوضح. كلا الهجاء متساويان ، يرجى استخدام التهجئة من صفك.


التدفق المغناطيسيكثافة $ vec B $ مرتبط بالدفق المغناطيسي $ Phi ، $ ككثافة المنطقة من خلال العلاقة التالية:

يمكن التعبير عن حقيقة أن خطوط التدفق في التدفق المغناطيسي قائمة بذاتها يمكن التعبير عنها رياضيًا من خلال حقيقة أن كل سطح لا يتجزأ من $ vec B $ فوق أي مغلق يأخذ Surface $ O $ القيمة 0:

Anschaulich gesprochen, fließt, wenn man sich ein magnetisches Feld von einer beliebigen in sich geschlossenen Fläche $ O $ umschlossen denkt, stets genauso viel „Magnetismus“ aus ihr heraus wie wieder in sie zurück (sogen. „Quellenfreiheit des magnetischen Feldes“).

Obige Gleichung ist damit mathematisch gesehen eine direkte Konsequenz der homogenen Maxwellschen Gleichung

sowie des Gauß'schen Satzes

$ oint_O cdot m<>dvec A = int_V

cdot m<>d^3 r $

für ein beliebiges Vektorfeld $ vec j $ und das von $ O $ eingeschlossene Volumen $ V $ . Anschaulich gesprochen: Was (netto) „in V entspringt“, fließt durch O nach außen, was netto „in V versickert“, fließt durch O nach innen.


Video: جلسه تأمل عميقة لتحرر نفسك من الضعف. تأمل خيميائي لتعزيز قوتك الداخليه (أغسطس 2022).