Electromagnetism intermediar și inducție electromagnetică

Relee Electromagnetice (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Electromagnetism intermediar și inducție electromagnetică

DC Circuite electrice


Intrebarea 1

Pe măsură ce un curent electric trece printr-o bobină de sârmă, creează un câmp magnetic. Dacă magnitudinea acestui curent se schimbă în timp, la fel va fi și intensitatea câmpului magnetic.

De asemenea, știm că un flux de câmp magnetic care se schimbă în timp va induce o tensiune de-a lungul unei bobine de sârmă. Explicați modul în care principiile complementare ale electromagnetismului și inducției electromagnetice se manifestă simultan în aceeași bobină de sârmă pentru a produce autoinducția .

De asemenea, explicați modul în care Legea lui Lenz se referă la polaritatea tensiunii auto-induse a bobinei.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un curent în schimbare printr-o bobină produce o cădere de tensiune care se opune direcției de schimbare.

Note:

Autoinducția nu este un concept dificil de înțeles dacă există deja o bună înțelegere a electromagnetismului, a inducției electromagnetice și a Legii lui Lenz. Unii studenți pot încerca să înțeleagă auto-inducerea, deoarece este probabil prima aplicație pe care au văzut-o acolo unde aceste trei fenomene se leagă simultan.

intrebarea 2


∫f (x) dx Alertă de calcul!


Într-un circuit rezistor simplu, curentul poate fi calculat prin împărțirea tensiunii aplicate prin rezistență:

Deși o analiză a acestui circuit probabil vă pare trivială, aș dori să vă încurajez să vă uitați la ceea ce se întâmplă aici dintr-o perspectivă nouă. Un principiu important observat de multe ori în studiul fizicii este acela al echilibrului, unde cantitățile "în mod natural" caută o stare de echilibru. Bilanțul căutat de acest circuit simplu este egalitatea de tensiune: tensiunea pe întreaga rezistență trebuie să se regleze la aceeași valoare ca tensiunea de ieșire de la sursă:

Dacă rezistorul este văzut ca o sursă de tensiune care caută un echilibru cu sursa de tensiune, atunci curentul trebuie să se convertească la orice valoare necesară pentru a genera tensiunea de echilibrare necesară pe rezistență, conform Legii lui Ohm (V = IR). Cu alte cuvinte, curentul rezistorului atinge orice magnitudine are pentru a genera o scadere de tensiune egala cu tensiunea sursei .

Acest lucru poate părea o modalitate ciudată de a analiza un astfel de circuit simplu, rezistorul "căutând" să genereze o scădere de tensiune egală cu sursa și actuale "magice", presupunând orice valoare trebuie să obțină acel echilibru de tensiune, dar este util în înțelegerea altor tipuri de elemente de circuit.

De exemplu, aici avem o sursă de tensiune DC conectată la o bobină mare de sârmă printr-un întrerupător. Să presupunem că bobina de sârmă are o rezistență neglijabilă (0 Ω):

Ca și circuitul rezistorului, bobina va "căuta" pentru a atinge un echilibru de tensiune cu sursa de tensiune odată ce întrerupătorul este închis. Cu toate acestea, știm că tensiunea indusă într-o bobină nu este direct proporțională cu curentul, așa cum este cu un rezistor - în schimb, o scădere de tensiune a bobinei este proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic în timp, așa cum este descris de Legea lui Faraday de inducție electromagnetică :

v coil = N d φ


dt

Unde,

v coil = tensiune indusă instantaneu, în volți

N = Numărul de rotații în bobină de sârmă

((d φ) / dt) = rata instantanee de schimbare a fluxului magnetic, în weberi pe secundă

Presupunând o relație liniară între curentul bobinei și fluxul magnetic (adică φ se dublează atunci când se dublează), descrieți curentul circuitului simplu în timp după închiderea întrerupătorului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Când comutatorul se închide, curentul va crește constant la o rată liniară în timp:

Întrebare de provocare: bobinele reale de cabluri conțin rezistență electrică (cu excepția cazului în care sunt realizate din sârmă superconductoare, desigur) și știm cum se produce echilibrul de tensiune în circuitele rezistive: curentul converge la o valoare necesară rezistenței de a scădea o cantitate egală de tensiune ca sursă. Descrieți apoi ce face curentul într-un circuit cu o bobină reală de sârmă, nu o bobină de sârmă superconductoare.

Note:

Elevii care nu înțeleg încă conceptul de inductanță pot fi înclinați să sugereze că curentul din acest circuit va fi infinit, urmând Legea lui Ohm (I = E / R). Unul dintre scopurile acestei întrebări este de a descoperi astfel de neînțelegeri, astfel încât acestea să poată fi corectate.

Acest circuit oferă un excelent exemplu de integrare a principiului de calcul, în care aplicarea unei tensiuni stabile pe inductor are ca rezultat un curent în continuă creștere . Indiferent dacă ar trebui sau nu să atingeți acest subiect, depinde de aptitudinile matematice ale elevilor.

Întrebarea 3

O metodă foarte utilă de măsurare a curentului prin intermediul unui fir este măsurarea rezistenței câmpului magnetic din jurul acestuia. Acest tip de ampermetru este cunoscut ca un ampermetru cu clemă :

Cunoscând principiul care stă la baza funcționării acestui contor, descrieți ce valori curente vor fi indicate de cele trei ampermetre de pe acest circuit:

Meter A =
Meter B =
Meter C =
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Meter A = 2, 5 amperi
Meter B = 2, 5 amperi
Meter C = 0 amperi

Note:

Aparatele de măsurare cu clamp sunt elemente foarte utile ale echipamentului de testare, dar trebuie utilizate în mod corespunzător. Am vazut ca multi oameni fac greseala de a fixa unul din aceste ampermetri in jurul firelor multiple cand incerc sa masoare cantitatea curentului prin doar unul. Dacă aveți în clasă câțiva contoare, asigurați-vă elevilor să stabilească un circuit simplu ca acesta și să dovedească valabilitatea conceptului.

Întrebarea 4

Scrieți o ecuație care exprimă cantitatea de flux magnetic (Φ) produsă de un electromagnet, având în vedere cantitatea de curent electric (I), numărul de viraje în bobina sârmei (N) și reluctanța materialului de bază (ℜ) .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Φ = NI


Note:

Acesta este un exercițiu de substituție algebrică. Elevii nu vor găsi probabil această ecuație oriunde, așa că vor trebui să-l creeze dintr-o combinație a altor două ecuații.

Întrebarea 5


∫f (x) dx Alertă de calcul!


Se trasează curbele relativ BH pentru o probă de aer și o probă de fier, proporțional unul cu celălalt (cât mai mult posibil):

Ce observați despre panta (numită și derivat sau (dB / dH)) pentru fiecare parcelă "# 5"> Răspuns dezvăluiți Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: rețineți că panta celor două parcele este aproximativ egală cu extremitatea dreaptă a graficului. Explicați acest efect în termeni de saturație magnetică.

Note:

Scopul acestei întrebări este dublu: de a face pe elevi să vadă că un material feromagnetic, cum ar fi fierul, este mult mai permeabil (mai puțin "reticent") decât aerul, dar că câștigurile mari din B realizate cu fier tind să dispară imediat după saturație stabilește. Odată ce fierul este saturat, câștigurile în B pentru avansuri egale în H sunt aceleași ca și pentru aer. Aceasta înseamnă că (dB / dH) pentru fier este egal cu (dB / dH) pentru aer odată ce fierul este saturat.

Întrebarea 6

Dacă o bobină de sârmă cu 450 de rotații este expusă la un flux magnetic care crește la o rată de 0, 008 Webers pe secundă, cât de mult va fi indusă tensiunea peste bobină "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/ images / test / 01983x01.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

3, 6 volți

Note:

Aceasta este pur și simplu o aplicare cantitativă a Legii lui Faraday. Nu există nici o semnificație pentru faptul că fluxul magnetic crește, mai degrabă decât în ​​scădere. Singurul efect pe care l-ar avea asupra tensiunii induse este polaritatea sa.

Întrebarea 7

Legea lui Lenz descrie opoziția față de modificările fluxului magnetic care rezultă din inducția electromagnetică între un câmp magnetic și un conductor electric. Un aparat capabil să demonstreze Legea lui Lenz este un disc de cupru sau aluminiu (electric conductiv, dar nemagnetic) poziționat aproape de capătul unui magnet permanent puternic. Nu există nici o atracție sau o repulsie între disc și magnet atunci când nu există nici o mișcare, dar o forță se va dezvolta între cele două obiecte dacă este mutată brusc. Această forță va fi într-o astfel de direcție încât încearcă să reziste la mișcare (adică forța încearcă să mențină diferența constantă între cele două obiecte):

Știm că această forță are un caracter magnetic. Adică, curentul indus determină ca discul să devină un magnet pentru a reacționa împotriva câmpului magnetului permanent și a produce forța opusă. Pentru fiecare din următoarele scenarii, etichetați poli magneții indici ai discului (nord și sud), deoarece reacționează la mișcarea impusă de o forță exterioară:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Câmpul magnetic propriu al discului se va dezvolta astfel încât să "lupte" să păstreze o distanță constantă de magnet:

Următoarele întrebări: urmăriți direcția de rotație a curentului electric indus în discul necesar pentru a produce atât forța de respingere, cât și forța atractivă.

Note:

Acest fenomen este dificil de demonstrat fără un magnet foarte puternic. Cu toate acestea, dacă aveți astfel de aparate disponibile în zona dumneavoastră de laborator, ar face o bucată mare de demonstrație!

Un mod practic pe care l-am demonstrat legii lui Lenz este acela de a obține un magnet de pământuri rare ( foarte puternic!), Lăsați-l pe o masă, apoi aruncați o monedă de aluminiu (cum ar fi un yen japonez) magnetul. Dacă magnetul este suficient de puternic și moneda este destul de ușoară, moneda va ajunge ușor să se odihnească pe magnet, mai degrabă decât să lovească din greu și să sări.

O ilustrare mai dramatică a Legii lui Lenz este aceea de a lua aceeași monedă și de a se roti (pe muchie) pe o suprafață de masă. Apoi, aduceți magnetul aproape de marginea monedei de filare și urmăriți imediat oprirea monedei, fără contact între monedă și magnet.

O altă ilustrare este să montați moneda de aluminiu pe o suprafață netedă a mesei, apoi să mutați rapid magnetul peste monedă, paralel cu suprafața mesei. Dacă magnetul este suficient de aproape, moneda va fi "târâtă" la o distanță scurtă pe măsură ce magnetul va trece.

În toate aceste demonstrații, este important să arătați elevilor dvs. că moneda însăși nu este magnetică. Nu se va lipi de magnet ca o monedă de fier sau oțel, astfel încât orice forță generată între monedă și magnet se datorează strict curenților induși și nu ferromagnetismului.

Întrebarea 8

Combinând legea lui Lenz cu regula dreaptă (sau regulă stânga, dacă urmăriți fluxul de electroni în loc de fluxul convențional) oferă un mijloc simplu și eficient pentru determinarea direcției curentului indus într-o bobină de inducție. În următoarele exemple, urmăriți direcția curentului prin rezistența de sarcină:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Notă: în cazul în care nu este clar din ilustrații, Figurile 1 până la 4 arată că magnetul se deplasează în raport cu o bobină staționară. Figurile 5 și 6 arată o bobină care se deplasează în raport cu un magnet staționar.

Note:

O modalitate ușoară pe care o găsesc să-mi amintesc Legea lui Lenz este de a interpreta este ca o opoziție la schimbare . Bobina va încerca să devină un magnet care luptă împotriva mișcării. O modalitate bună de a-i face pe elevi să se gândească la aceste linii este să le întrebe: "Ce polaritate magnetică ar trebui să aibă bobina (în fiecare caz) pentru a rezista mișcării relative a magnetului"

Întrebarea 9

Scrieți ecuația referitoare la curentul electric și intensitatea câmpului magnetic într-o bobină de sârmă. Dacă curentul (I) este dat în unități de amperi și numărul de viraje este o valoare intregă simplă, ce unitate de măsură va avea puterea câmpului magnetic?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

F = IN

Unde,

F

= Forța magnetică (intensitatea câmpului magnetic), în amperi

I = Curentul în bobină, amperi

N = Numărul de rotații în bobină

Note:

Uneori, unitățile de măsură au sens perfect! În acest caz, unitatea de întoarcere a firelor rezultă în mod evident din construirea ecuației, cu momente de întoarcere a amperilor.

Întrebarea 10

Ce este saturația magnetică?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Saturatia magnetica este ceea ce se intampla atunci cand fluxul magnetic (Φ, sau densitatea fluxului B) nu creste in aceeasi proportie cu cresterea fortei de camp magnetic ( F sau intensitatea campului H) pe care a facut-o la niveluri mai mici de F

sau H.

Note:

Pentru a utiliza o expresie economică, saturația este un caz de randamente reduse : unde creșteri ulterioare ale unei variabile conduc la câștiguri mai mici și mai mici într-o altă variabilă. Este important ca studenții să recunoască faptul că cuvântul "saturație" este folosit pentru a descrie alte fenomene decât magnetismul. Dar, în orice context, este folosit, conceptul "returnează diminuarea" este același.

Întrebarea 11

Explicați ce înseamnă acest graf și cum reprezintă atât saturația, cât și histerezia ca fenomene magnetice:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aceasta este o curbă BH, reprezentând densitatea fluxului magnetic (B) față de intensitatea câmpului magnetic (H) al unui electromagnet. Săgețile reprezintă direcțiile de creștere și de scădere a variabilelor.

"Saturația" este atunci când B modifică puțin pentru schimbări substanțiale în H. ​​Există două regiuni pe curba BH unde saturația este evidentă.

Note:

Această întrebare este demnă de multă discuție. Este un lucru să recunoaștem această curbă ca o curbă B-H și altceva să explicăm exact ce înseamnă. Cereți elevilor să afișeze pe curbă, de exemplu, ce se întâmplă atunci când un electromagnet este complet alimentat cu curent continuu și apoi curentul este oprit, lăsând un flux rezidual în miez. Ce este necesar pentru a dezmagnezi din nou nucleul "panoul de lucru al panoului panoului de panou implicit" itemscope>

Întrebarea 12

În cazul în care un curent electric trece prin această bucle de sârmă, în ce poziție se va încerca să se orienteze?

Dacă acest experiment este efectuat, se poate constata că cuplul generat este destul de mic fără a recurge la curenți mari și / sau câmpuri magnetice puternice. Stabiliți o modalitate de a modifica acest aparat astfel încât să generați momente mai puternice utilizând nivele modeste de curent și magneți obișnuiți.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Buclele vor încerca să se orienteze într-un plan vertical, perpendicular pe axa fluxului magnetic dintre poli magneți:

Pentru a mări cuplul generat de bucla de sârmă, puteți utiliza o buclă cu fir mai mare de 1 ". Aceasta nu este însă singura soluție.

Note:

Această întrebare prezintă o oportunitate excelentă de a discuta despre "regula dreaptă" (sau "regula de stânga" pentru cei care utilizează notația fluxului de electroni, mai degrabă decât notația fluxului convențional).

Întrebarea 13

Prin deplasarea unui magnet permanent perpendicular peste un fir, se va genera o tensiune între capetele firului:

Descrieți ce factori determină polaritatea și magnitudinea acestei tensiuni.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Mai degrabă decât să dați răspunsul aici, vă voi lăsa să stabiliți răspunsul prin experiment!

Note:

Experimentele de genul asta sunt atât de ușor de configurat, ar fi o rușine să strici bucuria de a descoperi întâi prin a spune pur și simplu elevilor ce se presupune că se întâmplă!

Întrebarea 14


∫f (x) dx Alertă de calcul!


Relația dintre fluxul magnetic și tensiunea indusă într-o bobină este exprimată în această ecuație, cunoscută sub numele de Legea lui Faraday :

e = N d φ


dt

Unde,

e = tensiune indusă instantaneu, în volți

N = Numărul de rotații în bobină de sârmă

φ = fluxul magnetic instantaneu, în weberi

t = Timp, în secunde

Explicați ce înseamnă expresia matematică ((d φ) / dt), în lumina a ceea ce știi despre inducția electromagnetică. Sugestie: notația (d / d) este împrumutată din calcul și se numește derivat .

De asemenea, explicați de ce literele mici sunt utilizate (în loc de E, φ în loc de Φ) în această ecuație.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Expresia matematică ((d φ) / dt) înseamnă "rata de schimbare a fluxului magnetic în timp". În acest exemplu particular, unitatea ar fi "păturile pe secundă".

Utilizarea literelor mici pentru variabile indică valori instantanee : adică, cantitățile exprimate în momente instantanee de timp.

Următoarea întrebare: manipulați această ecuație pentru a rezolva pentru fiecare variabilă (((d φ) / dt) =

.

; N =

.

).

Note:

Pentru studenții care nu au studiat niciodată calculul, aceasta este o oportunitate excelentă de a introduce conceptul de derivat, având deja stabilit că principiul tensiunii induse este legat de cât de rapid se schimbă fluxul magnetic în timp. În studiile de fizică generală, cantitățile de poziție, viteză și accelerare sunt utilizate în mod similar pentru a introduce conceptul de derivat de timp, și mai târziu, de timp-integral. Totuși, în electricitate, avem propriile aplicații unice!

Întrebarea 15

Câte rotații de sârmă trebuie să aibă o bobină pentru a induce o tensiune de 10, 5 volți atunci când sunt expuse la un flux magnetic în schimbare cu o rată de 0, 0075 Wb / s "# 15"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

1400 de viraje

Note:

Aceasta nu este altceva decât o aplicare cantitativă a Legii lui Faraday, după manipularea algebrică pentru rezolvarea lui N.

Întrebarea 16

Dacă un inel de cupru este adus mai aproape de capătul unui magnet permanent, se va produce o forță respingătoare între magnet și inel. Această forță va înceta, totuși, atunci când inelul se oprește în mișcare. Ce se numește acest efect?

De asemenea, descrieți ce se va întâmpla dacă inelul de cupru este îndepărtat de la capătul magnetului permanent.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Fenomenul este cunoscut sub numele de Legea lui Lenz . Dacă inelul de cupru este deplasat departe de capătul magnetului permanent, direcția forței se va schimba și va deveni atractivă mai degrabă decât repulsivă.

Următoarele întrebări: urmăriți direcția de rotație pentru curentul electric indus în inel necesar pentru a produce atât forța de respingere, cât și forța atractivă.

Întrebarea cu privire la întrebare: ce s-ar întâmpla dacă orientarea magnetului a fost inversată (polul sud pe stânga și polul nord pe dreapta) "note ascunse"> Note:

Acest fenomen este dificil de demonstrat fără un magnet foarte puternic. Cu toate acestea, dacă aveți astfel de aparate disponibile în zona dumneavoastră de laborator, ar face o bucată mare de demonstrație!

Un mod practic pe care l-am demonstrat legii lui Lenz este acela de a obține un magnet de pământuri rare ( foarte puternic!), Lăsați-l pe o masă, apoi aruncați o monedă de aluminiu (cum ar fi un yen japonez) magnetul. Dacă magnetul este suficient de puternic și moneda este destul de ușoară, moneda va ajunge ușor să se odihnească pe magnet, mai degrabă decât să lovească din greu și să sări.

O ilustrare mai dramatică a Legii lui Lenz este aceea de a lua aceeași monedă și de a se roti (pe muchie) pe o suprafață de masă. Apoi, aduceți magnetul aproape de marginea monedei de filare și urmăriți imediat oprirea monedei, fără contact între monedă și magnet.

O altă ilustrare este să montați moneda de aluminiu pe o suprafață netedă a mesei, apoi să mutați rapid magnetul peste monedă, paralel cu suprafața mesei. Dacă magnetul este suficient de aproape, moneda va fi "târâtă" la o distanță scurtă pe măsură ce magnetul va trece.

În toate aceste demonstrații, este important să arătați elevilor dvs. că moneda însăși nu este magnetică. Nu se va lipi de magnet ca o monedă de fier sau oțel, astfel încât orice forță generată între monedă și magnet se datorează strict curenților induși și nu ferromagnetismului.

Întrebarea 17

Masuratoarele electromecanice de watt-hour folosesc un disc de aluminiu care este rotit de un motor electric. Pentru a genera o "tragere" constantă pe disc necesară pentru a limita viteza de rotație, un magnet puternic este plasat astfel încât liniile sale de flux magnetic să treacă perpendicular pe grosimea discului:

Explicați fenomenul din spatele acestui mecanism magnetic de "tragere" și explicați, de asemenea, modul în care ansamblul magnetului permanent ar trebui să fie repoziționat astfel încât acesta să asigure o mai mică tracțiune pe disc pentru aceeași viteză de rotație.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acesta este un exemplu al Legii lui Lenz . Pentru reducerea tragerii pe disc, magnetul trebuie să fie deplasat peste un loc pe disc care are o viteză mai redusă a suprafeței (vă voi lăsa să vă dați seama unde ar putea fi).

Următoarea întrebare: să presupunem că mutați un magnet puternic peste suprafața unui disc de aluminiu. Ce se va întâmpla cu discul, în cazul în care ceva "note notes ascunse"> Note:

O ajustare importantă a calibrării pe ansamblurile de wattmetre electromecanice este poziționarea magnetului "drag", făcând această întrebare foarte practică. O provocare interesantă pentru studenți este să le cereți să schițeze fluxul de curent electric indus în disc, pe măsură ce acesta se rotește în jurul magnetului!

Întrebarea de urmărire este de fapt o previzualizare a teoriei motorului de inducție și poate fi ilustrată cu un magnet puternic (pământ rar) și o monedă metalică (yenul japonez, realizat din aluminiu, funcționează foarte bine pentru acest lucru, ușor!).

Întrebarea 18

Un context în care să înțelegem Legea lui Lenz este legea fizică bine-cunoscută numită Conservarea energiei, care spune că energia nu poate fi niciodată creată (din nimic), nici distrusă (fără nimic). Această lege a fizicii bine fondată este principiul general care interzice așa-numitele mașini "supra-unitate" sau "energie liberă", unde energia ar fi produsă fără nicio sursă.

Demonstrați că, dacă Legea lui Lenz va fi inversată, principiul Conservarea energiei va fi încălcat. Cu alte cuvinte, imaginați-vă ce s-ar întâmpla dacă efectele Legii lui Lenz ar fi exact opuse în direcție și ar arăta cum ar rezulta mai multă energie produsă de un sistem decât ceea ce este introdus în acest sistem.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există mai multe modalități de a demonstra acest lucru. Poate că cea mai ușoară vizualizare (dintr-o perspectivă energetică) este un disc magnetic "rotativ" rotativ, unde intersecția perpendiculară a unui câmp magnetic și a unui disc conductiv electric creează un cuplu rezistiv, atunci când discul este rotit. Efectele inversării direcției forței Lenz ar trebui să fie evidente aici.

Note:

Această întrebare poate conduce foarte bine la o discuție fructuoasă cu privire la mișcarea perpetuă și pretențiile mașinilor "energiei libere", chiar existența unor astfel de pretenții în epoca modernă fiind dovada remarcabilă a analfabetismului științific. Nu numai că un număr substanțial de oameni pare ignorant al principiului Conservarea energiei și cât de bine este fondat, dar, de asemenea, pare incapabil să înțeleagă importanța testului final pentru un astfel de dispozitiv: să poată fi el însuși (și încărcare) pe termen nelimitat. Dar mă descurc. . .

Întrebarea 19

Bazându-vă pe cunoașterea legii lui Lenz, explicați cum se poate construi o frână electromagnetică, prin care energizarea unei bobine electromagnet ar produce o "tragere" mecanică pe un arbore rotativ, fără a fi nevoie de contact între arbore și plăcuța de frână.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: descrieți unele dintre avantajele și dezavantajele unei frâne magnetice, comparativ cu frânele mecanice (în care contactul fizic produce frecare pe arbore).

Întrebare la întrebare: frânele normale (mecanice) devin fierbinți în timpul funcționării, datorită frecarii pe care o folosesc pentru a produce tracțiune. O frână electromecanică va produce și căldură, având în vedere că nu există contact fizic pentru a crea fricțiune "note ascunse"> Note:

Frânele electromagnetice sunt dispozitive foarte utile în industrie. O aplicație interesantă pe care am văzut-o pentru această tehnologie este sarcina mecanică pentru un dinamometru pentru automobile, unde o mașină este condusă pe un set de role de oțel, cu un singur cilindru cuplat la un disc metalic mare (cu electromagneți pe ambele părți). Prin modificarea cantității de curent trimise la electromagneți, gradul de tracțiune mecanică poate fi variat.

De altfel, acest disc devine foarte fierbinte atunci când este utilizat, deoarece puterea motorului nu poate dispărea pur și simplu - trebuie transformată într-o altă formă de energie în mecanismul de frânare și încălzită.

Întrebarea 20

Determinați polaritatea tensiunii induse de bobină pentru fiecare dintre exemplele de mai jos. Aveți grijă să notați direcția în care fiecare bobină este înfășurată în jurul miezului său - bobinele nu sunt identice!

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Ar putea ajuta studenții să vizualizeze polaritatea dacă își imaginează o sarcină rezistivă conectată între cele două terminale de ieșire și apoi își dau seama ce direcție indusă de curent ar trece prin această sarcină. Odată determinată, polaritatea tensiunii (considerând bobina ca sursă de energie) ar trebui să fie mai ușor de vizualizat. O greșeală pe care mulți studenți încep să o facă atunci când fac acest lucru, este să nu recunoască bobina ca sursă de energie electrică și rezistorul ca încărcătură, așa că fii pregătit să rezolvi această neînțelegere.

Dacă acest lucru nu ajută, sugerați-le să identifice mai întâi polaritatea magnetică a câmpului indus de bobină: să determinați ce capăt al bobinei încearcă să fie Nord și care încearcă să fie Sud. Desigur, nu se va forma nici un câmp indus decât dacă bobina are un circuit complet de susținere a curentului indus, dar este încă util să ne imaginăm un rezistor de sarcină sau chiar o scurtcircuitare completă a circuitului, astfel încât să poată fi vizualizat curentul indus și polaritatea magnetică indusă .

Întrebarea 21

Dacă o bobină de sârmă cu 320 de rotații este expusă unui flux magnetic scăzând la o viteză de 0, 03 Webers pe secundă (așa cum se arată în ilustrație), cât de mult va fi indusă tensiunea peste bobină și ce polaritate va fi "// www .beautycrew.com.au // sub.allaboutcircuits.com / images / test / 03272x01.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Această întrebare este atât o aplicare cantitativă a Legii lui Faraday, cât și o aplicare a Legii lui Lenz.

Întrebarea 22

Dacă o bobină de sârmă cu 1100 de rotații este expusă unui flux magnetic care crește la o viteză de 0, 07 Webers pe secundă (așa cum se arată în ilustrație), cât de mult va fi indusă tensiunea pe bobină și ce polaritate va fi "// www .beautycrew.com.au // sub.allaboutcircuits.com / images / test / 03273x01.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Această întrebare este atât o aplicare cantitativă a Legii lui Faraday, cât și o aplicare a Legii lui Lenz.

Întrebarea 23

Calculați viteza de schimbare a fluxului magnetic necesar în timp (în unități de Webers pe secundă), precum și direcția de mișcare a magnetului (spre sau departe de bobină) pentru a induce o tensiune de 13, 5 volți în polaritatea prezentată:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

((d φ) / dt) trebuie să fie egală cu 0, 0964 Webers pe secundă, cu magnetul depărtat de bobină.

Note:

Această întrebare este atât o aplicare cantitativă a Legii lui Faraday, cât și o aplicare a Legii lui Lenz.

Întrebarea 24

Dacă mișcarea unui conductor printr-un câmp magnetic induce o tensiune în acel conductor, se înțelege că un fluid conductiv care se deplasează printr-o țeavă poate genera de asemenea o tensiune dacă este expus corespunzător unui câmp magnetic. Desenați o imagine care prezintă orientarea necesară a conductei, a câmpului magnetic și a electrozilor care interceptează tensiunea indusă.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Această întrebare testează cu adevărat înțelegerea elevilor despre relațiile ortogonale dintre fluxul magnetic, mișcarea conductorului și tensiunea indusă. În plus, dezvăluie o metodă nouă de producere a energiei electrice: magnetohidrodinamică .

Există câteva aplicații interesante de magnetohidrodinamică, inclusiv generarea de energie și măsurarea debitului. Discutați-le cu elevii dvs. dacă timpul permite.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →