Unități de măsură magnetice

Fizica: Tensiunea Electrica | WinSchool (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Unități de măsură magnetice

DC Circuite electrice


Intrebarea 1

În circuitele electrice, cele trei cantități de bază sunt tensiunea (E sau V), curentul (I) și rezistența (R), corespunzând conceptelor generale ale cauzei, efectului și, respectiv, opoziției .

I = E


R

efect = cauza


opoziţie

Circuitele magnetice "au, de asemenea, cantități corespunzătoare" cauzei ", " efectului "și" opoziției ". Identificați aceste cantități, împreună cu simbolurile lor respective, și scrieți o ecuație" Legii lui Ohm ". De asemenea, identificați unitățile de măsură asociate cu fiecare, în trei sisteme de măsurare: CGS (metric "vechi"), SI (metric "nou") și engleza.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cauza = forța magnetomotivă (MMF) = F

"Efect" = flux magnetic = Φ

"Opoziție" = Reluctanță = ℜ

Această relație este cunoscută sub numele de Legea lui Rowland și are o asemănare izbitoare cu legea lui Ohm în circuitele electrice:

Φ = F


Următoarea întrebare: manipulați algebric ecuația Legii Rowland de mai sus pentru a rezolva problema

F și pentru a rezolva pentru ℜ

.

Note:

Magnetismul, deși în mod obișnuit este prezentat sub formă de magneți permanenți și compase magnetice, este la fel de "ciudat" ca concept de electricitate pentru noul student. În acest moment, în educație, ei ar trebui să fie suficient de familiarizați cu tensiunea, curentul și rezistența pentru a reflecta asupra lor ca cantități analoage acestor noi cantități magnetice de MMF, flux și reticență. Subliniați asemănările analogice ale cantităților electrice de bază în discuția cu elevii. Nu numai că acest lucru îi va ajuta pe elevi să înțeleagă mai bine magnetismul, dar va întări, de asemenea, înțelegerea lor a cantităților electrice.

intrebarea 2

Dacă am fost de a grafice "răspuns" de un rezistor la diferite niveluri de tensiune aplicată, am obține un complot care arată astfel:

Dacă ar fi să reprezentăm "răspunsul" unui eșantion feromagnetic la diferite nivele de forță magnetomotivă aplicată, am obține un complot care arată cam așa:

Ce vă indică acest grafic, comparativ cu graficul pentru caracteristicile rezistenței "# 2"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Formatul MMF / flux pentru un material feromagnetic este destul de neliniar, spre deosebire de complotul pentru un rezistor electric.

Note:

Cereți elevilor să identifice rezistența pe graficul V / I prezentat în întrebare. Unde este reprezentat rezistența pe acel grafic? Studenții dvs. mai deștepți din punct de vedere matematic vor recunoaște (sau poate amintesc din discuțiile anterioare) că panta graficului indică rezistența circuitului. Cu cât rezistența este mai mică, cu atât este mai mare parcela (cel puțin în acest caz, unde curentul este pe axa verticală și tensiunea pe orizontală). În orice punct al plotului, panta este aceeași, indicând faptul că rezistența nu se schimbă pe o gamă largă de tensiune și curent.

Acum, direcționați atenția asupra graficului FPM / fluxului. Unde este indicată reticența în grafic? Ce concluzie putem formula în ceea ce privește reluarea în circuitul magnetic, de la analiza formei curbei MMF / fluxului prezentată? În ce punct este cea mai mare reticență? În ce moment este cel mai mic?

Întrebarea 3

Să presupunem că o lungime de sârmă electrică este înfășurată în jurul unei secțiuni a unui torus de fier, iar curentul electric condus prin sârmă:

Ce factori influențează valoarea MMF, fluxul și reticența în acest "circuit magnetic" "# 3"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

MMF este determinată de cantitatea de curent prin bobina de sârmă și de numărul de viraje din bobină ( F

= IN). Reluctanța este determinată de aria secțiunii transversale a căii fluxului magnetic, de lungimea căii, de tipul materialului din care este făcut torul și de cantitatea de flux prezentă în tor . Fluxul magnetic este determinat de MMF și de reticența.

Următoarele întrebări: cât de asemănătoare sunt aceste relații cu tensiunea, rezistența și curentul într-un circuit electric? Rețineți orice asemănări, precum și orice diferențe.

Note:

Poate că partea cea mai interesantă a răspunsului la această întrebare este că reluctanța magnetică (ℜ) se modifică odată cu cantitatea de flux (Φ) din "circuit". La început, acest lucru poate părea destul de diferit de circuitele electrice, unde rezistența (R) este constantă indiferent de curent (I).

Cu toate acestea, constanța rezistenței electrice este ceva ușor de luat în considerare. Cereți elevilor să se gândească la dispozitive electrice (sau fenomene) în care rezistența nu este stabilă pe o gamă largă de curenți. După o anumită discuție, ar trebui să constatați că fenomenul de rezistență constantă nu este la fel de obișnuit ca cineva ar putea gândi!

După ce elevii au înțeles acest concept, întrebați-le ce înseamnă cu privire la fluxul magnetic (Φ) față de MMF (

F

). Cu alte cuvinte, ceea ce se întâmplă cu fluxul într-un circuit magnetic ca MMF este crescută?

Întrebarea 4

Calculați reluctanța (ℜ) pentru un circuit magnetic în care MMF ( F

) este de 8, 9 amp-turns și fluxul (Φ) este de 0, 24 webers.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

ℜ = 37, 08 amp-turnuri pe Weber (At / Wb)

Note:

Nimic special aici, doar un simplu calcul. Unul dintre punctele acestei întrebări este de a avea studenți cercetarea legii lui Rowland și de a învăța cum să o folosească așa cum ar fi legea lui Ohm.

Întrebarea 5

Se calculează cantitatea de flux magnetic (Φ) într-o bucată de fier cu o reluctanță (ℜ) de 55 amperi pe turn și un MMF aplicat ( F

) de 2, 2 amperi.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Φ = 40 mWb

Note:

Nimic special aici, doar un simplu calcul. Unul dintre punctele acestei întrebări este de a avea studenți cercetarea legii lui Rowland și de a învăța cum să o folosească așa cum ar fi legea lui Ohm.

Rețineți că abrevierea unității pentru "weberi" conține două litere, nu doar una, așa cum este cazul majorității abrevierilor unice!

Întrebarea 6

Calculați valoarea forței magnetomotive (MMF sau F

) necesar pentru a stabili un flux magnetic (Φ) de 30 μWb într-o bucată de fier având o reluctanță (ℜ) de 14 At / Wb.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

F

= 420 μAt

Note:

Nimic special aici, doar un simplu calcul. Unul dintre punctele acestei întrebări este de a avea studenți cercetarea legii lui Rowland și de a învăța cum să o folosească așa cum ar fi legea lui Ohm.

Rețineți că abrevierea unității pentru "weberi" conține două litere, nu doar una, așa cum este cazul majorității abrevierilor unice!

Întrebarea 7

Calculați valoarea MMF ( F

) generate de o bobină de sârmă având 1300 de rotații și care transportă 3, 5 milliamperi de curent.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

F

= 4, 55 amperi

Note:

Nimic special aici, doar un simplu calcul. Unul dintre punctele acestei întrebări este de a oferi studenților cercetarea formula de calcul al F

, la fel de simplu ca este.

Întrebarea 8

Calculați numărul de "ture" pe care o bobină de sârmă ar avea nevoie pentru a produce un MMF ( F

) de 5, 7 amperi cu un curent electric de 12 mA.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

N = 475 de virajuri

Note:

Nimic special aici, doar un simplu calcul. Unul dintre punctele acestei întrebări este de a oferi studenților cercetarea formula de calcul al F

, la fel de simplu ca este.

Întrebarea 9

Calculați cantitatea de curent electric care ar trebui să treacă printr-o bobină de sârmă având 850 de rotații pentru a produce un MMF ( F

) de 2, 1 amp.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I = 2, 471 mA

Note:

Nimic special aici, doar un simplu calcul. Unul dintre punctele acestei întrebări este de a oferi studenților cercetarea formula de calcul al F

, la fel de simplu ca este.

Întrebarea 10

Formula pentru calcularea reluctanței (ℜ) a unei bobine de sârmă cu aer-miez ("solenoid") este după cum urmează:

ℜ = L


μ 0 A

Unde,

l = lungimea liniară a bobinei în metri (m)

A = suprafața transversală a "gâtului" bobinei în metri pătrați (m 2 )

μ 0 = permeabilitatea spațiului liber = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Folosind această formulă și formula Legea lui Rowland, se calculează cantitatea de flux magnetic (Φ) produs în gâtul unui solenoid de aer-miez cu 250 de fire, o lungime de 0, 2 metri, o arie a secțiunii transversale de 6, 5 × 10 - 4 metri patrati si un curent de bobina de 5 amperi:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Φ = 5, 105 μWb

Note:

Cu toate informațiile furnizate, acesta nu este altceva decât un exercițiu de calcul. Cu toate acestea, este bine ca elevii să aibă formula de reluare a solenoidului cu aer-bază, folositoare pentru alte calcule, care este punctul central al acestei întrebări.

Întrebarea 11

Materialele electrice conductive pot fi evaluate în funcție de rezistența lor relativă printr-o cantitate numită rezistență specifică (ρ). Formula care se referă la rezistența la rezistență specifică arată astfel:

R = ρ L


A

Unde,

R = Rezistența electrică, în ohmi

ρ = rezistență specifică, în ohm-cmil / ft, sau o altă combinație de unități

l = Lungimea conductorului, în picioare sau cm (în funcție de unități pentru ρ)

A = suprafața secțiunii transversale a conductorului, în cmil sau cm2 (în funcție de unități pentru ρ)

Materialele magnetice pot fi, de asemenea, evaluate în funcție de reluarea relativă a acestora de către o cantitate numită permeabilitate (μ). Scrieți formula referitoare la reticența la permeabilitatea unei substanțe magnetice și notați diferențele și similitudinile pe care le vedeți între ea și formula specifică de rezistență pentru circuitele electrice.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

ℜ = L


uA

Note:

Cereți studenților să descrie efectele asupra reticenței magnetice care rezultă din creșteri și scăderi ale tuturor celor trei variabile independente (μ, l și A). Este important ca ei să înțeleagă calitativ această ecuație, așa cum este important pentru ei să înțeleagă calitativ Legea lui Ohm și formula de rezistență specifică.

Întrebarea 12

Explicați diferența dintre permeabilitatea relativă (μ r ) și permeabilitatea absolută (μ). Cum diferă unitățile de măsură între aceste două cantități "# 12"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

μ r = ((μ) / (μ 0 ))

Absolut permeabilitatea este măsurată în unități de Webers per Amp-metru (Wb / Am), în timp ce permeabilitatea relativă nu are nicio unitate.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice de ce permeabilitatea relativă (μ r ) este unică. Există alte variabile pe care le-au întâlnit în studiile lor științifice, care sunt în mod similar fără rost?

Unul dintre studenții dvs. a cercetat valoarea permeabilității absolute a spațiului liber (μ 0 )? Dacă da, ce cifră au obținut?

Întrebarea 13

Două variabile importante în analiza circuitului magnetic sunt B și H. Explicați ce reprezintă aceste două variabile, în ceea ce privește cantitățile magnetice mai fundamentale ale MMF ( F

) și fluxul (Φ), și să le raporteze, dacă este posibil, la cantități electrice. De asemenea, determinați unitățile de măsură pentru aceste două variabile, în sistemele de măsurare CGS, SI și Engleză.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Intensitatea câmpului (H) este, de asemenea, cunoscută sub numele de "forță de magnetizare" și este cantitatea de MMF pe unitatea de lungime a traseului fluxului magnetic. Densitatea fluxului (B) este cantitatea de flux magnetic pe unitatea de suprafață.

Note:

Deși variabilele electrice echivalente cu intensitatea câmpului și densitatea fluxului nu sunt utilizate în mod obișnuit în electronică, ele există! Întrebați elevii dvs. dacă cineva a fost capabil să determine ce sunt aceste variabile. De asemenea, întrebați-le de unde au putut obține informațiile privind cantitățile magnetice și unitățile de măsură.

Ar trebui să menționați elevilor dvs. că unitățile SI sunt considerate cele mai "moderne" dintre cele prezentate aici, sistemul SI fiind standardul internațional pentru unitățile metrice în toate aplicațiile.

Întrebarea 14

Atunci când un producător de oțel publică caracteristicile magnetice ale celui mai recent aliaj, el face acest lucru sub forma unui grafic "B / H", în care densitatea fluxului (B) este reprezentată grafic în funcție de forța de magnetizare (H):

Rareori veți vedea o diagramă a fluxului (Φ) prezentată ca o funcție a MMF (

F

), chiar dacă un astfel de complot ar părea foarte asemănător cu "curba B / H" pentru același material. De ce este această "# 14"> Răspuns dezvăluit Ascunde răspunsul

O "curbă B / H" este independentă de dimensiunile fizice ale specimenului, comunicând caracteristicile magnetice ale substanței în sine, mai degrabă decât caracteristicile oricărei părți particulare a acelei substanțe.

Note:

Acest concept poate confunda unii studenți, deci discuția pe aceasta este utilă. Întrebați elevilor dvs. ce înseamnă "densitatea fluxului" și "forța de magnetizare": sunt expresii ale fluxului și MMF pe unitatea de dimensiuni . Deci, dacă un producător afirmă că noul aliaj de oțel va permite o densitate de flux de 0, 6 Tesla pentru o forță de magnetizare aplicată de 100 amperi / metru, această cifră este valabilă pentru orice bucată de dimensiune a aliajului respectiv.

Pentru a demonstra acest concept prin tehnica retorică a reductio ad absurdum, întrebați-vă elevii cum ar fi dacă producătorii de cupru vor specifica rezistivitatea aliajelor lor de cupru în ohmi: "Aliaj 123XYZ are o rezistență de 17 ohmi." De ce utilitate este aceasta afirmație? Ce înseamnă pentru noi? Cum este afirmația: "Aliajul 123XYZ are o rezistivitate de 10, 5 ohm-cmil pe picior", superior?

Întrebarea 15

Având în vedere următoarele ecuații, derivă o singură ecuație care exprimă permeabilitatea (μ) în ceea ce privește densitatea fluxului (B) și intensitatea câmpului (H, cunoscută și sub numele de forță de magnetizare):

ℜ = F


Φ

ℜ = L


uA

H = F


L

B = Φ


A

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

μ = B


H

Note:

Această întrebare este un exercițiu de substituție și manipulare algebrică. Ar fi o idee bună să subliniem că următoarea ecuație este valabilă doar pentru un "solenoid" (o bobină de sârmă).

ℜ = L


uA

În cazul unui solenoid cu jet de aer, formula este după cum urmează:

ℜ = L


μ 0 A

Unde,

l = lungimea liniară a bobinei în metri (m)

A = suprafața transversală a "gâtului" bobinei în metri pătrați (m 2 )

μ 0 = permeabilitatea spațiului liber = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Întrebarea 16

Folosind o curbă BH obținută dintr-o carte de referință, determinați cantitatea de forță de magnetizare (H) necesară pentru a stabili o densitate a fluxului magnetic de 0, 2 T într-un torus din fontă cu o secțiune transversală de 7 × 10-4 metri pătrați.

Calculați cantitatea de curent necesară în bobina de sârmă pentru a stabili această cantitate de flux, dacă bobina are 250 de rotații, iar torusul are o lungime medie a traseului de flux de 45 cm. De asemenea, calculați cantitatea de flux magnetic (Φ) din interiorul torusului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

H = 400 At / m

I = 720 mA

Φ = 1, 4 mWb

Note:

Am obținut cifra forței de magnetizare de 400 At / m pentru 0, 2 T din densitatea fluxului, din cea de-a 9-a ediție a lui Robert L. Boylestad, pagina 437.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →