Indukcja elektromagnetyczna
advertisement
1 Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika r – opór wewnętrzny baterii R- opór opornika Vb Va V Ir V IR Ir IR 2 POŁĄCZENIE SZEREGOWE Taki sam prąd płynący przez oba oporniki R Sumaryczny opór oporników połączonych szeregowo jest zawsze większy od oporu każdego z oporników z osobna V IR1 IR2 I R1 R2 R R1 R2 R3 ... 3 POŁĄCZENIE RÓWNOLEGŁE Taka sama różnica potencjałów na obu opornikach R 1 V V 1 1 I I1 I 2 V V R1 R2 R R1 R2 Sumaryczny opór oporników połączonych równolegle jest zawsze mniejszy od oporu każdego z oporników z osobna 1 1 1 1 ... R R1 R2 R3 4 Pierwsze prawo Kirchhoffa Drugie prawo Kirchhoffa Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła Suma różnicy potencjałów (spadków napięć) na wszystkich elementach obwodu zamkniętego wynosi zero I do Iz V 0 I1 I 2 I 3 obwód zamk. 5 B 0 B BA B BA cos Strumień pola magnetycznego w przypadku jednorodnego pola B którego kierunek tworzy kąt z wektorem dA Definicja strumienia pola B B B dA 6 Strumień indukcji magnetycznej przez dowolną powierzchnię zamkniętą jest równy zero. B B dA 0 Prawo Gaussa dla magnetyzmu wyraża fakt, że nie istnieją pojedyncze bieguny magnetyczne 7 Wkładanie lub wyjmowanie magnesu do pętli z drutu powoduje przepływ prądu. Kierunek przepłu prądu zależy od tego, czy magnes jest wkładany, czy wyjmowany. Gdy magnes pozostaje nieruchomy prąd nie płynie. Wartość prądu jest tym większa im szybciej wkładany/wyjmowany jest magnes Prąd powstający w powyższy sposób nazywamy prądem indukowanym. Prąd indukowany płynie pod wpływem indukowanej SEM 8 Doświadczenie Faraday’a klucz galwanometr bateria uzwojenie pierwotne • Zwarcie klucza (zamknięcie obwodu) powoduje wychylenie wskazówki galwanometru. • Przy zwartym (lub rozwartym) kluczu wskazówka pozostaje nieruchoma. • Rozwarcie klucza powoduje wychylenie wskazówki w kierunku przeciwnym do tego które występuje przy zwieraniu. uzwojenie wtórne Zmienne pole magnetyczne powoduje przepływ prądu w uzwojeniu wtórnym. Mówimy, że zmienne pole magnetyczne indukuje siłę elektromotoryczną. 9 Indukowana siła elektromotoryczna jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia pola B d B dt d BA cos dt Dla cewki o N zwojach: d B N dt Zmiana B, A lub powoduje powstanie indukowanej SEM 10 Na ładunki w poruszającym się przewodniku działa siła Lorentza: FB qv B Siła Lorentza powoduje przemieszenie ładunku i powstanie pola E. Siła działająca na ładunki w polu E: FE qE W stanie równowagi siła FB równoważona jest przez siłę FE: qvB qE vB E Różnica potencjałów między końcami przewodnika: V El Blv Podczas ruchu przewodnika w polu magnetycznym w przewodniku powstaje różnica potencjałów. 11 Z ruchem pręta po szynach związany jest zmienny strumień pola B przez obwód: B Blx Z prawa Faraday’a: d B d Blx dt dt dx Bl Blv dt Blv I Z prawa Ohma: R R Gdy pręt porusza się w polu B i płynie w nim prąd, doświadcza działania siły FB. Ponieważ siła FB ma zwrot przeciwny do v, wiec siła zewnętrzna F musi mieć kierunek przeciwny do FB. 12 B Proces indukcji elektromagnetycznej przebiega w kierunku przeciwnym do działającej przyczyny Prąd indukowany w przewodniku pod wpływem zmiennego strumienia pola magnetycznego ma taki zwrot, że wytworzone przez niego wtórne pole magnetyczne przeciwdziała przyczynie (zmianie strumienia pola B). 13 Wsuwanie magnesu do pętli z przewodnika powoduje wyindukowanie w przewodniku prądu wytwarzającego pole magnetyczne przeciwne do pola magnesu – magnes jest wypychany Wysuwanie magnesu z pętli z przewodnika powoduje wyindukowanie w przewodniku prądu wytwarzającego pole magnetyczne zgodnego z polem magnesu – magnes jest wciągany 14 Zmienne pole B powoduje powstanie wewnątrz obręczy z przewodnika pola E stycznego do obręczy. Na ładunki wewnątrz obręczy działa siła: FE qE Praca siły FE na przemieszcznie ładunku wokół obręczy: W qE 2r q E 2r czyli E ds Strumień pola B przez obręcz: Z prawa indukcji Faraday’a: B BA Br 2 d B dt d B E ds dt 15 pętla N – ilość uzwojeń A – pole powierzchni pojedyńczego uzwojenia pierścienie wirnik zewnętrzny szczotki obwód zewnętrzny Pętla z przewodnika obracająca się pod wpływem zewnętrznej siły w polu magnetycznym generuje sinusoidalnie zmienną SEM. B NBA cos NBA cos t d B NBA sin t dt max NBA 16 Po zwarciu klucza, prąd narasta i powoduje powstanie zmiennego strumienia pola B i w efekcie wyindukowanie SEM przeciwdziałającej narastaniu prądu. Zjawisko to nazywamy indukcją własną obwodu (samoindukcją) Cewka (solenoid o N zwojach) I rośnie I maleje SEM powstała w wyniku zjawiska indukcji własnej jest proporcjonalna do szybkości zmian prądu: d B dI N L dt dt Współczynnik indukcji własnej cewki (solenoidu) o N zwojach N B L I 17 Dwie cewki o liczbach zwojów N1 i N2 przez które płyną prądy odpowiednio I1 i I2 Współczynnik indukcji wzajemnej cewki 2 względem cewki 1: N12 M 12 I SEM indukowana w cewce 2: d12 d M 12 I1 dI1 2 N2 N2 M 12 dt dt N 2 dt SEM indukowana w cewce 1: 12 -strumień pola B pochodzącego od cewki 1 przechodzący przez cewkę 2 1 M 21 dI 2 dt dI 2 1 M dt M12 M 21 M dI1 2 M dt SEM indukowana w jednej cewce jest proporcjonalna do szybkości zmian natężenia prądu w drugiej 18 transformator ładowarka bezprzewodowa 19
