การประยุกต์ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในเทคโนโลยีสมัยใหม่

วันนี้เราจะมาพูดถึงปรากฏการณ์นี้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า. ให้เราเปิดเผยว่าเหตุใดปรากฏการณ์นี้จึงถูกค้นพบและมีประโยชน์อะไรบ้าง

ผ้าไหม

ผู้คนมุ่งมั่นที่จะมีชีวิตที่ดีขึ้นมาโดยตลอด บางคนอาจคิดว่านี่เป็นเหตุผลที่จะกล่าวหาว่ามนุษยชาติมีความโลภ แต่บ่อยครั้งที่เรากำลังพูดถึงการได้รับสิ่งอำนวยความสะดวกขั้นพื้นฐานในครัวเรือน

ในยุโรปยุคกลาง พวกเขารู้วิธีทำผ้าขนสัตว์ ผ้าฝ้าย และผ้าลินิน และแม้ในขณะนั้นผู้คนต้องทนทุกข์ทรมานจากหมัดและเหาที่มากเกินไป ในเวลาเดียวกัน อารยธรรมจีนได้เรียนรู้วิธีทอผ้าไหมอย่างเชี่ยวชาญแล้ว เสื้อผ้าที่ทำจากมันช่วยป้องกันตัวดูดเลือดให้ห่างจากผิวหนังมนุษย์ ขาของแมลงเลื่อนไปบนผ้าเรียบๆ และเหาก็หลุดออกไป ดังนั้นชาวยุโรปจึงต้องการแต่งกายด้วยผ้าไหมไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม และพ่อค้าก็คิดว่านี่เป็นโอกาสที่จะร่ำรวยอีกครั้งหนึ่ง จึงได้มีการสร้างเส้นทางสายไหมอันยิ่งใหญ่ขึ้น

นี่เป็นวิธีเดียวที่จะส่งมอบผ้าที่ต้องการให้กับยุโรปที่ทุกข์ทรมาน และคนจำนวนมากมีส่วนร่วมในกระบวนการที่เมืองเกิดขึ้น จักรวรรดิต่อสู้เพื่อสิทธิในการเก็บภาษี และบางส่วนของเส้นทางยังคงเป็นเส้นทางที่ยิ่งใหญ่ที่สุด วิธีที่สะดวกไปถูกที่แล้ว

เข็มทิศและดวงดาว

ภูเขาและทะเลทรายยืนขวางทางคาราวานด้วยผ้าไหม บังเอิญว่าลักษณะของพื้นที่ยังคงเหมือนเดิมเป็นเวลาหลายสัปดาห์และหลายเดือน เนินทรายบริภาษหลีกทางให้กับเนินเขาที่คล้ายกัน ทางหนึ่งผ่านไปอีกทางหนึ่ง และผู้คนต้องนำทางเพื่อส่งสินค้าอันมีค่าของตน

ดวงดาวเป็นคนแรกที่เข้ามาช่วยเหลือ เมื่อรู้ว่าวันนี้เป็นวันอะไร และคาดว่าจะเห็นกลุ่มดาวอะไร นักเดินทางที่มีประสบการณ์จึงสามารถระบุได้ว่าทิศใต้อยู่ที่ไหน ทิศตะวันออกอยู่ที่ไหน และจะไปที่ไหน แต่กลับมีคนมีความรู้ไม่เพียงพอเสมอไป และพวกเขาไม่รู้ว่าจะนับเวลาอย่างไรให้แม่นยำในตอนนั้น พระอาทิตย์ตก พระอาทิตย์ขึ้น - นั่นคือจุดสังเกตทั้งหมด และมีหิมะหรือพายุทราย สภาพอากาศที่มีเมฆมากไม่รวมถึงความเป็นไปได้ที่จะเห็นดาวขั้วโลกด้วยซ้ำ

จากนั้นผู้คน (อาจเป็นคนจีนโบราณ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงโต้เถียงเกี่ยวกับเรื่องนี้) ตระหนักว่าแร่ธาตุหนึ่งชนิดมักจะอยู่ในลักษณะที่แน่นอนซึ่งสัมพันธ์กับจุดสำคัญ คุณสมบัตินี้ถูกใช้เพื่อสร้างเข็มทิศดวงแรก การค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังอีกยาวไกล แต่ก็มีการเริ่มต้นเกิดขึ้นแล้ว

จากเข็มทิศสู่แม่เหล็ก

ชื่อ "แม่เหล็ก" เองก็กลับไปเป็นชื่อที่อยู่ด้านบน วงเวียนวงแรกอาจทำจากแร่ที่ขุดได้ในเนินเขาแมกนีเซีย ภูมิภาคนี้ตั้งอยู่ในเอเชียไมเนอร์ และแม่เหล็กก็ดูเหมือนหินสีดำ

วงเวียนแรกนั้นมีความดั้งเดิมมาก น้ำถูกเทลงในชามหรือภาชนะอื่นๆ และมีแผ่นวัสดุลอยน้ำบางๆ วางอยู่ด้านบน และวางลูกศรแม่เหล็กไว้ที่กึ่งกลางของดิสก์ ปลายด้านหนึ่งชี้ไปทางทิศเหนือเสมอ และอีกด้านหันไปทางทิศใต้

ยากที่จะจินตนาการว่าคาราวานช่วยประหยัดน้ำไว้สำหรับเข็มทิศในขณะที่ผู้คนกระหายน้ำ แต่การอยู่ในแนวทางเดิมและปล่อยให้ผู้คน สัตว์ และสิ่งของต่างๆ เข้าถึงความปลอดภัยมีความสำคัญมากกว่าชีวิตของแต่ละคน

วงเวียนได้เดินทางหลายครั้งและพบกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ ไม่น่าแปลกใจเลยที่ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบในยุโรป แม้ว่าแร่แม่เหล็กจะถูกขุดครั้งแรกในเอเชียก็ตาม ด้วยวิธีที่ซับซ้อนนี้ ความปรารถนาของชาวยุโรปที่จะนอนหลับสบายยิ่งขึ้น นำไปสู่การค้นพบครั้งสำคัญในวิชาฟิสิกส์

แม่เหล็กหรือไฟฟ้า?

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการผลิตไฟฟ้ากระแสตรง แบตเตอรี่ดั้งเดิมก้อนแรกถูกสร้างขึ้น ก็เพียงพอแล้วที่จะส่งกระแสอิเล็กตรอนผ่านตัวนำโลหะ ต้องขอบคุณแหล่งไฟฟ้าแหล่งแรก จึงมีการค้นพบมากมาย

ในปี ค.ศ. 1820 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด พบว่าเข็มแม่เหล็กเบี่ยงเบนไปใกล้ตัวนำที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย ขั้วบวกของเข็มทิศจะอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนเสมอโดยสัมพันธ์กับทิศทางของกระแส นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองในรูปทรงเรขาคณิตที่เป็นไปได้ทั้งหมด: ตัวนำอยู่เหนือหรือใต้ลูกศรโดยวางขนานหรือตั้งฉาก ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิมเสมอ: การเปิดกระแสไฟจะทำให้แม่เหล็กเคลื่อนที่ นี่คือวิธีที่คาดว่าจะมีการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

แต่ความคิดของนักวิทยาศาสตร์ต้องได้รับการยืนยันจากการทดลอง ทันทีหลังจากการทดลองของเออร์สเตด ไมเคิล ฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษถามคำถามว่า: “สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีอิทธิพลซึ่งกันและกันหรือมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดมากขึ้น?” นักวิทยาศาสตร์เป็นคนแรกที่ทดสอบสมมติฐานที่ว่าหากสนามไฟฟ้าทำให้วัตถุที่ถูกแม่เหล็กเบี่ยงเบนไป แม่เหล็กก็ควรสร้างกระแสไฟฟ้า

การออกแบบการทดลองนั้นเรียบง่าย ตอนนี้เด็กนักเรียนคนไหนก็สามารถทำซ้ำได้ ลวดโลหะบางๆ ถูกขดเป็นรูปสปริง ปลายของมันเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่บันทึกกระแส เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ใกล้ขดลวด ลูกศรของอุปกรณ์จะแสดงแรงดันไฟฟ้า สนามไฟฟ้า. ดังนั้นจึงได้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์มา

ความต่อเนื่องของการทดลอง

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมดที่นักวิทยาศาสตร์ทำ เนื่องจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด จึงจำเป็นต้องค้นหาว่ามีความเกี่ยวข้องกันมากเพียงใด

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ฟาราเดย์จ่ายกระแสให้กับขดลวดหนึ่งและดันเข้าไปในขดลวดที่คล้ายกันอีกอันโดยมีรัศมีใหญ่กว่าครั้งแรก เกิดไฟฟ้าดับอีกครั้งหนึ่ง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพิสูจน์ว่า: ประจุที่เคลื่อนที่สร้างทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในเวลาเดียวกัน

เป็นการเน้นย้ำว่าเรากำลังพูดถึงการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กหรือ สนามแม่เหล็กภายในวงจรปิดของสปริง นั่นก็คือกระแสต้องเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา หากไม่เกิดขึ้น จะไม่มีกระแสเกิดขึ้น

สูตร

กฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงโดยสูตร

มาถอดรหัสสัญลักษณ์กัน

ε ย่อมาจาก emf หรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า ปริมาณนี้เป็นสเกลาร์ (ไม่ใช่เวกเตอร์) และแสดงให้เห็นการทำงานของพลังบางอย่างหรือกฎธรรมชาติที่ใช้ในการสร้างกระแส ควรสังเกตว่างานจะต้องดำเนินการโดยปรากฏการณ์ที่ไม่ใช้ไฟฟ้า

Φ คือฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงปิด ค่านี้เป็นผลคูณของอีกสองค่า: ขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และพื้นที่ของวงปิด หากสนามแม่เหล็กไม่ได้ตั้งฉากกับเส้นขอบอย่างเคร่งครัด โคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์ B และเส้นปกติของพื้นผิวจะถูกเพิ่มเข้าไปในผลิตภัณฑ์

ผลที่ตามมาจากการค้นพบ

กฎหมายนี้ตามมาด้วยกฎหมายอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์คนต่อมาได้กำหนดความขึ้นอยู่กับความเข้มของกระแสไฟฟ้าต่อกำลังและความต้านทานของวัสดุตัวนำ มีการศึกษาคุณสมบัติใหม่และสร้างโลหะผสมที่น่าทึ่งขึ้น ในที่สุด มนุษยชาติก็ถอดรหัสโครงสร้างของอะตอม เจาะลึกความลึกลับของการกำเนิดและการตายของดวงดาว และเปิดเผยจีโนมของสิ่งมีชีวิต

และความสำเร็จทั้งหมดนี้ต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมหาศาล และเหนือสิ่งอื่นใดคือไฟฟ้า การผลิตใดๆหรือขนาดใหญ่ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ดำเนินการโดยมีองค์ประกอบสามประการ: บุคลากรที่มีคุณสมบัติ วัสดุที่ใช้ในการทำงาน และไฟฟ้าราคาถูก

และนี่เป็นไปได้ที่แรงธรรมชาติสามารถส่งแรงบิดขนาดใหญ่ให้กับโรเตอร์ เช่น แม่น้ำที่มีระดับความสูงต่างกันมาก หุบเขาที่มีลมแรง ข้อบกพร่องที่มีพลังงานธรณีแม่เหล็กมากเกินไป

ฉันสงสัยว่า วิธีการที่ทันสมัยการได้รับกระแสไฟฟ้าไม่ได้แตกต่างโดยพื้นฐานจากการทดลองของฟาราเดย์ โรเตอร์แม่เหล็กหมุนเร็วมากภายในแกนลวดขนาดใหญ่ สนามแม่เหล็กในขดลวดเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น

แน่นอนว่าเลือกและ วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับแม่เหล็กและตัวนำ และเทคโนโลยีของกระบวนการทั้งหมดแตกต่างอย่างสิ้นเชิง แต่ประเด็นก็คือสิ่งหนึ่ง: มีการใช้หลักการที่ค้นพบในระบบที่ง่ายที่สุด

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้เพื่อแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าเป็นหลัก เพื่อจุดประสงค์นี้พวกเขาจะถูกนำมาใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่ง่ายที่สุดคือโครงลวดที่หมุนอย่างสม่ำเสมอด้วยความเร็วเชิงมุม w=constในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอพร้อมการเหนี่ยวนำ ใน(รูปที่ 4.5) ฟลักซ์เหนี่ยวนำแม่เหล็กเจาะเฟรมพร้อมพื้นที่ สมีค่าเท่ากัน

เมื่อเฟรมหมุนสม่ำเสมอ มุมการหมุน , ความถี่การหมุนอยู่ที่ไหน แล้ว

ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า EMF ที่เกิดขึ้นในกรอบการหมุนของมันคือ

หากคุณเชื่อมต่อโหลด (ผู้ใช้ไฟฟ้า) เข้ากับที่หนีบเฟรมโดยใช้อุปกรณ์หน้าสัมผัสแปรง กระแสสลับจะไหลผ่าน
สำหรับ การผลิตภาคอุตสาหกรรมไฟฟ้าถูกใช้ในโรงไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส(เครื่องกำเนิดเทอร์โบ หากสถานีเป็นแบบใช้ความร้อนหรือนิวเคลียร์ และเครื่องเติมไฮโดรเจน หากสถานีเป็นแบบไฮดรอลิก) เรียกว่าส่วนที่อยู่กับที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส สเตเตอร์และหมุน- โรเตอร์(รูปที่ 4.6) โรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขดลวดกระแสตรง (ขดลวดกระตุ้น) และเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลัง กระแสตรงที่จ่ายให้กับสนามที่คดเคี้ยวผ่านอุปกรณ์หน้าสัมผัสแปรงจะทำให้โรเตอร์เป็นแม่เหล็ก และเกิดแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขั้วเหนือและขั้วใต้
มีขดลวดกระแสสลับสามเส้นที่อยู่บนสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งจะเลื่อนสัมพันธ์กัน 120 0 และเชื่อมต่อกันตามวงจรการเชื่อมต่อเฉพาะ
เมื่อโรเตอร์ที่ตื่นเต้นหมุนด้วยความช่วยเหลือของกังหันไอน้ำหรือไฮดรอลิก ขั้วของมันจะผ่านไปใต้ขดลวดสเตเตอร์ และแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปตามกฎฮาร์มอนิกจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิด จากนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับโหนดปริมาณการใช้ไฟฟ้าตามแผนภาพเครือข่ายไฟฟ้าบางอย่าง
หากคุณถ่ายโอนไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของสถานีไปยังผู้บริโภคผ่านสายไฟโดยตรง (ที่แรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งค่อนข้างต่ำ) การสูญเสียพลังงานและแรงดันไฟฟ้าจำนวนมากจะเกิดขึ้นในเครือข่าย (ให้ความสนใจกับอัตราส่วน , ) ดังนั้นเพื่อการขนส่งไฟฟ้าอย่างประหยัดจึงจำเป็นต้องลดความแรงของกระแสไฟฟ้าลง แต่เนื่องจากกำลังส่งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าจึงต้องเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่กระแสไฟฟ้าลดลง
ในทางกลับกันผู้ใช้ไฟฟ้าจำเป็นต้องลดแรงดันไฟฟ้าลงให้อยู่ในระดับที่ต้องการ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามจำนวนครั้งที่กำหนดเรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้า. การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย

พิจารณาหลักการทำงานของหม้อแปลงสองขดลวด (รูปที่ 4.7) เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ จะมีสนามแม่เหล็กสลับที่มีการเหนี่ยวนำปรากฏขึ้นรอบๆ ในซึ่งการไหลก็มีตัวแปรเช่นกัน . แกนหม้อแปลงทำหน้าที่ควบคุมฟลักซ์แม่เหล็ก (ความต้านทานแม่เหล็กของอากาศสูง) ฟลักซ์แม่เหล็กสลับที่ปิดผ่านแกนกลาง เหนี่ยวนำให้เกิด EMF สลับในแต่ละขดลวด:

แล้ว ยู หม้อแปลงไฟฟ้าที่ทรงพลังความต้านทานของขดลวดมีค่าน้อยมาก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิจึงเท่ากับ EMF โดยประมาณ:

ที่ไหน เค –อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง ที่ k1 () หม้อแปลงไฟฟ้าคือ ลง.
เมื่อเชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิของโหลดหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าไป ด้วยการใช้ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นตามกฎหมายการอนุรักษ์พลังงานพลังงานที่จ่ายโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของสถานีควรเพิ่มขึ้นเช่น

ที่ไหน

ซึ่งหมายความว่าโดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า เคเท่าสามารถลดความแรงของกระแสในวงจรได้เป็นจำนวนเท่าเดิม (ขณะเดียวกันการสูญเสียจูลลดลง เค 2ครั้งหนึ่ง).

ข้อสรุปโดยย่อ

1. ปรากฏการณ์การเกิด EMF ในวงจรตัวนำไฟฟ้าแบบปิดซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กสลับเรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

2. ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรตัวนำแบบปิดจะมีค่าเท่ากันและตรงกันข้ามกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้:

เครื่องหมายลบสะท้อนให้เห็นถึงกฎของ Lenz: เมื่อการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในส่วนหลังในทิศทางที่สนามแม่เหล็กของมันต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอก

สาระสำคัญของปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านั้นไม่ได้อยู่ที่ลักษณะของกระแสเหนี่ยวนำมากนัก แต่อยู่ในลักษณะของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนถูกสร้างขึ้นโดยสนามแม่เหล็กสลับ ต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตตรงที่สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนไม่มีศักย์ไฟฟ้า เส้นสนามของมันจะปิดอยู่เสมอ เช่นเดียวกับเส้นสนามแม่เหล็ก

ส่งผลงานดีๆ ของคุณในฐานความรู้ได้ง่ายๆ ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง

โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru/

การแนะนำ

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ขั้นตอนแรกและสำคัญที่สุดในการค้นพบปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้านใหม่นี้เกิดขึ้นโดยผู้ก่อตั้งแนวคิดเรื่องสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในโลก - Michael Faraday (1791-1867) . ฟาราเดย์มั่นใจอย่างยิ่งในความสามัคคีของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ไม่นานหลังจากการค้นพบของเออร์สเตด เขาได้เขียนไว้ในไดอารี่ของเขา (พ.ศ. 2364) ว่า "แปลงแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า" ตั้งแต่นั้นมา ฟาราเดย์ก็ไม่เคยหยุดคิดถึงปัญหานี้เลย พวกเขาบอกว่าเขาพกแม่เหล็กไว้ในกระเป๋าเสื้ออยู่ตลอดเวลา ซึ่งควรจะเตือนเขาถึงงานที่ทำอยู่ สิบปีต่อมาในปี พ.ศ. 2374 ผลก็คือ การทำงานอย่างหนักและศรัทธาในความสำเร็จงานก็ได้รับการแก้ไข เขาค้นพบสิ่งที่เป็นรากฐานของการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าทุกแห่งในโลก ซึ่งแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า แหล่งที่มาอื่นๆ: เซลล์กัลวานิก เทอร์โม และโฟโตเซลล์ให้ส่วนแบ่งพลังงานที่สร้างขึ้นเพียงเล็กน้อย

กระแสไฟฟ้า ฟาราเดย์สามารถดึงดูดวัตถุเหล็กได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เพียงวางแท่งเหล็กไว้ภายในขดลวด ในทางกลับกัน แม่เหล็กไม่สามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้นหรือเปลี่ยนขนาดของมันได้หรือ? เป็นเวลานานไม่พบสิ่งใด

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

คำแถลงโดย Signors Nobili และ Antinori จากนิตยสาร "แอนโตโลเกีย"

« เมื่อเร็วๆ นี้ นายฟาราเดย์ได้ค้นพบปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าไดนามิกประเภทใหม่ เขานำเสนอบันทึกเกี่ยวกับเรื่องนี้ต่อ Royal Society of London แต่บันทึกนี้ยังไม่ได้ตีพิมพ์ เรารู้เกี่ยวกับเขาเป็นเพียงบันทึกที่รายงานโดยนายกChette จาก Academy of Sciences ในปารีส26 ธันวาคม พ.ศ. 2374บนพื้นฐานของจดหมายที่เขาได้รับจากนายฟาราเดย์เอง

ข้อความนี้กระตุ้นให้ Cavalier Antinori และตัวฉันเองทำการทดลองพื้นฐานซ้ำทันทีและศึกษาจากมุมมองต่างๆ เรายกย่องตนเองด้วยความหวังว่าผลลัพธ์ที่เราได้มานั้นจะเกิดขึ้น คุณค่าที่ทราบดังนั้นเราจึงรีบเผยแพร่โดยไม่ต้องมีเลยก่อนหน้าวัสดุ ยกเว้นหมายเหตุที่ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นในการวิจัยของเรา»

“บันทึกของนายฟาราเดย์” ดังข้อความที่กล่าวไว้ “แบ่งออกเป็นสี่ส่วน

ในตอนแรก มีชื่อว่า "การกระตุ้นของไฟฟ้ากัลวานิก" เราพบสิ่งต่อไปนี้ ข้อเท็จจริงหลัก: กระแสไฟฟ้ากัลวานิกที่ไหลผ่านลวดโลหะจะผลิตกระแสไฟฟ้าอีกตัวหนึ่งในลวดที่กำลังเข้าใกล้ กระแสที่สองอยู่ตรงข้ามกับกระแสแรกและคงอยู่เพียงชั่วขณะเดียว หากกระแสที่น่าตื่นเต้นถูกลบออก กระแสจะปรากฏขึ้นในสายไฟภายใต้อิทธิพลของมันซึ่งตรงกันข้ามกับกระแสที่เกิดขึ้นในกรณีแรกนั่นคือ ไปในทิศทางเดียวกับกระแสที่น่าตื่นเต้น

ส่วนที่สองของบันทึกความทรงจำพูดถึงกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากแม่เหล็ก นายฟาราเดย์ได้ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการนำขดลวดเข้าใกล้แม่เหล็กมากขึ้น เมื่อขดลวดถูกถอดออก กระแสน้ำในทิศทางตรงกันข้ามก็เกิดขึ้น กระแสน้ำเหล่านี้กระทำอย่างแรงต่อกัลวาโนมิเตอร์และไหลผ่านน้ำเกลือและสารละลายอื่นๆ แม้ว่าจะเล็กน้อยก็ตาม ตามมาว่านักวิทยาศาสตร์คนนี้ใช้แม่เหล็กกระตุ้นกระแสไฟฟ้าที่ค้นพบโดยคุณแอมแปร์

ส่วนที่สามของบันทึกความทรงจำเกี่ยวข้องกับสถานะทางไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน ซึ่งนายฟาราเดย์เรียกว่าสถานะทางไฟฟ้า

ส่วนที่สี่พูดถึงประสบการณ์ที่แปลกประหลาดแต่เป็นของมิสเตอร์อาราโก ดังที่ทราบกันดีว่าการทดลองนี้ประกอบด้วยความจริงที่ว่าเข็มแม่เหล็กหมุนภายใต้อิทธิพลของแผ่นโลหะที่หมุนได้ เขาพบว่าเมื่อจานโลหะหมุนภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าสามารถปรากฏในปริมาณที่เพียงพอที่จะสร้างเครื่องจักรไฟฟ้าใหม่จากจาน

ทฤษฎีสมัยใหม่ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ ตัวมันเอง สนามแม่เหล็กไม่สามารถทำให้เกิดสนามไฟฟ้าได้หรือ? ฟาราเดย์ค้นพบจากการทดลองว่าเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรปิดเปลี่ยนแปลง กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในนั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่าการเหนี่ยวนำ พูดอย่างเคร่งครัด เมื่อวงจรเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้านั้นไม่ได้ถูกสร้างขึ้น แต่เป็น EMF ที่แน่นอน การศึกษาโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดใด ๆ เท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้โดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม

แรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรเป็นผลมาจากการกระทำของแรงภายนอก เช่น แรงที่มิใช่แหล่งกำเนิดไฟฟ้า เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก บทบาทของแรงภายนอกจะถูกเล่นโดยแรง Lorentz ภายใต้อิทธิพลของประจุที่ถูกแยกออกจากกัน ซึ่งเป็นผลมาจากความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ปลายของตัวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำแสดงลักษณะของงานที่ทำเพื่อเคลื่อนย้ายประจุบวกหนึ่งประจุไปตามตัวนำ

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หากคุณหมุนโครงลวดอย่างสม่ำเสมอในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ กระแสเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้น และเปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ แม้แต่เฟรมเดียวที่หมุนในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอก็ยังสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับได้

การศึกษาเชิงทดลองปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ลองพิจารณาการทดลองคลาสสิกของฟาราเดย์ด้วยความช่วยเหลือในการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า:

เมื่อแม่เหล็กถาวรเคลื่อนที่ เส้นแรงจะตัดกับการหมุนของขดลวด และเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น ดังนั้นเข็มกัลวาโนมิเตอร์จึงเบี่ยงเบนไป การอ่านค่าของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กและจำนวนรอบของขดลวด

ในการทดลองนี้ เราส่งกระแสผ่านขดลวดที่ 1 ซึ่งทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก และเมื่อขดลวดที่ 2 เคลื่อนที่ภายในขดลวดที่ 1 จะเกิดจุดตัดกัน เส้นแม่เหล็กดังนั้นกระแสเหนี่ยวนำจึงเกิดขึ้น

เมื่อทำการทดลองครั้งที่ 2 บันทึกไว้ว่าในขณะที่สวิตช์เปิดอยู่ลูกศรของอุปกรณ์เบี่ยงเบนและแสดงค่า EMF จากนั้นลูกศรก็กลับสู่ตำแหน่งเดิม เมื่อปิดสวิตช์ลูกศรจะเบี่ยงเบนอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางอื่นและแสดงค่า EMF จากนั้นจึงกลับสู่ตำแหน่งเดิม เมื่อเปิดสวิตช์ กระแสจะเพิ่มขึ้น แต่มีแรงบางอย่างเกิดขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้น แรงนี้เหนี่ยวนำตัวเอง ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัวเอง ในขณะที่ปิดเครื่อง สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้น มีเพียงทิศทางของ EMF เท่านั้นที่เปลี่ยนไป ดังนั้นลูกศรของอุปกรณ์จึงเบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงกันข้าม

ประสบการณ์นี้แสดงให้เห็นว่า EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อขนาดและทิศทางของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน สิ่งนี้พิสูจน์ว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำซึ่งสร้างขึ้นเองคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส

ภายในหนึ่งเดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณลักษณะที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งที่เหลืออยู่คือการให้กฎหมายมีรูปแบบเชิงปริมาณที่เข้มงวดและเปิดเผยลักษณะทางกายภาพของปรากฏการณ์อย่างสมบูรณ์ ฟาราเดย์เองก็เข้าใจสิ่งทั่วไปที่การปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับการทดลองที่ภายนอกดูแตกต่างออกไป

ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้เปลี่ยนแปลงไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

และยิ่งจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไร กระแสที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นไม่แยแสเลย

นี่อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะตัวนำที่อยู่กับที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในขดลวดข้างเคียง หรือการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงจรในลักษณะไม่สม่ำเสมอ สนามแม่เหล็กความหนาแน่นของเส้นที่แตกต่างกันไปในอวกาศ

กฎของเลนซ์

กระแสเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นในตัวนำจะเริ่มโต้ตอบกับกระแสหรือแม่เหล็กที่สร้างขึ้นทันที ถ้าแม่เหล็ก (หรือขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้า) ถูกดึงเข้าใกล้ตัวนำปิด กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นใหม่พร้อมกับสนามแม่เหล็กของมันจะผลักแม่เหล็ก (ขดลวด) ออกไป จะต้องทำงานให้เสร็จเพื่อให้แม่เหล็กและคอยล์อยู่ใกล้กัน เมื่อดึงแม่เหล็กออก จะเกิดแรงดึงดูด ปฏิบัติตามกฎนี้อย่างเคร่งครัด ลองนึกภาพถ้าสิ่งต่างๆ แตกต่างออกไป คุณดันแม่เหล็กเข้าหาขดลวด และแม่เหล็กจะพุ่งเข้าไปข้างในโดยอัตโนมัติ ในกรณีนี้จะละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงาน ท้ายที่สุดแล้วพลังงานกลของแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นและในเวลาเดียวกันก็จะมีกระแสเกิดขึ้นซึ่งในตัวมันเองต้องใช้ค่าใช้จ่ายพลังงานเนื่องจากกระแสก็สามารถทำงานได้เช่นกัน กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในกระดองเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ทำให้การหมุนของกระดองช้าลง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมในการหมุนกระดองต้องทำงานให้เสร็จความแรงของกระแสก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากงานนี้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าหากสนามแม่เหล็กของโลกของเรามีขนาดใหญ่มากและไม่เป็นเนื้อเดียวกันสูง การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของวัตถุตัวนำบนพื้นผิวและในชั้นบรรยากาศจะเป็นไปไม่ได้เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของกระแสที่เกิดขึ้นในร่างกายด้วยสิ่งนี้ สนาม. ศพจะเคลื่อนไหวราวกับอยู่ในตัวกลางที่มีความหนืดหนาแน่นและจะร้อนมาก ทั้งเครื่องบินและจรวดไม่สามารถบินได้ บุคคลไม่สามารถขยับแขนหรือขาอย่างรวดเร็วได้เนื่องจาก ร่างกายมนุษย์- คำแนะนำที่ดี

หากขดลวดที่กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นอยู่กับที่โดยสัมพันธ์กับขดลวดที่อยู่ติดกันซึ่งมีกระแสสลับเช่นในหม้อแปลงไฟฟ้า ในกรณีนี้ ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยกฎการอนุรักษ์พลังงาน กระแสนี้มักจะมุ่งไปในลักษณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นมีแนวโน้มที่จะลดการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดปฐมภูมิ

การผลักหรือแรงดึงดูดของแม่เหล็กด้วยขดลวดขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำที่อยู่ในนั้น ดังนั้นกฎการอนุรักษ์พลังงานจึงช่วยให้เราสามารถกำหนดกฎที่กำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำได้ อะไรคือความแตกต่างระหว่างการทดลองทั้งสอง: นำแม่เหล็กเข้าใกล้ขดลวดแล้วขยับออกไป? ในกรณีแรก ฟลักซ์แม่เหล็ก (หรือจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะรอบขดลวด) จะเพิ่มขึ้น (รูปที่ a) และในกรณีที่สองจะลดลง (รูปที่ b) ยิ่งไปกว่านั้น ในกรณีแรก เส้นเหนี่ยวนำ B" ของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดจะออกมาจากปลายด้านบนของขดลวด เนื่องจากขดลวดจะผลักแม่เหล็ก และในกรณีที่สอง บน ตรงกันข้าม พวกเขาเข้าสู่จุดสิ้นสุดนี้ เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในรูปแสดงด้วยเส้นประ .

ตอนนี้เรามาถึงสิ่งสำคัญ: ด้วยการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของขดลวดกระแสเหนี่ยวนำจะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะป้องกันการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของขดลวด ท้ายที่สุดแล้ว เวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามนี้จะพุ่งตรงกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนาม ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า หากฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวดอ่อนลง กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำ ซึ่งจะเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของขดลวด

นี่คือสาระสำคัญของกฎทั่วไปในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำซึ่งใช้ได้ในทุกกรณี กฎนี้ตั้งขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย E.X. Lentz (1804-1865)

ตามกฎของ Lenz กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดมีทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรมีแนวโน้มที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ที่กระแสนี้สร้างขึ้น หรือกระแสเหนี่ยวนำมีทิศทางไปรบกวนสาเหตุที่ทำให้เกิด

ในกรณีของตัวนำยิ่งยวด การชดเชยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกจะเสร็จสมบูรณ์ ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรตัวนำยิ่งยวดจะไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาภายใต้สภาวะใดๆ

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์เหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การทดลองของฟาราเดย์พบว่าความแรงของกระแสเหนี่ยวนำ ฉัน i ในวงจรตัวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงในจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ทะลุพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ ข้อความนี้สามารถกำหนดได้แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้แนวคิดเรื่องฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กถูกตีความอย่างชัดเจนว่าเป็นจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ทะลุพื้นผิวด้วยพื้นที่ ส. ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงของจำนวนนี้จึงไม่มีอะไรมากไปกว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก หากในช่วงเวลาสั้นๆ D ทีฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนเป็น D เอฟแล้วอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะเท่ากัน

ดังนั้น ข้อความที่ต่อจากประสบการณ์ตรงจึงสามารถกำหนดได้ดังนี้

ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยเส้นขอบ:

ให้เราระลึกว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจรเมื่อแรงภายนอกกระทำต่อประจุอิสระ งานที่ทำโดยกองกำลังเหล่านี้เมื่อเคลื่อนที่ประจุบวกหนึ่งประจุไปตามวงปิดเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยรูปร่าง แรงภายนอกจะปรากฏขึ้นในนั้น การกระทำที่มีลักษณะเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เรามาแสดงด้วยตัวอักษรกันดีกว่า อีฉัน.

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดขึ้นโดยเฉพาะสำหรับ EMF ไม่ใช่สำหรับกระแสไฟฟ้า ด้วยสูตรนี้ กฎหมายจะแสดงสาระสำคัญของปรากฏการณ์ โดยไม่ขึ้นกับคุณสมบัติของตัวนำที่เกิดกระแสเหนี่ยวนำ

ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (EMF) แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดจะมีขนาดเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวง:

จะคำนึงถึงทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (หรือสัญลักษณ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ) ในกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าตามกฎของ Lenz ได้อย่างไร

รูปภาพแสดงโครงร่างแบบปิด เราจะถือว่าทิศทางการเคลื่อนที่ของวงจรทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก เส้นปกติของเส้นขอบจะสร้างสกรูด้านขวาโดยมีทิศทางของบายพาส สัญลักษณ์ของ EMF เช่น งานเฉพาะ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงภายนอกที่เกี่ยวข้องกับทิศทางของวงจรบายพาส

หากคำแนะนำเหล่านี้ตรงกันล่ะก็ อีฉัน > 0 และตามลำดับ ฉัน i > 0 มิฉะนั้น emf และกระแสจะเป็นลบ

ปล่อยให้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กภายนอกพุ่งไปตามเส้นปกติไปยังเส้นขอบและเพิ่มขึ้นตามเวลา แล้ว เอฟ> 0 และ > 0 ตามกฎของ Lenz กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก เอฟ" < 0. Линии индукции บี" สนามแม่เหล็กของกระแสเหนี่ยวนำจะแสดงในรูปที่มีเส้นประ ดังนั้น กระแสเหนี่ยวนำ ฉัน i ถูกกำหนดทิศทางตามเข็มนาฬิกา (ตรงข้ามกับทิศทางบวกของบายพาส) และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นเป็นลบ ดังนั้นกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องมีเครื่องหมายลบ:

ในระบบหน่วยสากล กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้เพื่อสร้างหน่วยของฟลักซ์แม่เหล็ก หน่วยนี้เรียกว่าเวเบอร์ (Wb)

เนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ อี i แสดงเป็นโวลต์ และเวลาเป็นวินาที จากนั้นจากกฎ EMR ของ Weber สามารถกำหนดได้ดังนี้:

ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงปิดจะเท่ากับ 1 Wb ถ้าฟลักซ์นี้ลดลงสม่ำเสมอจนเหลือศูนย์ใน 1 วินาที แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเท่ากับ 1 V จะปรากฏในลูป: 1 Wb = 1 V 1 s

การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

การแพร่ภาพกระจายเสียง

สนามแม่เหล็กสลับที่ถูกกระตุ้นโดยกระแสที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้าในพื้นที่โดยรอบ ซึ่งจะกระตุ้นสนามแม่เหล็ก ฯลฯ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้สร้างขึ้นจากกันและกันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับเดี่ยว - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นในบริเวณที่มีลวดพากระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายผ่านอวกาศด้วยความเร็วแสง -300,000 กม./วินาที

การบำบัดด้วยแม่เหล็ก

คลื่นวิทยุ แสง รังสีเอกซ์ และรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ครอบครองตำแหน่งที่แตกต่างกันในสเปกตรัมความถี่ โดยทั่วไปจะมีลักษณะเฉพาะด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ต่อเนื่องกัน

ซินโครฟาโซตรอน

ปัจจุบันสนามแม่เหล็กเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นรูปแบบพิเศษของสสารที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ ในฟิสิกส์ยุคใหม่ คานของอนุภาคที่มีประจุจะใช้ในการเจาะลึกเข้าไปในอะตอมเพื่อศึกษาพวกมัน แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่เรียกว่าแรงลอเรนซ์

เครื่องวัดอัตราการไหล-เคาน์เตอร์

วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้กฎของฟาราเดย์สำหรับตัวนำในสนามแม่เหล็ก: ในการไหลของของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก EMF จะถูกเหนี่ยวนำให้เป็นสัดส่วนกับความเร็วการไหล โดยแปลงโดยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เป็นไฟฟ้า สัญญาณอนาล็อก/ดิจิตอล

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

ในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระดองของเครื่องจะหมุนภายใต้อิทธิพลของแรงบิดภายนอก ระหว่างเสาสเตเตอร์จะมีฟลักซ์แม่เหล็กคงที่ซึ่งทะลุเกราะ ตัวนำของขดลวดกระดองเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กและดังนั้นจึงเกิด EMF ในนั้นซึ่งทิศทางสามารถกำหนดได้ตามกฎ " มือขวา"ในกรณีนี้ ศักย์เชิงบวกเกิดขึ้นบนแปรงอันหนึ่งสัมพันธ์กับอันที่สอง หากโหลดเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสจะไหลผ่านแปรงนั้น

ปรากฏการณ์ EMR ใช้กันอย่างแพร่หลายในหม้อแปลงไฟฟ้า มาดูอุปกรณ์นี้กันดีกว่า

ทรานส์ฟอร์มเมอร์ส

หม้อแปลงไฟฟ้า (จากภาษาละติน Transformero - การแปลงรูป) - อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบคงที่ซึ่งมีขดลวดคู่แบบเหนี่ยวนำตั้งแต่สองตัวขึ้นไปและออกแบบมาเพื่อการแปลงระบบกระแสสลับตั้งแต่หนึ่งระบบขึ้นไปให้กลายเป็นระบบกระแสสลับอื่น ๆ หนึ่งระบบหรือมากกว่านั้นผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ผู้ประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้าคือนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย P.N. ยาโบลชคอฟ (2390 - 2437) ในปี 1876 Yablochkov ใช้ขดลวดเหนี่ยวนำที่มีขดลวดสองเส้นเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเทียนไฟฟ้าที่เขาคิดค้น หม้อแปลงไฟฟ้าของ Yablochkov มีแกนเปิด หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแกนปิดซึ่งคล้ายกับที่ใช้ในปัจจุบันปรากฏในภายหลังมากในปี พ.ศ. 2427 ด้วยการประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้า ทำให้เกิดความสนใจทางเทคนิคเกี่ยวกับไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งไม่ได้ใช้จนกระทั่งถึงเวลานั้น

หม้อแปลงไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการส่งกำลัง พลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกลการกระจายระหว่างเครื่องรับตลอดจนการแก้ไขการขยายสัญญาณและอุปกรณ์อื่น ๆ

การแปลงพลังงานในหม้อแปลงไฟฟ้าทำได้โดยสนามแม่เหล็กสลับ หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นแกนที่ทำจากแผ่นเหล็กบาง ๆ ที่หุ้มฉนวนซึ่งกันและกัน โดยวางขดลวด (ขดลวด) ของลวดฉนวนสองเส้นและบางครั้งมากกว่านั้นไว้ ขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดที่เหลือเรียกว่าขดลวดทุติยภูมิ

หากขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงมีรอบการหมุนมากกว่าขดลวดปฐมภูมิถึงสามเท่า สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นในแกนกลางโดยขดลวดปฐมภูมิซึ่งข้ามรอบของขดลวดทุติยภูมิจะสร้างแรงดันไฟฟ้าสามเท่าในนั้น

ด้วยการใช้หม้อแปลงที่มีอัตราส่วนการหมุนกลับ คุณสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงได้อย่างง่ายดายเช่นกัน

ยูการจัดตำแหน่งของหม้อแปลงในอุดมคติ

หม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติคือหม้อแปลงไฟฟ้าที่ไม่มีการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการให้ความร้อนของขดลวด และไม่มีฟลักซ์การรั่วไหลจากขดลวด ในหม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติ เส้นแรงทุกเส้นผ่านทุกรอบของขดลวดทั้งสอง และเนื่องจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเท่ากันในแต่ละรอบ แรงเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมดที่เกิดขึ้นในขดลวดจึงเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบทั้งหมด หม้อแปลงดังกล่าวแปลงพลังงานขาเข้าทั้งหมดจากวงจรปฐมภูมิให้เป็นสนามแม่เหล็กแล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานของวงจรทุติยภูมิ ในกรณีนี้ พลังงานที่เข้ามาจะเท่ากับพลังงานที่แปลงแล้ว:

โดยที่ P1 คือค่าปัจจุบันของพลังงานที่จ่ายให้กับหม้อแปลงที่มาจากวงจรหลัก

P2 คือค่าปัจจุบันของกำลังที่แปลงโดยหม้อแปลงที่เข้าสู่วงจรทุติยภูมิ

เมื่อรวมสมการนี้กับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ปลายขดลวดเราจะได้สมการของหม้อแปลงในอุดมคติ:

ดังนั้นเราจึงพบว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ปลายของขดลวดทุติยภูมิ U2 เพิ่มขึ้น กระแสวงจรทุติยภูมิ I2 จะลดลง

ในการแปลงความต้านทานของวงจรหนึ่งไปเป็นความต้านทานของอีกวงจรหนึ่ง คุณต้องคูณค่าด้วยกำลังสองของอัตราส่วน ตัวอย่างเช่น ความต้านทาน Z2 เชื่อมต่อกับปลายของขดลวดทุติยภูมิ ค่าที่ลดลงของวงจรหลักจะเป็น

กฎนี้ยังใช้กับวงจรทุติยภูมิด้วย:

การกำหนดบนไดอะแกรม

ในแผนภาพ หม้อแปลงไฟฟ้าถูกกำหนดดังนี้:

เส้นหนาตรงกลางสอดคล้องกับแกน 1 คือขดลวดปฐมภูมิ (โดยปกติจะอยู่ทางซ้าย) 2,3 คือขดลวดทุติยภูมิ จำนวนครึ่งวงกลมในการประมาณคร่าวๆ เป็นสัญลักษณ์ของจำนวนรอบของขดลวด (รอบมากขึ้น - มีครึ่งวงกลมมากขึ้น แต่ไม่มีสัดส่วนที่เข้มงวด)

การประยุกต์ใช้หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและชีวิตประจำวันเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ:

1. สำหรับการส่งและจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า

โดยทั่วไปในโรงไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะผลิตพลังงานไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้า 6-24 kV และจะให้ผลกำไรในการส่งไฟฟ้าในระยะทางไกลด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ามาก (110, 220, 330, 400, 500 และ 750 kV) . จึงมีการติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าแต่ละแห่งเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า

การจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าระหว่างสถานประกอบการอุตสาหกรรม การตั้งถิ่นฐานในเมืองและพื้นที่ชนบทตลอดจนภายในสถานประกอบการอุตสาหกรรมผลิตผ่านสายไฟเหนือศีรษะและสายเคเบิลที่แรงดันไฟฟ้า 220, 110, 35, 20, 10 และ 6 kV ดังนั้นจึงต้องติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าในทุกจุดจำหน่าย โดยลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 220, 380 และ 660 V

2. เพื่อให้มั่นใจว่า วงจรที่ต้องการการเปิดวาล์วในอุปกรณ์คอนเวอร์เตอร์และจับคู่แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตและอินพุตของคอนเวอร์เตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้เรียกว่าตัวแปลง

3. เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีต่างๆ: การเชื่อม (หม้อแปลงเชื่อม), แหล่งจ่ายไฟของการติดตั้งไฟฟ้าความร้อน (หม้อแปลงเตาไฟฟ้า) ฯลฯ

4. เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรต่างๆ ของอุปกรณ์วิทยุ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์สื่อสารและระบบอัตโนมัติ เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน เพื่อแยกวงจรไฟฟ้าขององค์ประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์เหล่านี้ เพื่อให้ตรงกับแรงดันไฟฟ้า เป็นต้น

5. รวมเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอุปกรณ์บางชนิด (รีเลย์ ฯลฯ) ไว้ในวงจรไฟฟ้าแรงสูงหรือในวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ไหลผ่าน เพื่อขยายขอบเขตการวัดและมั่นใจในความปลอดภัยทางไฟฟ้า หม้อแปลงที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้เรียกว่าหม้อแปลงวัด

บทสรุป

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและกรณีพิเศษมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมไฟฟ้า เพื่อแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าจึงถูกนำมาใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส. หม้อแปลงใช้เพื่อเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ การใช้หม้อแปลงไฟฟ้าทำให้สามารถถ่ายโอนไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังหน่วยบริโภคได้อย่างประหยัด

บรรณานุกรม:

1. วิชาฟิสิกส์ หนังสือเรียนมหาวิทยาลัย TI. โทรฟิโมวา, 2550.

2. พื้นฐานของทฤษฎีวงจร G.I. Atabekov, Lan, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, M. , ครัสโนดาร์, 2549

3. เครื่องใช้ไฟฟ้า แอล.เอ็ม. Piotrovsky, L., “พลังงาน”, 1972

4. หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง หนังสืออ้างอิง / เอ็ด. เอส.ดี. ลิซูโนวา, A.K. โลกานินา. ม.: Energoizdat 2004.

5. การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า เอ.วี. ซาโปซนิคอฟ. ม.: Gosenergoizdat. 1959.

6. การคำนวณหม้อแปลงไฟฟ้า หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย พี.เอ็ม. ติโคมิรอฟ อ.: พลังงาน, 2519.

7. ฟิสิกส์ -กวดวิชาสำหรับโรงเรียนเทคนิค ผู้เขียน V.F. Dmitrieva ฉบับมอสโก" บัณฑิตวิทยาลัย" 2004.

โพสต์บน Allbest.ru

เอกสารที่คล้ายกัน

แนวคิดทั่วไปประวัติความเป็นมาของการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนในกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กโดยใช้ตัวอย่างอุปกรณ์ของเลนซ์ ตัวเหนี่ยวนำโซลินอยด์ การคำนวณความหนาแน่นพลังงานของสนามแม่เหล็ก

การบรรยายเพิ่มเมื่อ 10/10/2554


ประวัติความเป็นมาของการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ศึกษาการพึ่งพาฟลักซ์แม่เหล็กต่อการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก การใช้งานจริงปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: วิทยุกระจายเสียง การบำบัดด้วยแม่เหล็ก ซินโครฟาโซตรอน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 11/15/2552


งานเคลื่อนย้ายตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไหลอยู่ในสนามแม่เหล็ก ศึกษาปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า วิธีการผลิตกระแสเหนี่ยวนำในสนามแม่เหล็กคงที่และกระแสสลับ ธรรมชาติของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กฎของฟาราเดย์

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 24/09/2013


การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ของการสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนโดยสนามแม่เหล็กสลับ เรื่องราวการค้นพบปรากฏการณ์นี้ของไมเคิล ฟาราเดย์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบเหนี่ยวนำ สูตรหาแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำ

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 12/13/2554


การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กฎของเลนซ์ แรงเคลื่อนไฟฟ้า วิธีการวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้าแม่เหล็ก กระแสน้ำวน (กระแสฟูโกต์) การหมุนของเฟรมในสนามแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำตัวเอง กระแสเมื่อปิดและเปิดวงจร การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

งานหลักสูตร เพิ่มเมื่อ 25/11/2556


เครื่องจักรไฟฟ้า เช่น เครื่องที่การแปลงพลังงานเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ประวัติและขั้นตอนหลักของการพัฒนา ความสำเร็จในด้านนี้ การสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีความเป็นไปได้ในการใช้งานจริง

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 21/06/2555


ลักษณะของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน คำอธิบายเชิงวิเคราะห์ของข้อเท็จจริงเชิงทดลอง กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและโอห์ม ปรากฏการณ์การหมุนของระนาบโพลาไรเซชันของแสงในสนามแม่เหล็ก วิธีการผลิตกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ การใช้กฎของเลนซ์

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 19/05/2014


วัยเด็กและวัยเยาว์ของไมเคิล ฟาราเดย์ เริ่มทำงานที่สถาบันพระมหากษัตริย์ การศึกษาอิสระครั้งแรกของเอ็ม. ฟาราเดย์ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า โรคฟาราเดย์ งานทดลองล่าสุด ความสำคัญของการค้นพบของเอ็ม. ฟาราเดย์

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 06/07/2555


เรื่องราวชีวิต การพัฒนาส่วนบุคคลและความคิดสร้างสรรค์โดยย่อของไมเคิล ฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ การวิจัยของฟาราเดย์ในสาขาแม่เหล็กไฟฟ้าและการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การกำหนดกฎหมาย การทดลองเรื่องไฟฟ้า.

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 23/04/2552


ช่วงเวลาแห่งการศึกษาของ Michael Faraday ซึ่งเป็นงานวิจัยอิสระครั้งแรกของเขา (การทดลองในการถลุงเหล็กที่มีนิกเกิล) การสร้างมอเตอร์ไฟฟ้ารุ่นแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และกฎของอิเล็กโทรลิซิส

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ารองรับวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่ เช่นเดียวกับวิศวกรรมวิทยุ ซึ่งในทางกลับกัน ก่อให้เกิดแกนหลักของอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ซึ่งได้เปลี่ยนแปลงอารยธรรมทั้งหมดของเราไปอย่างสิ้นเชิง การใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติเริ่มขึ้นเพียงครึ่งศตวรรษหลังจากการค้นพบนี้ ในขณะที่ ความก้าวหน้าทางเทคนิคมันยังค่อนข้างช้า สาเหตุที่วิศวกรรมไฟฟ้ามีบทบาทมาก บทบาทสำคัญตลอดทั้งของเรา ชีวิตที่ทันสมัยคือว่าไฟฟ้าเป็นรูปแบบพลังงานที่สะดวกที่สุดและแม่นยำเนื่องจากกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างหลังทำให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าจากพลังงานกล (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ได้อย่างง่ายดาย กระจายและขนส่งพลังงาน (หม้อแปลงไฟฟ้า) ได้อย่างยืดหยุ่น และแปลงกลับเป็นพลังงานกล (มอเตอร์ไฟฟ้า) และพลังงานประเภทอื่น ๆ ทั้งหมดนี้มีประสิทธิภาพสูงมาก เมื่อ 50 ปีที่แล้ว ได้มีการกระจายพลังงานระหว่างเครื่องจักรในโรงงาน ระบบที่ซับซ้อนเพลาและสายพานขับเคลื่อน - ป่าแห่งการส่งกำลังประกอบด้วยรายละเอียดลักษณะเฉพาะของ "การตกแต่งภายใน" ทางอุตสาหกรรมในยุคนั้น เครื่องจักรสมัยใหม่มีการติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดกะทัดรัดที่ขับเคลื่อนโดยระบบสายไฟที่ซ่อนอยู่

อุตสาหกรรมสมัยใหม่ใช้ระบบจ่ายไฟเพียงระบบเดียวครอบคลุมทั่วทั้งประเทศ และบางครั้งก็เป็นประเทศเพื่อนบ้านหลายประเทศ

ระบบจ่ายไฟเริ่มต้นด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรง ตามแผนผัง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดคือแม่เหล็กไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ (สเตเตอร์) ซึ่งอยู่ในสนามที่ขดลวด (โรเตอร์) หมุน กระแสสลับที่ตื่นเต้นในขดลวดโรเตอร์จะถูกลบออกโดยใช้หน้าสัมผัสแบบเคลื่อนย้ายได้พิเศษ - แปรง เนื่องจากเป็นเรื่องยากที่จะส่งผ่านพลังงานจำนวนมากผ่านหน้าสัมผัสที่กำลังเคลื่อนที่ จึงมักใช้วงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบย้อนกลับ: แม่เหล็กไฟฟ้าที่หมุนได้จะกระตุ้นกระแสในขดลวดสเตเตอร์ที่อยู่กับที่ ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงแปลงพลังงานกลของการหมุนของโรเตอร์เป็นไฟฟ้า อย่างหลังขับเคลื่อนด้วยพลังงานความร้อน (กังหันไอน้ำหรือกังหันแก๊ส) หรือพลังงานกล (กังหันไฮดรอลิก)

อีกด้านหนึ่งของระบบจ่ายไฟจะมีแอคทูเอเตอร์ต่างๆ ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า ที่สำคัญที่สุดคือมอเตอร์ไฟฟ้า (มอเตอร์ไฟฟ้า) สิ่งที่พบบ่อยที่สุดเนื่องจากความเรียบง่ายคือสิ่งที่เรียกว่ามอเตอร์แบบอะซิงโครนัสซึ่งประดิษฐ์ขึ้นอย่างอิสระในปี พ.ศ. 2428-2430 Ferraris นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีและ Tesla วิศวกรชาวโครเอเชียผู้โด่งดัง (สหรัฐอเมริกา) สเตเตอร์ของมอเตอร์ดังกล่าวเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงซ้อนที่สร้างสนามหมุน การหมุนสนามทำได้โดยใช้ระบบขดลวดซึ่งกระแสอยู่นอกเฟส ในกรณีที่ง่ายที่สุด ก็เพียงพอแล้วที่จะวางซ้อนของสองฟิลด์ในทิศทางตั้งฉาก โดยเลื่อนเฟสไป 90° (รูปที่ VI.10)

ฟิลด์ดังกล่าวสามารถเขียนเป็นนิพจน์ที่ซับซ้อนได้:

ซึ่งแทนเวกเตอร์สองมิติที่มีความยาวคงที่หมุนทวนเข็มนาฬิกาด้วยความถี่ร่วม แม้ว่าสูตร (53.1) จะคล้ายกับการแสดงกระแสสลับที่ซับซ้อนในมาตรา 52 แต่ก็ ความหมายทางกายภาพอื่น. ในกรณีของกระแสสลับ เฉพาะส่วนที่แท้จริงของนิพจน์ที่ซับซ้อนเท่านั้นที่มีค่าจริง แต่ที่นี่ปริมาณเชิงซ้อนแสดงถึงเวกเตอร์สองมิติ และเฟสของมันไม่ได้เป็นเพียงเฟสของการแกว่งของส่วนประกอบของสนามไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น แต่ยังแสดงลักษณะทิศทางของเวกเตอร์สนามด้วย (ดูรูปที่ VI.10)

ในเทคโนโลยี โดยทั่วไปจะใช้รูปแบบการหมุนสนามที่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อยโดยใช้สิ่งที่เรียกว่ากระแสสามเฟส เช่น กระแสสามเฟส ซึ่งเฟสจะเลื่อนไป 120° สัมพันธ์กัน กระแสน้ำเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กในสามทิศทาง โดยหมุนกระแสหนึ่งสัมพันธ์กันที่มุม 120° (รูปที่ VI.11) โปรดทราบว่ากระแสไฟฟ้าสามเฟสดังกล่าวจะได้รับโดยอัตโนมัติในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการจัดเรียงขดลวดที่คล้ายกัน กระแสไฟสามเฟสซึ่งแพร่หลายในเทคโนโลยีถูกประดิษฐ์ขึ้น

ข้าว. VI.10. โครงการรับสนามแม่เหล็กหมุน

ข้าว. VI.11. แผนภาพมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส เพื่อความง่าย โรเตอร์จะแสดงเป็นการหมุนรอบเดียว

ในปี พ.ศ. 2431 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียชื่อ Dolivo-Dobrovolsky ผู้สร้างสายส่งไฟฟ้าทางเทคนิคสายแรกของโลกในเยอรมนีบนพื้นฐานนี้

ขดลวดโรเตอร์ของมอเตอร์อะซิงโครนัสประกอบด้วยในกรณีที่ง่ายที่สุดของการหมุนลัดวงจร สนามแม่เหล็กสลับจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในรอบต่างๆ ซึ่งทำให้โรเตอร์หมุนไปในทิศทางเดียวกับสนามแม่เหล็ก ตามกฎของ Lenz โรเตอร์มีแนวโน้มที่จะ "ไล่ตาม" กับสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนอยู่ สำหรับมอเตอร์ที่โหลด ความเร็วในการหมุนของโรเตอร์จะน้อยกว่าสนามเสมอ เนื่องจากไม่เช่นนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์จะเป็นศูนย์ ดังนั้นชื่อ - มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

ภารกิจที่ 1. ค้นหาความเร็วโรเตอร์ของมอเตอร์อะซิงโครนัสขึ้นอยู่กับโหลด

สมการของกระแสในการหมุนรอบหนึ่งของโรเตอร์มีรูปแบบดังนี้

โดยที่ความเร็วเชิงมุมของสนามเลื่อนสัมพันธ์กับโรเตอร์ระบุลักษณะการวางแนวของขดลวดที่สัมพันธ์กับสนามตำแหน่งของขดลวดในโรเตอร์ (รูปที่ VI.12, a) เมื่อผ่านไปยังปริมาณเชิงซ้อน (ดูมาตรา 52) เราจะได้สารละลาย (53.2)

แรงบิดที่กระทำต่อขดลวดในสนามแม่เหล็กเดียวกันคือ

ข้าว. VI.12. ถึงปัญหาของ มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส. ก - การหมุนของโรเตอร์ในสนาม "เลื่อน"; b - ลักษณะการรับน้ำหนักของเครื่องยนต์

โดยปกติแล้วขดลวดโรเตอร์จะประกอบด้วย จำนวนมากการหมุนที่มีระยะห่างสม่ำเสมอ จึงสามารถแทนที่ผลรวมที่มากกว่า 9 ได้ด้วยการรวมเข้าด้วยกัน ด้วยเหตุนี้ เราจึงได้แรงบิดทั้งหมดบนเพลามอเตอร์

จำนวนรอบของโรเตอร์อยู่ที่ไหน กราฟการพึ่งพาจะแสดงในรูป VI.12 ข. แรงบิดสูงสุดสอดคล้องกับความถี่สลิป โปรดทราบว่าความต้านทานโอห์มมิกของโรเตอร์ส่งผลต่อความถี่สลิปเท่านั้น แต่ไม่ใช่แรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ ความถี่สลิปเชิงลบ (โรเตอร์ "แซง" สนาม) สอดคล้องกับโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อรักษาโหมดนี้ไว้จำเป็นต้องใช้พลังงานภายนอกซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าในขดลวดสเตเตอร์

ที่แรงบิดที่กำหนด ความถี่สลิปจะไม่ชัดเจน แต่มีเพียงโหมดเท่านั้นที่เสถียร

องค์ประกอบหลักของระบบการแปลงไฟฟ้าและการขนส่งคือหม้อแปลงไฟฟ้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ สำหรับการส่งไฟฟ้าทางไกล จะเป็นประโยชน์ถ้าใช้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ ซึ่งจำกัดโดยการพังทลายของฉนวนเท่านั้น ในปัจจุบัน สายส่งทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าประมาณ สำหรับกำลังส่งที่กำหนด กระแสในสายส่งจะแปรผกผันกับแรงดันไฟฟ้า และความสูญเสียในสายตกเป็นกำลังสองของแรงดันไฟฟ้า ในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามากจำเป็นสำหรับการจ่ายไฟให้กับผู้ใช้ไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่เป็นเพราะเหตุผลของการออกแบบที่เรียบง่าย (ฉนวน) เช่นเดียวกับข้อควรระวังด้านความปลอดภัย จึงมีความจำเป็นในการแปลงแรงดันไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้ว หม้อแปลงไฟฟ้าจะประกอบด้วยขดลวดสองเส้นบนแกนเหล็กทั่วไป (รูปที่ VI. 13) จำเป็นต้องมีแกนเหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อลดฟลักซ์การรั่วไหลและด้วยเหตุนี้การเชื่อมโยงฟลักซ์ระหว่างขดลวดจึงดีขึ้น เนื่องจากเหล็กก็เป็นตัวนำเช่นกัน มันจึงส่งกระแสสลับกัน

ข้าว. เวอร์ชัน 1.13 วงจรหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ

ข้าว. VI.14. แผนผังของสายพาน Rogowski เส้นประแสดงเส้นทางของการบูรณาการตามอัตภาพ

สนามแม่เหล็กในระดับความลึกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (ดูมาตรา 87) ดังนั้นจึงต้องทำการเคลือบแกนหม้อแปลงนั่นคือในรูปแบบของชุดแผ่นบาง ๆ ที่หุ้มฉนวนไฟฟ้าจากกัน สำหรับความถี่กำลังไฟฟ้า 50 Hz ความหนาของแผ่นปกติคือ 0.5 มม. สำหรับหม้อแปลงที่ความถี่สูง (ในวิศวกรรมวิทยุ) จำเป็นต้องใช้แผ่นบางมาก (มม.) หรือแกนเฟอร์ไรต์

ภารกิจที่ 2 แผ่นแกนหม้อแปลงควรหุ้มด้วยแรงดันไฟฟ้าเท่าใด?

หากจำนวนแผ่นในแกนและแรงดันไฟฟ้าต่อรอบของขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าแสดงว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างแผ่นที่อยู่ติดกัน

ในกรณีที่ง่ายที่สุดของการไม่มีฟลักซ์หลงทาง อัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดทั้งสองจะเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบ เนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำต่อเทิร์นถูกกำหนดโดยฟลักซ์เดียวกันในแกนกลาง นอกจากนี้หากการสูญเสียในหม้อแปลงไฟฟ้ามีน้อยและความต้านทานโหลดมีขนาดใหญ่ เห็นได้ชัดว่าอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิก็เป็นสัดส่วนเช่นกัน นี่คือหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าได้หลายครั้งได้อย่างง่ายดาย

ภารกิจที่ 3 ค้นหาอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่โหลดโดยพลการ

ละเลยการสูญเสียในหม้อแปลงและการกระจาย (หม้อแปลงในอุดมคติ) เราเขียนสมการของกระแสในขดลวดในรูปแบบ (ในหน่วย SI)

โดยที่ความต้านทานเชิงซ้อนของโหลด (ดูมาตรา 52) และนิพจน์ (51.2) ใช้สำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำของวงจรเชิงซ้อน การใช้ความสัมพันธ์ (51.6); คุณสามารถค้นหาค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องแก้สมการ (53.6) แต่เพียงหารด้วยกัน:

ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงจะเท่ากันดังนั้นเพียงอัตราส่วนของจำนวนรอบที่โหลดใด ๆ เครื่องหมายขึ้นอยู่กับการเลือกจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของขดลวด

ในการค้นหาอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงปัจจุบัน คุณต้องแก้ระบบ (53.7) ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เราได้รับ

ในกรณีทั่วไป ค่าสัมประสิทธิ์จะกลายเป็นค่าที่ซับซ้อน เช่น การเปลี่ยนเฟสจะปรากฏขึ้นระหว่างกระแสในขดลวด กรณีพิเศษของโหลดขนาดเล็กเป็นที่สนใจ จากนั้น นั่นคือ อัตราส่วนกระแสจะกลายเป็นค่าผกผันของอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้า

โหมดการทำงานของหม้อแปลงนี้สามารถใช้ในการวัดกระแสขนาดใหญ่ (หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า) ปรากฎว่าการเปลี่ยนแปลงกระแสอย่างง่าย ๆ แบบเดียวกันนั้นได้รับการเก็บรักษาไว้เพื่อการพึ่งพากระแสตรงเวลาโดยพลการด้วยการออกแบบพิเศษของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้เรียกว่าสายพาน Rogowski (รูปที่ VI.14) และเป็นโซลินอยด์ปิดที่ยืดหยุ่นซึ่งมีรูปร่างตามใจชอบและมีขดลวดสม่ำเสมอ การทำงานของสายพานจะขึ้นอยู่กับกฎการอนุรักษ์การไหลเวียนของสนามแม่เหล็ก (ดูมาตรา 33): โดยที่ดำเนินการบูรณาการตามแนวเส้นขอบภายในสายพาน (ดูรูปที่ VI.14) - กระแสทั้งหมดที่วัดได้ที่ครอบคลุมโดย เข็มขัด. สมมติว่าขนาดตามขวางของสายพานมีขนาดเล็กเพียงพอ เราสามารถเขียนแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เหนี่ยวนำบนสายพานได้ดังต่อไปนี้:

ที่ไหน - ภาพตัดขวางสายพาน a คือความหนาแน่นของขดลวด ค่าทั้งสองจะถือว่าคงที่ตลอดสายพาน ภายในสายพานหากความหนาแน่นของขดลวดของสายพานและหน้าตัด 50 คงที่ตลอดความยาว (53.9)

การแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างง่ายสามารถทำได้สำหรับกระแสสลับเท่านั้น สิ่งนี้กำหนดบทบาทชี้ขาดในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้กระแสตรงจะเกิดปัญหาสำคัญเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น ในสายส่งไฟฟ้าระยะไกลพิเศษ การใช้กระแสตรงให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญ: การสูญเสียความร้อนจะลดลง เนื่องจากไม่มีผลกระทบต่อผิวหนัง (ดูมาตรา 87) และไม่มีเสียงสะท้อน

(คลื่น) กระบวนการชั่วคราวเมื่อเปิด-ปิดสายส่งซึ่งมีความยาวตามลำดับความยาวคลื่นของกระแสสลับ (6,000 กม. สำหรับความถี่อุตสาหกรรม 50 Hz) ความยากอยู่ที่การแก้ไขกระแสสลับไฟฟ้าแรงสูงที่ปลายด้านหนึ่งของสายส่งแล้วแปลงกลับที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

การประยุกต์ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้เพื่อแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าเป็นหลัก เพื่อจุดประสงค์นี้พวกเขาจะถูกนำมาใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ(เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ)

มีขดลวดกระแสสลับสามเส้นที่อยู่บนสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งจะเลื่อนสัมพันธ์กัน 120 0 และเชื่อมต่อกันตามวงจรการเชื่อมต่อเฉพาะ

เมื่อโรเตอร์ที่ตื่นเต้นหมุนด้วยความช่วยเหลือของกังหันไอน้ำหรือไฮดรอลิก ขั้วของมันจะผ่านไปใต้ขดลวดสเตเตอร์ และแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปตามกฎฮาร์มอนิกจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิด จากนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับโหนดปริมาณการใช้ไฟฟ้าตามแผนภาพเครือข่ายไฟฟ้าบางอย่าง

หากคุณถ่ายโอนไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของสถานีไปยังผู้บริโภคผ่านสายไฟโดยตรง (ที่แรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งค่อนข้างต่ำ) การสูญเสียพลังงานและแรงดันไฟฟ้าจำนวนมากจะเกิดขึ้นในเครือข่าย (ให้ความสนใจกับอัตราส่วน , ). ดังนั้นเพื่อการขนส่งไฟฟ้าอย่างประหยัดจึงจำเป็นต้องลดความแรงของกระแสไฟฟ้าลง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกำลังส่งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าจึงต้องมี
เพิ่มขึ้นตามจำนวนปัจจุบันที่ลดลง

ในทางกลับกันผู้ใช้ไฟฟ้าจำเป็นต้องลดแรงดันไฟฟ้าลงให้อยู่ในระดับที่ต้องการ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามจำนวนครั้งที่กำหนดเรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้า. การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย

แล้ว

หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูงมีความต้านทานคอยล์ต่ำมาก
ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิจึงเท่ากับ EMF โดยประมาณ:

ที่ไหน เค –อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง ที่ เค<1 () หม้อแปลงไฟฟ้าคือ เพิ่มขึ้น, ที่ เค>1 () หม้อแปลงไฟฟ้าคือ ลง.

เมื่อเชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิของโหลดหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าไป โดยมีปริมาณการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามกฎหมาย
การอนุรักษ์พลังงานควรเพิ่มพลังงานที่จ่ายโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของสถานีนั่นคือ

ซึ่งหมายความว่าโดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า
วี เคเท่าสามารถลดความแรงของกระแสในวงจรได้เป็นจำนวนเท่าเดิม (ขณะเดียวกันการสูญเสียจูลลดลง เค 2 ครั้ง)

หัวข้อที่ 17 พื้นฐานของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในยุค 60 ศตวรรษที่สิบเก้า นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เจ. แม็กซ์เวลล์ (พ.ศ. 2374-2422) ได้สรุปกฎของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่จัดตั้งขึ้นโดยการทดลองและสร้างความสามัคคีที่สมบูรณ์ ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า. ช่วยให้คุณตัดสินใจได้ ปัญหาหลักของพลศาสตร์ไฟฟ้า: ค้นหาลักษณะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบค่าไฟฟ้าและกระแสที่กำหนด

แม็กซ์เวลล์ตั้งสมมติฐานไว้ว่า สนามแม่เหล็กสลับใด ๆ กระตุ้นสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในพื้นที่โดยรอบการไหลเวียนซึ่งเป็นสาเหตุของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจร:

(5.1)

สมการ (5.1) เรียกว่า สมการที่สองของแมกซ์เวลล์. ความหมายของสมการนี้คือสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน และสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในอิเล็กทริกหรือสุญญากาศโดยรอบ เนื่องจากสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้า ดังนั้นตามข้อมูลของ Maxwell สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจึงควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นกระแสที่แน่นอน
ซึ่งเกิดขึ้นทั้งในอิเล็กทริกและในสุญญากาศ แม็กซ์เวลล์เรียกกระแสนี้ว่า กระแสการเคลื่อนที่.

กระแสดิสเพลสเมนต์ ดังต่อไปนี้จากทฤษฎีของแมกซ์เวลล์
และการทดลองของไอเคนวาลด์ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเดียวกันกับกระแสการนำไฟฟ้า

ในทฤษฎีของเขา Maxwell ได้แนะนำแนวคิดนี้ กระแสที่เห็นได้ชัดเจนเท่ากับผลรวม
กระแสการนำและการกระจัด ดังนั้นความหนาแน่นกระแสรวม

ตามข้อมูลของ Maxwell กระแสไฟฟ้าทั้งหมดในวงจรจะปิดอยู่เสมอ กล่าวคือ ที่ปลายตัวนำจะมีเพียงกระแสการนำเท่านั้นที่จะแตก และในไดอิเล็กตริก (สุญญากาศ) ระหว่างปลายของตัวนำจะมีกระแสการกระจัดที่ปิด การนำกระแส

หลังจากแนะนำแนวคิดเรื่องกระแสรวมแล้ว แมกซ์เวลล์ได้สรุปทฤษฎีบทเกี่ยวกับการไหลเวียนของเวกเตอร์ (หรือ):

(5.6)

เรียกว่าสมการ (5.6) สมการแรกของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบอินทิกรัล. มันแสดงถึงกฎทั่วไปของกระแสรวมและแสดงตำแหน่งพื้นฐานของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า: กระแสดิสเพลสเมนต์สร้างสนามแม่เหล็กเดียวกันกับกระแสการนำไฟฟ้า.

ทฤษฎีมหภาคแบบรวมศูนย์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยแม็กซ์เวลล์ทำให้เป็นไปได้จากมุมมองแบบรวมไม่เพียง แต่จะอธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังเพื่อทำนายปรากฏการณ์ใหม่ ๆ การมีอยู่ซึ่งได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติในเวลาต่อมา (เช่นการค้นพบ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

โดยสรุปบทบัญญัติที่กล่าวถึงข้างต้น เรานำเสนอสมการที่เป็นพื้นฐานของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของ Maxwell

1. ทฤษฎีบทเกี่ยวกับการไหลเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็ก:

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเคลื่อนที่ของประจุ ( กระแสไฟฟ้า) หรือสนามไฟฟ้ากระแสสลับ

2. สนามไฟฟ้าสามารถเป็นได้ทั้งศักย์ () และกระแสน้ำวน () ดังนั้นความแรงของสนามรวม . เนื่องจากการไหลเวียนของเวกเตอร์เป็นศูนย์ ดังนั้นการไหลเวียนของเวกเตอร์ของความเข้มของสนามไฟฟ้าทั้งหมด

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าสามารถไม่เพียงเท่านั้น ค่าไฟฟ้าแต่ยังรวมถึงสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาด้วย

3. ,

4.

ความหนาแน่นประจุเชิงปริมาตรภายในพื้นผิวปิดอยู่ที่ไหน – ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสาร

สำหรับสนามที่อยู่นิ่ง ( อี=ค่าคงที่ , บี= const) สมการของแมกซ์เวลล์อยู่ในรูปแบบ

นั่นคือแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กในกรณีนี้เท่านั้น
กระแสการนำไฟฟ้าและแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าเป็นเพียงประจุไฟฟ้าเท่านั้น ในกรณีนี้ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเป็นอิสระจากกัน ซึ่งทำให้สามารถศึกษาแยกกันได้ ถาวรสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

การใช้สิ่งที่ทราบจากการวิเคราะห์เวกเตอร์ ทฤษฎีบทสโตกส์และเกาส์เราสามารถจินตนาการได้ ระบบที่สมบูรณ์สมการของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบอนุพันธ์(การกำหนดลักษณะของฟิลด์ในแต่ละจุดในอวกาศ):

(5.7)

เห็นได้ชัดว่าสมการของแมกซ์เวลล์ ไม่สมมาตรสัมพันธ์กับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากความจริงที่ว่าในธรรมชาติ
มีค่าไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุแม่เหล็ก

สมการของแมกซ์เวลล์เป็นสมการทางไฟฟ้าทั่วไปที่สุด
และสนามแม่เหล็กในสื่อนิ่ง พวกเขามีบทบาทเดียวกันในหลักคำสอนเรื่องแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนกับที่กฎของนิวตันทำในกลศาสตร์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับที่แพร่กระจายไปในอวกาศด้วยความเร็วจำกัด

การดำรงอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามสมการของแมกซ์เวลล์ซึ่งกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2408 โดยอาศัยลักษณะทั่วไปของกฎเชิงประจักษ์ของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการเชื่อมต่อกันของสนามไฟฟ้ากระแสสลับและสนามแม่เหล็ก - การเปลี่ยนแปลงในสนามหนึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในอีกสนามหนึ่งนั่นคือ ยิ่งการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ความแรงของสนามไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน. ดังนั้นสำหรับการก่อตัวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงจึงจำเป็นต้องกระตุ้นการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงพอสมควร ความเร็วเฟสคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนด
ไฟฟ้าและ คุณสมบัติทางแม่เหล็กวันพุธ:

ในสุญญากาศ ( ) ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วแสง ในเรื่อง นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไม ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสสารจะน้อยกว่าในสุญญากาศเสมอ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้น คลื่นตามขวาง –
การแกว่งของเวกเตอร์และเกิดขึ้นในระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกัน และเวกเตอร์และก่อตัวเป็นระบบมือขวา จากสมการของแมกซ์เวลล์ ยังได้ตามมาด้วยว่าในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เวกเตอร์จะแกว่งไปมาในเฟสเดียวกันเสมอ และค่าที่เกิดขึ้นในขณะนั้น อีและ เอ็นณ จุดใดจุดหนึ่งมีความสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์

สมการของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระนาบในรูปแบบเวกเตอร์:

(6.66)

เพื่ออธิบายลักษณะการถ่ายโอนพลังงานด้วยคลื่นใดๆ ในฟิสิกส์ จึงเรียกปริมาณเวกเตอร์ ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน. เป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน่วยตั้งฉากกับทิศทางที่
คลื่นแพร่กระจาย ทิศทางของเวกเตอร์เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการถ่ายโอนพลังงาน ค่าความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานสามารถหาได้โดยการคูณความหนาแน่นของพลังงานด้วยความเร็วคลื่น

ความหนาแน่นพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยความหนาแน่นของพลังงานของสนามไฟฟ้าและความหนาแน่นของพลังงานของสนามแม่เหล็ก:

(6.67)

เมื่อคูณความหนาแน่นพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยความเร็วเฟส เราจะได้ความหนาแน่นฟลักซ์พลังงาน

(6.68)

เวกเตอร์และตั้งฉากกันและก่อตัวเป็นระบบมือขวาโดยมีทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น ดังนั้นทิศทาง
เวกเตอร์ เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการถ่ายโอนพลังงาน และโมดูลัสของเวกเตอร์นี้ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ (6.68) ดังนั้นเวกเตอร์ความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงสามารถแสดงเป็นได้ ผลิตภัณฑ์เวกเตอร์

(6.69)

เวกเตอร์นี้เรียกว่า เวกเตอร์จุด Umov.

การสั่นและคลื่น

กระทู้ 18. ฟรี การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิก

การเคลื่อนไหวที่มีระดับการทำซ้ำต่างกันเรียกว่า ความผันผวน

หากมีค่า ปริมาณทางกายภาพการเปลี่ยนแปลงระหว่างการเคลื่อนไหวเกิดขึ้นซ้ำในช่วงเวลาเท่ากันจากนั้นจึงเรียกว่าการเคลื่อนไหวดังกล่าว เป็นระยะๆ (การเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ การเคลื่อนที่ของลูกสูบในกระบอกสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ฯลฯ) ระบบสั่นไม่ว่าจะอย่างไรก็ตาม ธรรมชาติทางกายภาพเรียกว่า ออสซิลเลเตอร์ ตัวอย่างของออสซิลเลเตอร์คือตุ้มน้ำหนักการสั่นที่ห้อยลงมาจากสปริงหรือเชือก

แกว่งเต็มเรียกการเคลื่อนไหวแบบสั่นครบหนึ่งรอบหลังจากนั้นทำซ้ำในลำดับเดียวกัน

ตามวิธีการกระตุ้น การสั่นสะเทือนแบ่งออกเป็น:

· ฟรี(ของตัวเอง) เกิดขึ้นในระบบที่แสดงตัวมันเองใกล้กับตำแหน่งสมดุลหลังจากการกระแทกครั้งแรก

· ถูกบังคับเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลภายนอกเป็นระยะ

· พารามิเตอร์,เกิดขึ้นเมื่อพารามิเตอร์ใดๆ ของระบบออสซิลเลเตอร์เปลี่ยนแปลง

· การสั่นด้วยตนเองเกิดขึ้นในระบบที่ควบคุมการไหลของอิทธิพลภายนอกอย่างอิสระ

ใดๆ การเคลื่อนไหวแบบสั่นลักษณะ แอมพลิจูด A - ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของจุดสั่นจากตำแหน่งสมดุล

การสั่นของจุดที่เกิดขึ้นกับแอมพลิจูดคงที่เรียกว่า ไม่ทำให้ชื้น, และการแกว่งโดยแอมพลิจูดจะค่อยๆ ลดลง – ซีดจาง

เรียกว่าเวลาที่เกิดการสั่นโดยสมบูรณ์ ระยะเวลา(ท).

ความถี่ การสั่นเป็นคาบคือจำนวนการสั่นที่สมบูรณ์ที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลาหน่วยความถี่การสั่นสะเทือน - เฮิรตซ์(เฮิร์ตซ์) เฮิรตซ์คือความถี่ของการสั่นซึ่งมีคาบเท่ากับ 1 วินาที: 1 เฮิร์ตซ์ = 1 วินาที –1

วงจรหรือ ความถี่วงกลมการแกว่งเป็นคาบคือจำนวนการแกว่งที่สมบูรณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง 2p ด้วย: . = ราด/วินาที