В магнитном поле находится несколько витков провода замкнутого на резистор: В магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутых на резистор. Если магнитный поток равномерно увеличить от нуля до значения Ф0 сначала за время t, а потом за время 4t, то сила тока в ре…

В магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутых на резистор. Если магнитный поток равномерно увеличивать от нуля до значения

Судей Конституционного суда назначает _ РФ
 (*ответ*) Совет Федерации Федерального Собрания по представлению Президента
 Президент
 Председатель правительства
 Государственная Дума по представлению Президента
Судьей может быть
 (*ответ*) гражданин Российской Федерации
 гражданин иностранного государства
 лицо без гражданства
 лицо с двойным гражданством
Судьей может быть гражданин Российской Федерации
 (*ответ*) имеющий высшее юридическое образование
 имеющий судимость
 признанный судом недееспособным или ограниченно дееспособным
 состоящий на учете в наркологическом или психоневрологическом диспансере в связи с лечением от алкоголизма, наркомании, токсикомании, хронических и затяжных психических расстройств
Судьи независимы при осуществлении правосудия и подчиняются только Конституции РФ и
 (*ответ*) федеральному закону
 Президенту РФ
 Правительству РФ
 Судебной коллегии
Судья не может быть привлечен к уголовной ответственности иначе как в порядке, определяемом _ РФ
 (*ответ*) федеральным законом
 Правительством
 Президентом
 Судебной коллегией
Уголовное производство начинается с
 (*ответ*) возбуждения уголовного дела
 предварительного расследования
 составления обвинительного заключения
 направления дела в суд
Финансирование судов производится только из бюджета
 (*ответ*) федерального
 субъекта Федерации
 муниципального образования
 специального
Юрист, оказывающий профессиональную правовую помощь физическим и юридическим лицам (посредством консультаций, представительства их интересов в суде), защиту обвиняемого, — это
 (*ответ*) адвокат
 прокурор
 следователь
 нотариус
Устройство, которое служит для возбуждения звуковых волн под действием переменного электрического тока, меняющегося со звуковой частотой, называется
 (*ответ*) громкоговорителем
 динамиком
 усилителем
 генератором
В катушке сила тока равномерно увеличивается со скоростью 3 А/с. При этом в ней возникает ЭДС самоиндукции 15 В. Энергия магнитного поля катушки при силе тока в ней 4 А равна _ Дж
 (*ответ*) 40
 20
 45
 60
В магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутых на резистор. Если магнитный поток равномерно увеличивать от нуля до значения Ф0 сначала за время t, а потом за время 4t, то сила тока в резисторе во втором случае будет в
 (*ответ*) 4 раза меньше
 4 раза больше
 2 раза больше
 2 раза меньше
В опыте Эрстеда наблюдается следующие
 (*ответ*) магнитная стрелка поворачивается вблизи проводника с током
 проводник с током действует на электрические заряды
 магнитная стрелка поворачивается вблизи заряженного проводника
 магнитная стрелка не меняет положения

Задания по физике для дистанционной олимпиады школьников. 11 класс. | Физика

Задания по физике для дистанционной олимпиады школьников. 11 класс.

16.04.2012

10720

1078

Задания по
физике для дистанционной олимпиады школьников.

11 класс.

К каждому из заданий
1-10 дано 4 варианта ответа, из которых только один правильный. Номер
правильного ответа необходимо вписать в таблицу.

1. Катер пересекает реку со скоростью
4 км/ч
относительно воды в направлении, перпендикулярном берегу. Скорость течения реки
3 км/ч.
Модуль скорости катера относительно берега реки равен:

1) 1 км/ч   2) 5 км/ч  
3) 7 км/ч   4) 9 км/ч

2. Шарик скатывается с наклонной плоскости с углом наклона α без трения.
Ускорение шарика при этом равно:

1)       2)      3)      4) 2

3. Тело брошено вертикально вверх со скоростью 20 м/с. На
какой высоте его кинетическая энергия будет равна потенциальной энергии?

1)
20 м       2) 10 м          
3) 5 м             4) 15 м

4. С каким
ускорением нужно поднимать груз на веревке вертикально вверх, чтобы его вес был
вдвое больше силы тяжести, действующей на груз?

1)
     2)      3)      4) а = 3

5. Газ при давлении 6 атм и температуре 27 ⁰С
занимает объем 50 л.
Каким будет его давление, если газ данной массы при температуре 127 ⁰С
займет объем 100 л?

1)
2 атм       2) 4 атм       3) 8 атм         4) 16 атм

6. КПД
тепловой машины 41%. Каким станет КПД, если теплота, потребляемая за цикл,

увеличивается
на 18%, а теплота, отдаваемая холодильнику, уменьшится на 6%?

1)      37%        2) 44%      3) 53%         4) 57%

7. Два положительных заряда, один из  которых в четыре раза больше другого,
находятся на расстоянии 30 см
друг от друга. На каком расстоянии от меньшего заряда напряженность
электрического поля будет равна нулю?

1)
10 см        2) 15 см        3) 20 см        4) 25 cм

8. В
магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутых на резистор. Если

магнитный
поток равномерно увеличить от нуля до значения Ф0
сначала за время t, а потом за время 4t, то сила тока в
резисторе во втором случае будет

1) в 4 раза больше

2) в 4 раза меньше

3) в 2 раза больше

4) в 2 раза меньше

9. Точка
совершает гармонические колебания. При смещении от положения равновесия на 4 см ее скорость равна 6 см/с,
а при смещении на 3см — 8 см/с. Найдите циклическую частоту.

1) 2 рад/с

2) 4 рад/с

3) 6 рад/с

4) 8 рад/с

10. Во сколько
раз меньше нейтронов содержит ядро атома азота с массовым и зарядовым

числами
14 и 7, чем ядро цинка с массовым и зарядовым числами 65 и 30?

1)
2,5

2)
2

3)
5

4) 3,6

В задачах 11, 12
представить полное решение и в таблицу ответов вписать числовое значение с
единицами измерения.

11.
Напряженность электрического поля плоского конденсатора (см. рисунок) равна
24кВ/м. Внутреннее сопротивление источника r = 10 Ом,

ЭДС
ε = 30 В, сопротивление резисторов R₁=
20 Ом, R₂
= 40 Ом.

Найдите
расстояние между пластинами конденсатора.

12. 5 моль
идеального газа нагревают на 10 К так, что температура газа меняется

пропорционально
квадрату объема газа. Какую работу совершает газ при нагревании?

Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.

Могут ли два вольтметра, подключенные к одним и тем же клеммам, показывать разные значения? Схема с наведенной ЭДС

ДА , два вольтметра, подключенные к одной и той же паре клемм, могут одновременно показывать два разных значения. Причина в том, что, поскольку контур цепи охватывает область переменного магнитного потока, «теоретическая разность потенциалов» между точками D и A не определена (однозначно).

Собственно, вот и все .

Потому что, если ваша схема находится в области переменного магнитного поля, тогда все пути между узлами находятся в области дБ / dt, и поскольку линейный интеграл электрического поля вдоль любого замкнутого пути не всегда будет равен нулю (это основная физика) , не представляется возможным определить потенциальную функцию таким образом, что контурный интеграл от Е от D до а зависит только от значений в D и A . Это будет зависеть от пути. (Это базовое исчисление)

Поскольку это понятие обычно встречает определенное сопротивление, чтобы принять его, стоит более подробно рассмотреть, откуда оно исходит и что влечет за собой. Чтобы ответить на все сомнения, возникшие в результате многочисленных взаимодействий в Интернете после того, как Уолтер Левин сделал свою «супердемо» доступной для широких масс, требуется много места. Для людей TL; DR остальная часть этого поста структурирована следующим образом:

1. Определение разности потенциалов Здесь
   мы определяем, что обычно подразумевается под напряжением в теории цепей и почему вы можете уменьшить его до разности потенциалов (подсказка: безвихревость электрического поля делает напряжение функцией только конечных точек)
2. Теория сосредоточенных цепей I: правило Кирхгофа. Здесь
   мы видим, какое физическое состояние делает возможным наличие безвихревого E-поля, и используем концепцию напряжения как разности потенциалов. (Подсказка: это отсутствие переменного магнитного потока: закон напряжения Кирхгофа — это просто закон Фарадея, когда dphi / dt = 0)
3. Теория сосредоточенных цепей II: Ограниченные области неконсервативности вне траектории цепи
   Где мы пытаемся сохранить KVL, скрывая описанные области переменного магнитного потока внутри магнитных компонентов (примечание: это то, что Левин называет вонючей физикой « принятия правильного сторона на левой стороне ‘и то, что я называю’ новым KVL ‘или’ измененным KVL ‘: если путь цепи не охватывает переменное магнитное поле, мы можем притвориться, что существует уникальное напряжение, выражаемое как разность потенциалов, просто не глядя внутрь магнитные компоненты)
4. Кольцо Ромера-Левина, или: цепь без сосредоточения Здесь
   мы видим, что, когда контур цепи включает переменный магнитный поток, KVL больше не подлежит восстановлению, а напряжение в вашей цепи становится зависимым от пути (что означает: выразить это больше невозможно. как разность потенциалов)
5. Скалярные и векторные потенциалы Здесь
   мы рассмотрим альтернативное определение напряжения, которое допускает скалярный потенциал. (подсказка: это то, что я называю маневром Макдональда, и он влечет за собой разделение полного электрического поля на две составляющие части, одна консервативная, вызванная кулоновским взаимодействием, другая вращательная, вызванная магнитной индукцией)
6. Роль поверхностных зарядов Здесь
   мы посмотрим, что делает общее поле в проводнике и резисторах таким, какое оно есть.
7. Концепция частичной индуктивности Здесь
   мы рассмотрим, как попытка смоделировать индуцированное напряжение с частичными сосредоточенными « вторичными » катушками соответствует другой физической ситуации и как частичные индуктивности могут использоваться (с должной осторожностью) в качестве инструмента в области электромагнитная совместимость

.

Когда вы определяете напряжение как разность потенциалов между двумя точками

VBA = VB — VA = Vab (переход от a к b)

вы неявно предполагаете, что — помимо аддитивной константы — потенциальная функция определяется однозначно, то есть (отрицательным) интегралом по путям электрического поля от a до b

не зависит от конкретного пути интеграции, выбранной интеграции. Эта ситуация требует, чтобы электрическое поле E было консервативным или, как говорит название, безвихревым .

Если электрическое поле сделать вращательным, как это происходит в присутствии переменного магнитного поля, то вы можете получить сразу разные результаты для Vab, в зависимости от конкретного пути, который вы выбрали для вычисления интеграла: вы идете по пути, который проходит через R1 получается 0,9В; идете по пути, который проходит через R2, вы получаете -0,1В; вы идете по произвольному пути, который следует профилю Снупи, входя и выходя из проводника и резисторов, вы получаете 0,741 В, что угодно. (Обратите внимание, что я вообще не говорю о пробниках.) Одних конечных точек уже недостаточно для однозначного определения напряжения.

_{Вот разрешение неоднозначности между двумя соглашениями, которые я собираюсь использовать. Поскольку было бы слишком много использовать другую букву для обозначения напряжения, зависящего от пути и независимого от пути, я буду использовать V для обоих, оставив мелкий текст, чтобы различать их. Итак, Vab означает}

_{и это энергия на единицу заряда, необходимая для перехода от точки A к точке B по пути гаммы (a-> b). l будет обозначать это напряжение , обычно зависящее от пути , с помощью Vab, со строчными буквами от начальной точки до конечной точки. Когда электрическое поле является безвихревым, существует потенциальная функция V такая, что}

_{так что линейный интеграл становится независимым от пути, и нужно указывать только конечные точки A и B, а не соединяющую их гамму пути (подойдет любой путь).}

_{Я назову это напряжение «разностью потенциалов» и обозначу его VBA с прописными буквами, упорядоченными от конечной точки до начальной. Примечание: конечная точка идет первой, поскольку я принимаю соглашение VBA = VB — VA (графически представлено стрелкой, идущей от A к B). Это еще больше поможет различить их.}

Небольшое отступление
Нет ничего странного в том, что линейные интегралы зависят от пути, на самом деле это консервативные поля, которые почти магически особенные. В реальном мире нормально считать, что функция, вычисленная путем интегрирования по пути, зависит от самого конкретного пути, а не только от его конечных точек.

Рассмотрим энергию, затраченную на то, чтобы достичь вершины горы на вашей машине с той же парковки, и давайте измерим ее в галлонах бензина: если вы выберете прямой путь, вам потребуется 10 галлонов, если вы выберете свободную спираль, вам понадобится 20 галлонов, свободная спираль против ветра и это 25 галлонов, но если это вместе с ветром, это 18 галлонов; шаткий путь туда-сюда, и это 35 галлонов. (Учтите, это очень высокая гора). Было бы вам странно, если бы ответ на вопрос «каков теоретический расход бензина для перехода из пункта А в пункт Б»? было «это зависит»? Конечно, нет, вы были бы удивлены наоборот. (И все же вы можете представить себе минимальное потребление, которое можно рассматривать как «уникальное», я вернусь к этому позже, когда представлю векторный потенциал).

Кроме того, вы ожидаете, что ваш бензобак наполнится сам, просто спустившись на парковку? Я думаю, вы были бы очень удивлены, если бы это произошло. И все же именно так и происходит с консервативными полями: полный круг даст вам нулевой линейный интеграл. Это нелогичный материал, а не наоборот.

Теория сосредоточенных цепей настолько проста, потому что она основана на этом особом, почти волшебном, виде полей. Теория настолько проста и прекрасна, что многие инженеры не могут отказаться от нее и пытаются использовать ее, даже когда она неприменима. Фундаментальное предположение теории цепей с сосредоточенными параметрами состоит в том, что вы должны уметь определять напряжение между двумя точками независимо от пути. Учитывая приведенное выше определение напряжения, это означает, что

и, в частности, если мы выберем замкнутый путь интегрирования, то есть a = b, циркуляция E должна быть равна нулю.

Оказывается, отсутствие циркуляции электрического поля вдоль любого замкнутого пути является необходимым и достаточным условием существования потенциальной функции. Теперь, поскольку один из основных законов физики, закон Фарадея, гласит, что

из этого следует, что если мы хотим иметь возможность выражать напряжение как независимую от пути разность потенциалов, мы должны избегать областей изменения магнитного потока. Фейнман очень ясно говорит об этом в своих Лекциях: Том II, гл. 22, «Схемы переменного тока» (выделено мной)

_{Предположим, у нас есть схема, состоящая из генератора и нескольких соединенных вместе импедансов, как показано на рис. 22–9. По нашим оценкам, магнитное поле вне отдельных элементов схемы отсутствует .}

_{Следовательно, линейный интеграл E вокруг любой кривой, не проходящей через какой-либо из элементов, равен нулю. Рассмотрим тогда кривую Γ, показанную пунктирной линией, которая полностью огибает цепь на рис. 22–9. Линейный интеграл E вокруг этой кривой состоит из нескольких частей. Каждая часть представляет собой линейный интеграл от одного вывода элемента схемы до другого. Этот линейный интеграл мы назвали падением напряжения на элементе схемы. Тогда полный линейный интеграл представляет собой просто сумму падений напряжения на всех элементах в цепи:}

_{Поскольку линейный интеграл равен нулю, мы имеем, что сумма разностей потенциалов вокруг полного контура цепи равна нулю:}

_{Этот результат следует из одного из уравнений Максвелла — что в области, где нет магнитных полей, линейный интеграл E вокруг любой полной петли равен нулю.}

Итак, KVL — это просто частный случай закона Фарадея, когда электрическое поле ведет себя таким волшебным образом, что пополняет ваш бензобак, когда вы идете с вершины горы обратно на парковку. Если ваш контур цепи включает переменное магнитное поле, вам не повезло: напряжения в вашей цепи не будут иметь уникальных значений для одних и тех же конечных точек, но также будут зависеть от конкретного пути, по которому вы вычисляете линейный интеграл. Но обратите внимание, что Фейнман говорит:

«Согласно нашим оценкам, в области за пределами отдельных элементов схемы магнитное поле отсутствует ».

Так что, похоже, есть место для безумия с магнитным полем. Что ж, в пределах разумного.

Если бы мы полностью избегали областей с переменным магнитным (и смещающим) полем, мы бы застряли в простых резистивных цепях. Давайте посмотрим, сможем ли мы разработать решение, которое учитывает динамические элементы, такие как катушки индуктивности (и конденсаторы), в картину, не отказываясь от простых инструментов, представленных KVL (и KCL). Оказывается, мы можем, если добавим дополнительную оговорку, что вся сумасшествие с переменным полем будет оставлено за пределами пути схемы, заключив его в сосредоточенные компоненты.

Если оставить переменную магнитную область вне пути цепи, это позволит нам определять напряжения в цепи уникальным образом и использовать законы Кирхгофа для вычисления напряжений и токов, как мы это делали с резистивными цепями. Скрывая сложность переменных магнитных (и электрических полей) внутри динамических компонентов, мы можем притвориться, что напряжение на них и ток через них все еще подчиняются правилам Кирхгофа, в то время как на самом деле, глубоко внутри они определяются более общими законами Фарадея-Неймана и Ампера-Максвелла.

Давайте рассмотрим следующую схему с генератором, резистором, катушкой индуктивности и конденсатором вдоль пути, соединяющего все их выводы вместе:

Области переменного магнитного поля обозначены заштрихованными областями и расположены внутри магнитного элемента. Замкнутый путь можно разбить на следующие сегменты:

Теперь, если — как это происходит на этом рисунке — путь схемы не охватывает область переменного магнитного поля, мы можем записать интеграл по пути электрического поля через замкнутый контур abcda и быть уверенным, что он равен нулю. Это условие, необходимое для учета функций напряжения только на конечных точках и для работы KVL (сумма напряжений в замкнутой цепи равна нулю). KVL работает, потому что, не заключая какое-либо переменное магнитное поле в нашу схему Гамма, все напряжения можно считать независимыми от пути, и не имеет значения, как мы интегрируем от одного терминала к другому.

Но действительно ли все напряжения в этой цепи независимы от пути? Ну нет . Мы просто притворяемся, что они есть, закрывая глаза на тех, кто этого не делает.

Оказывается, когда мы сталкиваемся с магнитным компонентом, мы можем выбирать пути, которые идут от одного терминала к другому, входя в область переменного магнитного потока или окружая ее. Напряжение, вычисленное как линейный интеграл вдоль этих путей, обычно зависит от пути.

_{Не все пути, идущие от одного терминала к другому, дают одинаковый результат, если мы войдем внутрь компонента.}

У нас могут быть пути от C к D, пересекающие область переменного магнитного поля, так что есть замкнутые контуры, проходящие от C и D, линейный интеграл которых не равен нулю. Это означает, что мы можем иметь несколько значений для напряжения между C и D. В частности, существуют разные значения для линейного интеграла, идущего от точки C к точке D в пространстве между клеммами (например, напряжение V) и другим, другим значением. для линейного интеграла вдоль пути, который следует за катушкой внутри проводника (и это значение равно нулю).

Но надежда есть. Среди бесконечного числа путей на выбор те, которые не идут внутрь или вокруг запрещенной области (например, обозначенные \$\gamma_1\$, \$\gamma_2\$, и \$\gamma_3\$) все дают один и тот же результат (фактически, выбирая их, мы всегда получаем общий контур цепи, который не будет охватывать область магнитных переменных. )

Итак, если мы рассмотрим путь, соединяющий клеммы, мы достаточно умны, чтобы держаться подальше от области переменного магнитного потока, наш путь цепи будет свободен, и — если мы можем обмануть себя, что напряжение катушки зависит только от конечных точек (это не так!) — мы сможем использовать макетную версию KVL (примерно так же, как прыгая на выводах конденсатора, мы можем использовать макетную версию KCL)

Теперь проблема состоит в том, чтобы найти, что это за одно значение интеграла по пути на любом «безопасном» пути, который идет от одного терминала к другому, не заходя внутрь или вокруг запрещенной зоны магнитного элемента. Оказывается, мы можем легко вычислить это, используя — как вы уже догадались — закон Фарадея.

Поддельная ‘разность потенциалов’ на катушке

Мы собираемся рассмотреть эту часть схемы, в которой мы имеем значение \$B(t)\$или \$\Phi(t)\$ определяется эффектами ядерного взрыва, падающего магнита, другой катушки или даже эльфийской магии (но обратите внимание, что я не рассматриваю случай движущейся катушки — это означает, что мы находимся в системе отсчета, где катушка CD покоится )

Нас интересует линейный интеграл на одном из «безопасных» путей от C к D, который мы будем называть \$\gamma_{term}\$. Мы можем легко вычислить его, рассматривая его как часть замкнутого контура, который окружает область переменного потока, проходя через медь (так что электрическое поле имеет известное или легко вычисляемое значение и направление)

Мы можем разделить линейный интеграл замкнутого контура на его составные части, то есть путь, который соединяет терминалы от C к D ( \$\gamma_{term}\$), а путь, проходящий через медь от D до C ( \$\gamma_{copper}\$):

то, что нас интересует, — это первый интеграл с правой стороны, который соответствует макету «разности потенциалов» на выводах катушки. Мы можем найти это сразу, учитывая, что циркуляция электрического поля по замкнутому контуру имеет значение, заданное законом Фарадея, и что линейный интеграл, проходящий через медь, равен нулю, потому что электрическое поле внутри неподвижного идеального проводника — даже при эффект индукции — равен нулю:

и вот результат нашего макета «разности потенциалов»:

Я заключил «VDC» в кавычки, потому что это не реальная разность потенциалов, поскольку в целом это напряжение зависит от пути, а не только от конечных точек C и D. Но если мы можем убедиться, что мы ссылаемся на пути, которые не соответствуют попадая в кишечник индуктора или вокруг него, мы можем притвориться однозначным.
Напряжение, которое вы видите на выводах индуктора, является производной по времени магнитного потока фи. Знак напряжения зависит от ориентации магнитного поля и от того, как оно изменяется (уменьшается, увеличивается). Если хотите, добавьте, что \$\Phi = L * i\$(и в этом случае, поскольку магнитный поток создается током в самой петле, знак напряжения будет следовать из закона Ленца) или \$\Phi = M * i\$(здесь знак также зависит от того, как вы ориентируете катушки), и вы получаете хорошо известные соотношения для самоиндукции и взаимной индуктивности. Но этот результат также действителен для изменений магнитного поля, вызванных падающим магнитом или ядерным взрывом.

Отсутствие поля в проводнике означает отсутствие нарастания напряжения внутри катушки.

Что нас больше всего интересует, так это то, что, несмотря на напряжение на клеммах, (полное) электрическое поле внутри медного проводника, из которого сделана катушка, равно нулю. Нет, так сказать, «нарастания напряжения». Все напряжение появляется на клеммах. Так выразились Рамо, Уинни и ВанДузер (стр.171 во 2-м издании, выделено мной)

«Напряжение на выводах магнитного элемента зависит от скорости изменения магнитного потока внутри индуктора, показанного на рисунке в виде катушки. Предполагая, что сопротивление проводника катушки незначительно, возьмем замкнутую линию. интеграл электрического поля вдоль проводника катушки, возвращающегося по пути через выводы, рис. 4.2b. Поскольку вклад вдоль части пути, который следует за проводником, равен нулю , все напряжение появляется на выводах ».

Как возможно, чтобы интеграл по траекториям (полного, см. Дальнейшее расширение) электрического поля E был равен нулю внутри проводника катушки, если мы можем измерить напряжение на ее выводах? Что ж, как и в случае электростатической индукции, заряд, который создает поле вне меди, является тем же самым зарядом, который делает его нулевым внутри меди. В электростатическом случае интеграл по траекториям равен нулю как внутри, так и снаружи проводника; в квазистатическом случае индукции в неподвижном проводнике интеграл по путям равен нулю внутри, но отличен от нуля снаружи.

Если вы вычислите линейный интеграл электрического поля, прыгающего по безопасному пути от одного вывода к другому, вы получите ненулевые значения (соответствующие напряжению, которое задается производной по времени от магнитного потока), потому что в целом отсутствует консервативное электрическое поле в пространстве между выводами, но если вы вычислите линейный интеграл от тех же двух конечных точек, войдя внутрь проводника, вы получите ноль, потому что внутри идеального проводника в этих квазистатических условиях нет электрического поля.

Итак, вот и все: несколько значений напряжения между одними и теми же двумя точками во всех ваших цепях с использованием любой формы индуктора.

Уловка, которую мы используем в теории цепей, состоит в том, чтобы просто притвориться, что не видим бесконечного количества значений, которые может иметь линейный интеграл, если мы выберем пути внутри запрещенной области компонента и смотрим только на хорошие пути вне ее, которые последовательно дают одно и то же значение. Забывая, что это только одно значение из многих, мы называем это напряжение «разностью потенциалов», даже если нет никакой потенциальной функции .

Теперь, если бы вы провели измерения напряжения в своей цепи, вы бы получили стабильные результаты, независимо от того, какой путь вы выберете, пока вы остаетесь вне и не обходите запрещенную область внутри магнитного компонента . Именно с этим условием мы можем притвориться, что все еще можем говорить о независимых от пути напряжениях и разностях потенциалов. Работа вашей схемы основана на этом иллюзорном «уникальном» напряжении на выводах индуктора. Но если вы поместите зонды вокруг или внутрь магнитного компонента, вы совершите ошибку при зондировании, потому что вмешательство в запрещенную область разрушит эту иллюзию.

Предварительный просмотр: почему «исправленный KVL» не может работать в кольце Ромера-Левина?

Кольцо Ромера-Левина имеет некоторые общие черты с приведенной выше схемой с сосредоточенными параметрами, но также и некоторые существенные отличия. Как и в схеме с индуктором, внутри проводника отсутствует полное электрическое поле, и все поле E попадает между выводами резисторов (или немагнитных компонентов). Действительно большая разница в том, что теперь это контур цепи, который охватывает область переменного магнитного потока, поэтому мы всегда находимся внутри « запрещенной области », где KVL не работает, и мы не можем « оставаться вне », как мы это делали в случае изолированный магнитный компонент. Поскольку в общем случае линейный интеграл полного электрического поля вдоль любого замкнутого контура не будет равен нулю, но равен минус производной по времени магнитного потока, заключенного на пути, у нас не может быть потенциальной функции. Напряжения в цепи, как правило, зависят от пути , и мы должны ожидать нескольких значений напряжения между двумя точками.

Эта многозначность напряжения не является результатом ошибки измерения, это просто следствие того, что вся цепь находится (окружает) запрещенную зону, и, следовательно, KVL, даже «исправленный», не может там работать. Вы не можете вынуть две клеммы и поместить их в «безопасный» контур цепи, они не будут обходить запретную зону, как мы это сделали для сосредоточенной индуктивности в предыдущей схеме. Более того, если бы вы вычли эффекты индукции, думая, что это и есть хорошее зондирование, вы бы допустили ошибку зондирования. В конечном итоге вы измеряете напряжение, которое не соответствует реальной конфигурации электрического поля в цепи, а соответствует только его части (это показано в части 5, где индуцированное поле вычитается из общего поля).

Что означает «5 + 3 = 8 не 5 + 3 — 8 = 0»?

Если бы мы выбрали переход от одного вывода индуктора к другому, следуя за проводником, нам пришлось бы отказаться от KVL и прибегнуть к более общему закону Фарадея, потому что новый общий контур цепи будет охватывать переменное магнитное поле:

И это правильный способ решения проблем с изменением магнитного потока: 5 + 3 = 8. Он не претендует на то, что напряжение не зависит от пути (это не так), и делает вклад магнитного потока явным в правой части. сторона уравнения.

Но если мы отчаянно хотим снова увидеть наш любимый KVL, мы можем перенести член из правой части в левую, и в итоге мы получим 5 + 3-8 = 0, « исправленную версию » KVL, где макет Напряжение на верхней катушке индуктивности является производной от магнитного потока по времени.
Это удобно, потому что мы можем притвориться, что KVL все еще работает, но это также вводит в заблуждение, потому что кажется, что напряжение не зависит от пути, когда на самом деле это не так.

В кольце Ромера-Левина два (сосредоточенных) резистора размещены внутри катушки, охватывающей область переменного магнитного потока, так что путь цепи охватывает область дБ / dt. Фейнман категоричен: вы не можете использовать теорию сосредоточенных цепей. Левин также непреклонен: вы не можете использовать закон Кирхгофа (он для птиц!), Поэтому нам нужно вернуться к более общему соотношению: закону Фарадея.

Если вы согласитесь с тем, что переменное поле B будет генерировать вращательное поле E, все можно объяснить, посмотрев, как заряды в цепи реагируют на индуцированное поле, изменяют свою конфигурацию и создают другое результирующее электрическое поле внутри и рядом с кольцом.

Если бы вы волшебным образом создали кольцо из медного проводника и два резистора появились внутри этого циркулирующего поля, заряды внутри и на поверхности его частей почти мгновенно перераспределились бы таким образом, чтобы подчиняться закону Ома.

Мы можем получить представление о том, что движет перераспределением заряда, рассмотрев уравнение неразрывности. Смещение заряда — градиенты плотности заряда \$\rho\$- происходит на поверхности также в продольном направлении, везде есть градиенты значений проводимости и проницаемости. Если предположить \$\frac{\partial \rho}{\partial t}=0\$, то уравнение неразрывности принимает вид div j = 0 и, добавляя соответствие к закону Ома, получаем

если \$\sigma\$ зависит от координат, мы можем расширить приведенное выше как

Плотность заряда связана с электрическим смещением, и в среде с относительной проницаемостью \$\epsilon_r\$ мы можем выразить это через электрическое поле как

Избавимся от div E: \$E = j/\sigma\$

А теперь выразим E через \$j = \sigma E\$. Мы находим, что плотность заряда в цепи имеет вид

и мы видим, что плотность заряда при той же плотности тока изменяется в соответствии с градиентами проводимости и проницаемости.

Удачи в решении этого вопроса.

Но когда вы это сделаете, вы увидите, что заряд будет смещен, создавая дополнительное электрическое поле, которое почти полностью нейтрализует тангенциальную часть электрического поля в проводнике. В идеальном проводнике с бесконечной проводимостью тангенциальное поле внутри него было бы равно нулю. При конечном значении сигмы мы получаем результирующее тангенциальное поле E, совместимое с определяющим уравнением \$j = \sigma E\$. (Крошечное поле в меди, большое поле в резистивных материалах.)

Заряды будут распределяться вокруг проводника, чтобы создать очень маленькое, обычно незначительное электрическое поле, направленное в осевом направлении вдоль медного проводника, и они также будут накапливаться на скачках проводимости на крайних значениях резисторов, в основном создавая когерентное напряжение. с законом Ома для результирующего тока.

Подводя итог: если мы будем считать, что плотность тока j одинакова по всей цепи (если взять проводник и резистор одного диаметра, но различаются только материалом), мы увидим очень маленькое электрическое поле внутри высокопроводящей меди ( следовательно, нет распределения мнимых частичных напряжений катушек внутри проводника), большое электрическое поле внутри небольшого резистора (отвечающее за « напряжение » 0,1 В на пути, проходящем через него, знак зависит от направления) и гораздо большее электрическое поле поле внутри большего резистора (отвечающего за «напряжение» 0,9 В на пути, проходящем через него). Сумма всех напряжений в контуре (обратите внимание, что они имеют определенные значения, потому что я указываю путь) не равна нулю , а равна 1 В, как предсказано законом Фарадея.

Обратите внимание, что на рисунке выше нет датчиков . Все показанные напряжения однозначны, потому что мы вычисляем их, определяя путь вдоль цепи (опять же, мы должны указать путь, потому что в неконсервативных полях такие интегралы зависят от пути). Тот факт, что мы находим два разных значения напряжения между A и B (а именно 0,9 В и -0,1 В), является ожидаемым следствием того факта, что весь путь цепи охватывает область переменного магнитного поля, и, таким образом, обычная теория цепей является непригодный.

Итак, ответ на ваш вопрос «какое теоретическое напряжение между точками A и B?» это « зависит от того , по какому пути вы хотите вычислить?».

(Остальное пришлось удалить, публикация слишком длинная)

СГА ответы Комбат бесплатно — 7172.01.01;МТ.01;1

Устройство, которое служит для возбуждения звуковых волн под действием переменного электрического тока, меняющегося со звуковой частотой, называется
В катушке сила тока равномерно увеличивается со скоростью 3 А/с. При этом в ней возникает ЭДС самоиндукции 15 В. Энергия магнитного поля катушки при силе тока в ней 4 А равна __ Дж
В магнитном поле находится несколько витков провода, замкнутых на резистор. Если магнитный поток равномерно увеличивать от нуля до значения Ф0 сначала за время t, а потом за время 4t, то сила тока в резисторе во втором случае будет в
В опыте Эрстеда наблюдается следующие
В проводнике индуктивностью 50 мГн сила тока в течение 0,1 с равномерно возрастает с 5 А до некоторого конечного значения. При этом в проводнике возбуждается ЭДС самоиндукции, равная 5 В. Конечное значение силы тока в проводнике — ____ А
Вектор индукции однородного магнитного поля направлен вертикально вверх. Если влияния силы тяжести не учитывать, то в вакууме электрон, вектор скорости которого перпендикулярен вектору магнитной индукции, будет двигаться
Вектор индукции однородного магнитного поля направлен вертикально вверх. Если влияния силы тяжести не учитывать, то первоначально неподвижный электрон будет двигаться в этом поле
Движением электронов в телевизионных электронных трубках управляют с помощью силы
Движущийся электрический заряд создает __________ поле
Диамагнетиками называются вещества, у которых магнитная проницаемость имеет величину
Если масса частицы не изменяется, то при движении заряженной частицы в однородном магнитном поле перпендикулярно вектору индукции при увеличении ее энергии в 4 раза, радиус траектории
Если масса частицы не изменяется, то при движении заряженной частицы в однородном магнитном поле перпендикулярно вектору индукции при уменьшении ее энергии в 4 раза, радиус траектории
За 5 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличился от 3 до 8 Вб. При этом значение ЭДС индукции в рамке равна ___ В
Магнитное взаимодействие длинных прямолинейных проводников с током определяется формулой
Магнитное взаимодействие токов наблюдается при условии, что проводники с током
Магнитный поток, пронизывающий плоское проволочное проводящее кольцо в однородном поле, нельзя изменить
Максимального значения сила Лоренца достигает при движении частицы ______ вектору индукции магнитного поля
Между пластинами конденсатора перпендикулярно линиям напряженности электрического поля Е движется пучок электронов со скоростью v. Для компенсации отклонения электронного пучка электрическим полем в случае, если вектор индукция магнитного поля В перпендикулярен вектору скорости v, значение индукции В должно быть равно
Модуль силы магнитного взаимодействия длинных прямолинейных проводников с током определяется законом
Намагниченная область вещества, в которой электроны-магнетики располагаются упорядоченно без внешнего магнитного поля, называется
Направление движения проводника с током в магнитном поле можно изменить, если
Однородное магнитное поле с индукцией 4 Тл действует на прямолинейный проводник длиной 20 см с током 10 А, расположенный перпендикулярно вектору индукции, с силой_____ Н
Парамагнетиками называются вещества, у которых магнитная проницаемость, имеет величину
По силе магнитного взаимодействия прямолинейных параллельных проводников длиной 1 м на расстоянии 1 м определяется единица физической величины, которая называется
Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током объясняется тем, что на нее действует
После того, как намагничивающее поле выключено, сохраняют намагниченное состояние
После того, как намагничивающее поле выключено, ферромагнетики ____ намагниченное состояние
Постоянные магниты изготавливают из
Поток вектора магнитной индукции В через рамку, площадь которой равна 0,02 м2, а плоскость расположена под углом 60° к вектору В, при В = 0,05 Тл равен ____ мВб
При увеличении в 2 раза индукции однородного магнитного поля и площади неподвижной рамки поток вектора магнитной индукции
Примером применения на практике силы, действующей на провод с током в магнитном поле, может служить
Проволочное кольцо покоится в магнитном поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости кольца. В первый промежуток времени проекция вектора магнитной индукции на некоторую фиксиро­ванную ось линейно растет от В0 до 5В0, во второй — за то же время уменьшается от 5В0 до 0, затем за третий такой же промежуток времени уменьшается от 0 до –5В0: Направление тока в кольце совпадают на следующих отрезках времени
Протон, влетевший со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору индукции В, вращается по окружности радиуса R с периодом Т. Радиус обращения ядра атома гелия, влетевшего таким же образом в это магнитное поле, будет равен ___ R
Протон, влетевший со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору индукции В, вращается по окружности радиуса R с периодом Т. Период обращения ядра атома гелия, влетевшего таким же образом в это магнитное поле, будет равен ____ Т
Сила Лоренца не действует на заряженную частицу, если она движется ______ индукции
Сила Лоренца сообщает частице, летящей в магнитном поле
Сила Лоренца, действующая на электрон, движущийся со скоростью 107 м/с по окружности в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,5 Тл, равна __ Н
Угол между проводником с током и на­правлением вектора магнитной индукции однородного магнитного поля увеличивается от 30 до 90°. Сила Ампера при этом
Устройством, в котором используется явление возникновения силы, действующей на проводник в магнитном поле, при прохождении через проводник электрического тока, является
Ферромагнетики, у которых остаточная намагниченность велика, называют магнитно
Ферромагнетики, у которых после выключения внешнего магнитного поля остается небольшая намагниченность, называют магнитно-
Формула для определения объемной плотности энергии магнитного поля имеет вид
Частица с электрическим зарядом 1,6 • 10–19 Кл движется в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл со скоростью 100 000 км/с, вектор скорости направлен под углом 30° к вектору индукции. Магнитное поле действует на частицу с силой ___ Н
Четыре химических элемента — железо, кобальт, никель и гадолиний относятся к
ЭДС индукции, генерируемая в покоящейся рамке, зависит только от
Электрон под действием однородного магнитного поля вращается по окружности радиусом R с периодом Т. При увеличении индукции магнитного поля в два раза периода обращения электрона по окружности станет равен
Электрон под действием однородного магнитного поля вращается по окружности радиусом R с периодом Т. При увеличении индукции магнитного поля в два раза радиус окружности станет равен
Явлением электромагнитной индукции объясняется процесс
В громкоговорителе сила _________ вызывает колебания катушки и связанной с ней диафрагмы
В замкнутом проводящем контуре, который пронизан магнитным потоком, индукционный ток возникает при ___________ магнитного(ом) потока(е)
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается __________ к окружности вокруг проводника
В пространстве, окружающем движущиеся электрические заряды, возникает ______поле
В случае движения постоянного магнита из замкнутой катушки магнитный поток_____
Вебер является единицей измерения
Вектор магнитной индукции определяется ________ магнитного поля
Величина магнитного потока через замкнутый контур определяется формулой
Величина, зависящая от значений вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром, называется
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов характеризуется действием электрических сил, которые определяются законом
Взаимодействия между движущимися электрическими зарядами являются ______ взаимодействия
Возникающее при изменении магнитного поля электрическое поле является
Возникновение электрического тока в проводящем контуре, который движется в постоянном магнитном поле, называется явлением
Генри является единицей измерения
Для определения направления вектора магнитной индукции используется правило
Для определения направления вектора магнитной индукции используется _____ стрелка
Для прямого проводника с током линии магнитной индукции представляют собой
Единица измерения индуктивности называется
Единица магнитной индукции называется
Единицей магнитного потока является
Если в проводниках текут электрические токи одного направления, то проводники
Если в проводниках текут электрические токи противоположного направления, то проводники
Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида при постоянном токе в соленоиде в основном
Если подвесить на гибких проводах рамку с током между полюсами постоянного магнита, то рамка повернется так, что плоскость ее установится _________ к линиям магнитной индукции
Если проводник движется в постоянном во времени _________ поле, то в нем возникает ЭДС электромагнитной индукции
Если проводники с током сплести вместе, то результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет
Если скорость заряженной частицы в однородном магнитное поле постоянна и перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то траектория частицы – это
Железный сердечник, введенный в катушку с током, во много раз _______ создаваемое катушкой магнитное поле
За направление вектора магнитной индукции принимается направление ____ магнита
Изменяясь во времени, магнитное поле порождает
Индуктивность проводника ______ магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник
Индуктивность проводника _________ тока в проводнике
Индукционные токи, возникающие в сплошных плоских проводниках, перемещающихся в магнитном поле, называются токами
Индукционный ток в ________контуре возникает при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих этот контур
Индукционный ток своим __________ препятствует изменению магнитного потока, вызывающего данный ток
Коэффициент пропорциональности между током в проводящем контуре и магнитным потоком, пронизывающим этот контур, называется ___ контура
Линии индукции магнитного поля тока представляют собой _________ кривые
Линии магнитной индукции однородного магнитного поля
Линии напряженности вихревого электрического поля
Линия, по касательной к которой расположен вектор магнитной индукции в данной точке поля, называется линией
Магнитная индукция является
Магнитная проницаемость среды определяется по формуле
Магнитная сила, действующая на проводник с током, достигает максимального значения, когда магнитная индукция ________ проводнику
Магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями называется
Магнитное поле существует _________ пространства, окружающего проводник с током или постоянный магнит
Магнитные материалы, в которых при перемагничивании не возникают вихревые токи, называются
Магнитные поля, созданные движущимися электронами в атомах и молекулах, имеют
Магнитные свойства любого тела определяются ____ электрическими токами внутри него
Магнитный поток 30 мВб, пронизывающий замкнутый контур,убывает до нуля 1,5 · 10 -2 с. Если сопротивление контура равно 4 Ома, сила тока, возникающего в контуре, равна __ А
Магнитный поток определяется числом линий __________, пронизывающих площадь замкнутого контура
Максимальным магнитным потоком через площадь замкнутого контура называют величину, равную ________ модуля вектора магнитной индукции и площади контура
Микроскопические токи, которые возникают в результате движения электронов в атомах и молекулах вещества, называются _________ токами
Модуль вектора магнитной индукции определяется формулой
Модуль вектора магнитной индукции проводника с током зависит от
Направление вектора силы Ампера определяется правилом
Направление индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при его движении в магнитном поле определяется правилом
Направление силовых линий электрической напряженности совпадает с направлением
Особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами, называется __ полем
Отношение заряда частицы к ее массе называется _________ зарядом
Переменное электрическое поле порождает магнитное поле согласно гипотезе
Под действием силы Лоренца меняется _________ частицы
Постоянные магниты создают___поле
Поток магнитной индукции характеризует распределение _____ поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром
Предельная температура, выше которой исчезают ферромагнитные свойства магнитных материалов, называется температурой
При введении постоянного магнита в замкнутую катушку магнитный поток
При возрастании температуры ферромагнетики _________ ферромагнитные свойства
При движении проводника в магнитном поле перемещение зарядов внутри проводника и ЭДС индукции вызывает сила
При изменении силы тока в проводнике в нем возникает вихревое _________ поле
При намагничивании тела изменение индукции магнитного поля вещества происходит
Проводник с запасом свободных электронов позволяет обнаружить возникающее __________ поле, которое приводит в движение свободные электроны
Процесс превращения звуковых колебаний воздуха в колебания электрического тока осуществляется при помощи
Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного заряда на замкнутом пути
Радиус окружности , по которой движется заряженная частица в однородном магнитном поле, равен
Сила индукционного тока в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения
Сила Лоренца действует в магнитном поле на _________ частицу
Сила тока, равная 1 А , создает в контуре магнитный поток, равный 1 Вб, индуктивность контура равна 1
Сила тока, создающего магнитный поток 2 · 10 –2 Вб в контуре индуктивностью 5 мГн, равна ___ А
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой
Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу, называется силой
Силовая характеристика электрического поля называется
Силовая характеристика магнитного поля называется
Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называются
Скоростью изменения магнитного потока через замкнутый контур определяется
Сопротивление проводника _________ при изменении магнитного потока
Тесла является единицей измерения
Устройство, предназначенное для преобразования электрического напряжения, называется
Ферромагнетики теряют свои ферромагнитные свойства при _________ температуры(е)
Физическая величина, равная отношению индукции магнитного поля в однородной среде к индукции магнитного поля в вакууме, называется ____ проницаемостью среды
Формула для определения силы Лоренца имеет вид
Формула для ЭДС индукции в любом проводнике длиной l, движущегося со скоростью в однородном магнитном поле, имеет вид
Энергии, заключенная в единице объема пространства, где распределяется магнитное поле, называется _________ плотностью энергии магнитного поля
ЭДС самоиндукции в проводящем контуре определяется равенством
Электрическая сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна
Электрические и магнитные поля являются проявлением единого целого _______ поля
Энергия магнитного поля катушки индуктивностью 2 Гн при силе тока 200 А равна __ Дж
Энергия магнитного поля проводника с током прямо пропорциональна ______ силы тока
Энергия магнитного поля электрического тока определяется по формуле
Явление возникновения ЭДС индукции в проводнике, по которому идет переменный ток, называется

КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ

Энергетика КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ

просмотров — 2332

ПРИБОРЫ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

Катушка зажигания предназначена для формирования тока высокого напряжения (порядка 20…35 кВ) с целью образования искры между электродами свечи зажигания и воспламенения рабочей смеси в двигателœе внутреннего сгорания.

Устройство катушки зажигания

Катушка зажигания представляет собой повышающий трансформатор, который имеет магнитопровод (сердечник) и две обмотки. По конструкции магнитной цепи катушки зажигания разделяются на два типа: с разомкнутым и замкнутым магнитопроводом. В катушках с разомкнутой магнитной цепью магнитный поток большую часть пути проходит по воздуху, а в катушках с замкнутой магнитной цепью основную часть пути магнитный поток проходит по стальному сердечнику и только несколько десятых долей миллиметра – по воздуху. Конструкции катушек с разомкнутым и замкнутым магнитопроводами существенно различаются.

Обмотки катушки зажигания могут иметь как автотрансформаторную (с общей точкой), так и трансформаторную связь. Примеры схем соединœений первичной I и вторичной II обмоток приведены на рисунке 6.3, а-в.

Автотрансформаторная связь упрощает конструкцию и технологию изготовления катушки, а также незначительно увеличивает вторичное напряжение. Трансформаторная связь обычно применяется в катушках электронных систем зажигания во избежание опасных воздействий всплесков напряжения на электронные элементы.

Устройство типовой катушки зажигания с разомкнутым магнитопроводом приведено на рисунке 6.4, где 1 – керамический изолятор; 2 – корпус; 3 – изоляционная конденсаторная бумага обмоток; 4 – первичная обмотка; 5 – вторичная обмотка; 6 – изоляция между обмотками; 7 – клемма вывода первичной обмотки; 8 – контактный винт; 9 – центральная клемма для провода высокого напряжения; 10 – крышка; 11 – клемма подвода питания; 12 – контактная пружина; 13 – каркас вторичной обмотки; 14 – наружная изоляция первичной обмотки; 15 – скоба крепления; 16 – наружный магнитопровод; 17 – сердечник. Такую или аналогичную конструкцию имеют катушки Б114, Б115, Б117, 27.3705.

Сердечник катушки зажигания состоит из пакета пластин электротехнической стали. На нем расположены две обмотки: низковольтная первичная I и высоковольтная вторичная II (рисунок 6. 5). Вторичная обмотка намотана на изоляционную втулку проводом 0,06…0,09 мм. Число ее витков лежит в пределах 14-40 тысяч. Поверх вторичной через изоляционную прокладку намотана первичная обмотка. Обмотка имеет несколько сотен витков провода диаметром 0,5…0,9 мм. Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки принято называть коэффициентом трансформации катушки зажигания. Его значение лежит обычно в пределах от 70 до 230.

Обмотки с сердечником помещены в кожух (корпус), от которого сердечник изолирован керамическим изолятором. Рядом с кожухом располагается витой наружный магнитопровод, увеличивающий индуктивность катушки. Крышка катушки зажигания имеет две низковольтных клеммы и вывод для подключения высоковольтного провода (в виде латунной вставки). На низковольтные клеммы выведены концы первичной обмотки. Οʜᴎ могут обозначаться следующим образом: первый (совместный) вывод: «Б», «+» или «15», а второй: «К», «–» или «1». К высоковольтной клемме через пружину подключен один из выводов вторичной обмотки.

В ряде конструкций катушек зажигания вывод вторичной обмотки соединœен с центральной для провода высокого напряжения через центральный стержень магнитопровода. Чтобы данный сердечник не имел электрического контакта с корпусом и был жестко зафиксирован в корпусе, снизу установлен изолятор (керамическая опора).

Соединœение крышки с корпусом выполнено завальцовкой, что делает конструкцию герметичной и неразборной, причем внутренняя полость катушки для улучшения охлаждения заполнена трансформаторным маслом. В связи с этим катушки такого типа называются маслонаполненными.

В некоторых системах зажигания с катушкой зажигания используется добавочный резистор. В этом случае катушки рассчитаны на рабочее напряжение 6…8 В. При пуске двигателя, когда напряжение аккумуляторов батареи подсаживается нагрузкой, резистор закорачивается вспомогательными контактами тягового релœе стартера или контактами дополнительного релœе включения стартера. Во время работы двигателя он включен последовательно с первичной обмоткой и гасит избыточное напряжение. Добавочный резистор может крепиться как на самой катушке, так и отдельно от нее.

На рисунке 6.6 показана конструкция сухой катушки зажигания 29.3705, где 1 – изоляционная пластмасса; 2 – вторичная обмотка; 3 – первичная обмотка; 4 – выводы первичной обмотки; 5 – сердечник; 6 – выводы вторичной обмотки. В данной катушке обмотки пропитаны эпоксидным компаундом и вместе с сердечником опрессованы морозостойким полипропиленом, который собственно и образует корпус. Катушка 29.3705 является двухвыводной (схема соединœений ее обмоток показана на рисунке 6.3, в) и предназначена для бесконтактного распределœения высокого напряжения.

Рисунок 6. 6 – Конструкция катушки зажигания 29.3705	Рисунок 6.7 – Конструкция катушки зажигания 3112.3705

Катушки с замкнутым магнитопроводом получают в последнее время всœе большее распространение. Наличие замкнутого магнитопровода позволяет накопить необходимую для воспламенения рабочей смеси энергию в значительно меньшем объеме катушки, снизить расход обмоточной меди и трудоемкость изготовления. Кроме этого магнитные силовые линии замыкаются практически только по сердечнику и не излучаются в пространство, благодаря этому уменьшаются радиопомехи. Но данный магнитопровод только условно можно назвать замкнутым, так как в нем имеется воздушный зазор 0,3…0,5 мм. Он препятствует насыщению сердечника, сдерживающего изменение магнитного потока.

На рисунке 6.7 приведена конструкция одновыводной катушки зажигания 3112.3705. Ее сердечник образован Ш-образными пластинами электротехнической стали. На среднем стержне расположен пластмассовый корпус с обмотками. При этом вторичная обмотка намотана на многосœекционный каркас (что уменьшает ее емкость и снижает вероятность межвиткового пробоя), а первичная размещена внутри каркаса. Обе обмотки залиты эпоксидным компаундом.

Катушка в сборе с обмотками и выводами представляет собой магнитную конструкцию с высокой стойкостью к механическим, электрическим и климатическим воздействиям.

Аналогичную, но двухвыводную конструкцию имеет катушка зажигания 3009.3705.

В микропроцессорных системах зажигания применяются четырехвыводные катушки зажигания. Конструкция катушки зажигания, электрическая схема которой приведена на рисунке 6.8, а, состоит из двухвыводных катушек, собранных на общем Ш-образном магнитопроводе (на крайних стержнях). В ней общим элементом является средний стержень магнитопровода, а взаимное влияние двух катушек друг на друга исключается с помощью воздушных зазоров (1…2 мм) на крайних стержнях, чем увеличивается магнитное сопротивление в магнитопроводе и достигается развязка каналов. В четырехвыводных катушках, имеющих первичную обмотку, разделœенную на две части, работающие попеременно, в катушку вставляются высоковольтные разделительные диоды (рис. 6.8, б).

Принцип работы катушки зажигания

Для принудительного воспламенения рабочей смеси в камере сгорания бензинового двигателя требуется электрическая искра между электродами свечи зажигания. Искра образуется в результате подачи импульса тока высокого напряжения на электроды свечи от катушки зажигания.

Пример подключения катушки зажигания в классической системе зажигания показан на рисунке 6.9, где 1 – выключатель зажигания, 2 – катушка зажигания, 3 – распределитель напряжения, 4 – высоковольтные провода, 5 – свечи зажигания, 6 – конденсатор, 7 – аккумуляторная батарея, 8 – генераторная установка.

Первичная обмотка катушки зажигания через контакты прерывателя (или силовой транзистор коммутатора в электронной системе зажигания) соединœена с аккумуляторной батареей. Для уменьшения обгорания контактов прерывателя из-за возможного искрообразования, а также для повышения скорости нарастания вторичного напряжения параллельно контактам прерывателя включается конденсатор . Емкость данного конденсатора лежит в пределах 0,17…0,35 мкФ (для автомобилей ВАЗ – 0,20…0,25 мкФ). В ряде систем зажигания в этой цепи еще присутствует добавочный резистор, предназначенный для ограничения тока в первичной обмотке катушки зажигания после пуска двигателя. Вторичная обмотка через ротор распределителя и высоковольтные провода соединœена со свечами зажигания.

Рабочий процесс, протекающий в классической системе зажигания, можно разбить на три этапа: замыкание контактов прерывателя, размыкание контактов прерывателя и искровой разряд между электродами свечи.

При замыкании контактов прерывателя первичный ток катушки нарастает в соответствии с формулой:

.

где	–напряжение бортовой сети автомобиля; –активное сопротивле­ние первичной цепи; –индуктивность первичной цепи.

За время замкнутого состояния контактов первичный ток достигает значения, называемого током разрыва , а энергия, запасенная в магнитном поле катушки зажигания, определяется как:

,

При размыкании цепи первичной обмотки прерывателœем магнитное поле исчезает, при этом его силовые линии пересекают витки обмоток и в них индуцируются ЭДС: в первичной обмотке – до 300 В, а во вторичной – до 15…25 кВ. Значения ЭДС зависят от скорости изменения магнитного потока , где – число витков обмотки.

График вторичного напряжения (при отсутствии искрового разряда между электродами свечи) показан на рисунке 6.10, кривая 1.

Для оценки возможного максимального значения вторичного напряжения служит уравнение баланса энергий в колебательном контуре. В момент, когда первичный ток после размыкания контактов уменьшается до нуля, практически вся энергия, запасенная в катушке, перейдет в емкости первичной и вторичной цепей и , а часть энергии выделится в виде тепла:

.

В случае если учесть тепловые потери в активных сопротивлениях первичной и верхней цепей, в сопротивлении нагара , шунтирующий искровой промежуток, а также в сердечнике катушки при перемагничивании , то:

,

На практике для учета потерь вводят дополнительный сомножитель – коэффициент затухания (для контактных систем зажигания 0,75. ..0,85).

Из формулы видно, что максимальное значение вторичного напряжения зависит как от параметров катушки зажигания, так и других факторов: напряжения питания первичной цепи , емкости конденсатора , распределœенной емкости вторичной цепи и частоты вращения коленчатого вала, определяющего время замкнутого состояния контактов .

Уменьшение сопротивления увеличивает , но при этом возрастает ток разрыва . В классической системе зажигания ток разрыва не должен превышать 3,5-5 А, в противном случае работа контактов будет ненадежной (хотя и уменьшение тока меньше 1 А недопустимо, т.к. перестанут самоочищаться контакты прерывателя). Вторичное напряжение пропорционально индуктивности , но и здесь есть ограничение – с ее увеличением уменьшается скорость тока в первичной обмотке и сила тока разрыва. Обычно не превышает 10…11 мГн. Уменьшение емкости конденсатора до некоторого значения приводит к увеличению , но дальнейшее изменение вызывает усиление искрения контактов прерывателя. Наиболее эффективное значение находится в пределах 0,2-0,35 мкФ. Уменьшение емкости ограничено конструкцией и технологией изготовления высоковольтных элементов.

Время замкнутого состояния контактов прерывателя зависит от частоты вращения коленчатого вала. С ее увеличением значение вторичного напряжения снижается. Для примера на рис. 6.11 показана зависимость от частоты вращения коленчатого вала двигателя для катушки зажигания Б117-А при шунтирующей нагрузке 1 МОм.

В случае если катушка нагружена на свечу зажигания, то при достижении некоторого напряжения между электродами свечи начинается ударная ионизация и проскакивает искра. Искра нагревает обволакивающую ее горючую смесь до температуры воспламенения, и пламя распространяется по всœему объему камеры сгорания. В этом случае сопротивление нагрузки катушки зажигания резко уменьшается и вторичное напряжение падает. Зависимость вторичного напряжения от времени при пробое искрового промежутка в свече зажигания показана на рисунке 6.10, кривая 2.

В установившемся режиме для воспламенения смеси требуется весьма незначительная энергия 10…15 мДж и пробивное напряжение не более 10…14 кВ. В целях же получения более надежного зажигания смеси при любых условиях применяют системы зажигания с напряжением более 25 кВ и энергией более 40 мДж.

При работе свечи зажигания на ее изоляторе от нагара образуются токопроводящие мостики, шунтирующие искровой промежуток. Это приводит к уменьшению сопротивления нагрузки катушки зажигания и снижению ее вторичного напряжения. На рисунке 6.10 показана зависимость вторичного напряжения от времени при шунтирующем сопротивлении порядка 0,2 МОм (кривая 3).

Обозначение катушек зажигания

Ранее катушки зажигания обозначались буквой «Б», номером модели и ее модификацией. К примеру, Б117-А. Теперь используется цифровое обозначение вида ХХХХ.3705, где первые две цифры соответствуют номеру модели, третья цифра – модификации, а четвертая – исполнению (в ряде случаев третья и четвертая цифры могут отсутствовать). Так 3112.3705 — ϶ᴛᴏ катушка зажигания 31 модели, первой модификации и общеклиматического исполнения.

Технические конструкторские данные катушек зажигания

К основным техническим параметрам катушек зажигания относятся:

Особенности работы катушек зажигания

Параметры и характеристики катушек зажигания, предназначенных для работы в классической (КСЗ) и электронной (ЭСЗ) системах зажигания различаются. Это накладывает определœенные ограничения по их замене. Так, к примеру, сравнив значения сопротивлений первичных обмоток катушек зажигания 27.3705, 29.3705 (ЭСЗ) и Б117-А (КСЗ), можно отметить, что у последней сопротивление в несколько раз больше. Следовательно, при использовании в классической системе зажигания, где ток 3…5 А, катушки от ЭСЗ получится, что ток в первичной обмотке будет около 25…30 А. А так как катушка зажигания для систем высокой энергии рассчитана обычно на работу до 10 А, то она через неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ время выйдет из строя. В электронных системах зажигания возможно применение катушки от КСЗ, но высокого напряжения энергии зажигания получить не удастся. Замена одной катушки на другую при существенном различии их параметров (более 10…15%) недопустима.

Ряд катушек зажигания (к примеру, Б114, Б115 и Б116) из-за невысоких характеристик электростартерной системы используют добавочный резистор никелœевой или константановой проволоки. Их первичная обмотка подключается (клемма «ВК») к аккумуляторной батарее через выключатель стартера. При пуске двигателя (из-за значительного потребления стартером тока АКБ) напряжение питания понижено, но меньшее сопротивление первичной обмотки катушки обеспечивает требуемый ток в первичной обмотке и напряжение на вторичной. После запуска питание к катушке поступает от выключателя зажигания через дополнительный резистор (клемма «ВКБ»). Дополнительный резистор из никелœевой проволоки не только ограничивает ток в первичной обмотке, но также является вариатором (ᴛ.ᴇ. в зависимости от нагрева изменяет свое сопротивление). При малых оборотах двигателя ток успевает достичь большой величины, что нежелательно, так как начинают усиленно обгорать контакты прерывателя и чрезмерно возрастает вторичное напряжение. С нагревом же вариатор увеличивает сопротивление и уменьшает ток. К примеру, добавочный резистор для катушки Б115-В изменяет свое сопротивление от 1,7 до 4,5 Ом, что ограничивает ток в обмотке около 3 А.

Катушки зажигания при работе нагреваются и при неправильной эксплуатации (к примеру, при длительной работе катушки с закороченным дополнительным резистором, несоответствии типа катушки типу системы зажигания, неполном вводе наконечников высоковольтных проводов в отверстия выводов крышки распределителя и др. ) возможен ее перегрев. При перегреве катушки возможен пробой изоляции вторичной обмотки. В этом случае при каждом размыкании контактов прерывателя внутри катушки будет происходить искровой разряд, вызывающий перебои в работе свечей. Тепловое разрушение изоляции витков первичной обмотки часто может привести к межвитковому замыканию проводов. Это уменьшит сопротивление цепи и приведет к увеличению силы тока первичной обмотки и еще большему перегреву катушки.

На работоспособность катушки в системе зажигания влияют, не только ее параметры, но и внешнее состояние. Почерневшая латунная клемма в отверстии катушки зажигания приведет к увеличению проходного сопротивления, а значит – к понижению вторичного напряжения. Кроме этого из-за плохого контакта центральной клеммы и наконечника провода высокого напряжения может начаться стекание тока (по пути: латунная часть вывода – пластмассовая стенка отверстия – наружная часть крышки – клемма “К” – провод низкого напряжения – подвижный контакт прерывателя). В этом случае край отверстия в пластмассовой крышке катушки зажигания постепенно будет «обугливаться», сопротивление пластмассы понижаться, а путь для стекания тока становиться короче. В итоге в крышке катушки от края отверстия к клемме “К” может образоваться прожог или поверхностная трещина, что приведет к снижению надежности всœей системы зажигания (при повышенной влажности двигатель может не только не запускаться, но и заглохнуть на ходу).

Контрольные вопросы:

1. Каково назначение катушки зажигания?

2. Как устроена катушка зажигания?

3. Какими параметрами характеризуется катушка зажигания?

4. Каковы достоинства и недостатки катушек с разомкнутым и замкнутым магнитопроводом?

5. Каков принцип работы катушки зажигания? Что влияет на значение вторичного напряжения катушки зажигания?

6. Какие факторы обуславливают выбор катушки зажигания для конкретного двигателя?

7. Как маркируются катушки зажигания?

8. Как провести проверку пригодности катушки зажигания перед установкой на двигатель?

9. Можно ли использовать катушки от систем зажигания высокой энергии в классической системе зажигания?

10. Можно ли использовать катушки, применяемые в классической системе зажигания для систем зажигания высокой энергии?

11. Какую энергию запасет катушка зажигания с = 10 мГн, =3 Ом, =0,85 при =12 В, = 1000 об/мин в классической системе зажигания четырехцилиндрового двигателя?

12. Какую энергию запасет катушка зажигания с = 6 мГн, =0,4 Ом, =0,9 при =12 В, = 1000 об/мин в электронной системе зажигания четырехцилиндрового двигателя?

Читайте также

Общая физика II

Глава 31

Вопросы 2, 5, 7, 9, 12, 14,
15

Проблемы: 1, 3, 6, 7, 17, 20

Q2 Проволочная петля помещена в однородную магнитную
поле. При какой ориентации петли магнитный поток максимален?
Для какой ориентации поток равен нулю?

Магнитный поток максимален, когда магнитное поле
B перпендикулярно петле провода, как показано на схеме здесь:

Магнитный поток минимален — фактически равен нулю — когда
магнитное поле B параллельно петле провода, как на диаграмме
здесь:

Для иллюстрации мне показалось лучше нарисовать это почти
параллельно, а не ровно параллельно.

Q5 Стержень на рис. 31.24 движется по рельсам к
вправо со скоростью v , а однородное постоянное магнитное поле
направляется за пределы страницы. Почему индуцированный ток по часовой стрелке ?
Если бы полоса двигалась влево, каково было бы направление
индукционный ток?

Существует магнитная сила из-за движения через магнитный
поле.

F _{магазин} = q v
х В

дает вектор вниз для положительного заряда (и
вектор вверх для отрицательного заряда).Течение направлено в сторону
движение положительного заряда.

, так что это означает, что ток течет по движущейся полосе,
влево по нижнему проводнику, вверх через резистор и к
справа по верхнему проводнику. Это по часовой стрелке
течь по всему контуру.

При изменении направления скорости

, который меняет все.Теперь вектор v x B
указывает вверх. Это направление магнитной силы на положительный
обвинение.

, так что это означает, что ток течет вверх в движущемся проводнике.
Для замыкания цепи ток должен течь слева в верхней
проводник, вниз через резистор и вправо в нижнем проводнике.
Это означает против часовой стрелки
ток во всей цепи.

Q7 Большая круглая проволочная петля лежит на горизонтальной
самолет. Через петлю опускают стержневой магнит. Если ось магнита
остается горизонтальной при падении, опишите ЭДС, индуцируемую в контуре.
Как изменится ситуация, если ось магнита останется вертикальной?
как падает?

Когда стержневой магнит падает горизонтально — ну, он падает
вертикально, но он лежит в горизонтальном положении — во всяком случае, когда он
падает, как показано здесь, поток через горизонтальную катушку будет небольшим.Поток мал, потому что магнитное поле почти параллельно
катушка и направление магнитного поля таково, что если учесть
компонентов, перпендикулярных катушке, примерно столько же положительного
поток как отрицательный поток. Таким образом, если поток мал, изменение потока будет
тоже быть маленьким.

Однако при падении магнита, как показано здесь, с
его ось вертикальна, поток через катушку намного больше, поэтому
изменение потока также будет больше.

Q9 Уилл опускает магнит в длинную медную трубку
создать ток в трубке?

Да, это интересная и полезная демонстрация.

Q12 Что происходит, когда скорость, с которой катушка
генератора вращается увеличивается?

Увеличение скорости увеличивает скорость, с которой
поток изменяется так, что увеличивается ЭДС или напряжение!

Q14 Когда переключатель на рис. 31.25а закрыто, а
в катушке установлен ток, а металлическое кольцо пружинит вверх, как показано на рисунке.
31.25б. Почему?

Изменение тока в катушке вызывает изменение магнитного поля.
поле в железном ядре. Это изменяющееся магнитное поле вызывает индуцированное
напряжение и ток в металлическом кольце. По закону Ленца это наведенное напряжение
или ток создаст магнитное поле в направлении, противоположном
магнитное поле в железном сердечнике.Эти два поля отталкивают друг друга!

Q15 Предположим, что батарея на рис. 31.25а заменена.
источником переменного тока, а переключатель удерживается замкнутым. Если удерживать, металл
кольцо в верхней части соленоида становится горячим. Почему ?

В приведенном выше объяснении просто говорится «изменяющийся ток».
и «изменяющееся магнитное поле». Они могут измениться, потому что они
идут от нуля до некоторого значения, или они могут меняться, потому что они
являются частью цепи переменного тока (ac). Результат именно
то же.

Если продолжать удерживать кольцо в чередующемся (сменном)
магнитное поле, в нем будет продолжаться ток. Токи производят
нагревать!

31,1 Прямоугольная катушка с 50 витками размером 5,0 см x 10,0
cm сбрасывается с позиции, где B = 0, на новую позицию, где B
= 0,50 Тл и направлен перпендикулярно плоскости катушки.Рассчитать
результирующая средняя ЭДС, индуцируемая в катушке, если происходит смещение
через 0,25 с.

= — N d/dt = —
Н/т

= _ф
— _и

_я
= 0

_ф
= [0,5 Тл] [(0,05 м)(0,10 м)] = 0,0025 Тл-м ²

= _ф
— _и
= 0. 0025 Т-м ²

= — N d/dt = —
Н/т
= — (50)(0,0025/0,25) В

= — 0,50 В

31,3 Мощный электромагнит с полем 1,6 Тл и поперечным сечением
площадь 0,20 м ² . Если мы поместим катушку с 200 витками и
общее сопротивление 20 Ом вокруг электромагнита, а затем включите
отключить питание электромагнита через 20 мс (0.020 с), какой ток
наводится в катушке?

= — N d/dt = —
Н/т

= _ф
— _и

_ф
= 0

_я
= [1,6 Т] [0,20 м ² ] = 0,32 Т-м ²

= _ф
— _и
= — 0,32 Т-м ²

= — N d/dt = —
Н/т
= (200)(0. 32/0,020) В

= 3200 В

31,6 Плотно намотанная круглая катушка состоит из 50 витков радиусом
0,10 м. Однородное магнитное поле включено вдоль направления, перпендикулярного
к плоскости катушек. Если поле линейно возрастает от 0 Тл
до 0,6 Тл за 0,20 с, какая ЭДС наводится в катушке?

А =
р ²

А =
(0.10 м) ² = 0,0314 м ²

= А Б

с

потому что
= потому что 0 = 1

_я
= 0

_ф
= (0,0314 м ² )(0,6 Т) = 0,01885 Т-м ²

= _ф
— _и
= — 0,01885 Т-м ²

= — N d/dt = —
Н/т
= (50)(0. 01885/0,020) В

= 47 В

31,7 Круглая катушка из 30 витков радиусом 4 см и сопротивлением 1
Ом помещен в магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости
катушки. Величина магнитного поля изменяется во времени в зависимости от
к выражению B = 0,010 t + 0,040 t ² , где t в секундах
и B находится в тесла. Рассчитать ЭДС индукции в катушке при t = 5,0
с.

В = 0,010 т + 0,040 т ²

дБ/dt = 0,010 + (0,040)(2 t)

При t = 5,0 с,

дБ/dt] _{(5,0 с)} = 0,010 + (0,040)(2 x 5)

дБ/dt] _{(5,0 с)} = 0,010 + (0,040)(10)

дБ/dt] _{(5,0 с)} = 0,010 + 0,40 = 0,41

А =
р ²

А =
(0,04 м) ² = 0. 005 м ²

= А Б

так как cos
= потому что 0 = 1

= — N d/dt = —
N d(AB)/dt = — NA дБ/dt

= — (30)(0,005)(0,41) В = 0,062 В

Хотя это все, о чем просит учебник, так как мы также
зная сопротивление катушки, мы могли бы также увеличить его всего на
бит и запросить ток , индуцируемый в катушке.

В = ИК

И = В/Р

I = 0,062 В/1

I = 0,062 А

31.17 Летит самолет Boeing 747 с размахом крыла 60,0 м
горизонтально со скоростью 300 м/с над Финиксом, где направление
магнитного поля Земли находится на 58 ^o ниже горизонтали. Если
магнитуда магнитного поля 50,0 Тл
(микроТесла), какое напряжение возникает между законцовками крыла?

Самолет Boeing 747 с размахом крыла 60. 0 м летит
горизонтально со скоростью 300 м/с над Финиксом, где направление
магнитного поля Земли находится на 58 ^o ниже горизонтали. Если
величина магнитного поля 50,0 Тл
(микроТесла), какое напряжение возникает между законцовками крыла?

Для случая v , перпендикулярного B , мы
найдено

= — Б л в

Но компонент B перпендикулярен
на v (или наоборот!), что важно, поэтому более общий
форма этого уравнения действительно

= — Б л в грех

где угол
между В и против

= — Б л в грех

= — B l v sin 58 ^o

= — (50 х 10 ^{— 6} )(60)(300)(0. 790) В

= — 0,711 В

31.20 На рис. P31.20 стержневой магнит перемещается к петле.
Является ли V _a — V _b положительным, отрицательным или нулем?

С чем нам предстоит работать? Закон Ленца говорит
нам, что индуцированный ток попытается вернуть поток к тому, что он
было до изменения («статус-кво анте»).

Первоначально, когда магнит находился далеко, поток через
петля нулевая.

По мере того, как магнит перемещается в катушку, поток увеличивается.
Какое направление имеет магнитное поле?

Магнитное поле направлено от северного полюса N к
внешний столб S . На этом этапе может быть немного легче перерисовать
магнитное поле как единый вектор.

Теперь мы изменились с без потока на наличие потока
из-за магнитного поля, указывающего « назад » на экран.Согласно закону Ленца , индуцированное магнитное поле будет противодействовать
это изменение.

«Индуцированное магнитное поле» — это магнитное поле.
поле, вызванное наведенным током .

Следовательно, индуцированный ток в контуре должен
быть по часовой стрелке , как мы смотрим на это. Это означает, что ток в
остальная часть схемы должна быть такой, как показано стрелками на рисунке выше.

Все это означает, что через резистор протекает ток
Р от а до б . Для этого напряжение на а должно быть выше
чем напряжение в точке b.

В _а > В _б

Основы магнетизма в электронике

Основные термины

o         Магнитная сила

o         Магнетизм

o         Магнитное поле

o         Индукция

Объективы

o         Связь магнетизма с электрическим током

o         Показать, как магнитное поле влияет на проволочные петли

Любое обсуждение электрических цепей было бы неполным без знакомства с магнетизмом — явлением, лежащим в основе различных схемных устройств, таких как катушки индуктивности и трансформаторы, а также других устройств, с которыми вы, вероятно, сталкивались в повседневной жизни.

Элементы магнетизма

В детстве вы, возможно, играли с магнитами, и даже во взрослом возрасте вы, вероятно, время от времени используете их (например, прикрепляя записку к холодильнику). Магниты действуют друг на друга и на определенные металлы (например, на железо и некоторые виды стали): эта сила называется магнитной силой . Однако вы можете не знать, что магнетизм имеет своим источником электрический заряд.

Два неподвижных заряда действуют друг на друга с электрической силой, но магнитная сила возникает только тогда, когда один заряд движется относительно другого (т. е. когда существует ток). Мы не будем слишком углубляться в особенности этой силы; истинное понимание его связи с зарядом является очень сложной задачей как концептуально, так и математически.

Давайте рассмотрим один практический пример, чтобы проиллюстрировать, как работает магнетизм в контексте цепи. (Здесь мы будем говорить о магнитном поле , , которое не совсем то же самое, что и магнитная сила. Однако для наших целей мы будем рассматривать их одинаково.) Представьте себе длину провода. с текущим по нему током. Движение положительного заряда создает магнитное поле, которое «окружает» провод и является сильным вблизи провода, но слабым вдали от провода. На приведенной ниже диаграмме показаны два вида провода, тока и магнитного поля.

Магнитное поле «огибает» провод, как показано на схеме.Этот эффект также можно увидеть в проволочной «петле», где магнитное поле образует форму «бублика».

Практические эффекты магнетизма

Вы, наверное, знаете, что компас работает, используя магнитное поле Земли для указания направления. Если у вас есть компас, батарейка и кусок провода, вы сами увидите, как ток создает магнитную силу. Подсоедините провод непосредственно к двум клеммам батареи (таким образом создавая большой ток через провод) и поднесите его к компасу. Вы должны увидеть движение стрелки компаса. Когда вы отсоедините провод, игла должна вернуться в исходное положение. (Но не оставляйте слишком длинный провод, подключенный к клеммам аккумулятора — вы быстро разрядите аккумулятор!) В данном случае вы создали из аккумулятора и провода простой электромагнит .

Вернемся к проволочной петле, о которой говорилось выше. Сам по себе ток в проводе отсутствует, потому что нет источника питания, создающего напряжение.

Мы заметили, что если по проводу течет ток, в результате возникает магнитное поле. Но что, если мы поместим провод в магнитное поле? Как оказалось, постоянное магнитное поле не действует, но меняющееся магнитное поле (например, становится сильнее или слабее) влияет: создает напряжение вокруг провода, в результате чего возникает ток. Величина тока связана с изменением магнитного поля через проволочную петлю. Таким образом, если мы перемещаем проволочную петлю к магниту (что приводит к увеличению магнитного поля через петлю) или наоборот, генерируется ток.

Детали этой концепции, опять же, сложны, но это явление заключается в том, как генерируется электричество («проволочная петля» перемещается в магнитном поле, создавая ток, который питает дома, предприятия и т. д.). Это создание заряда в результате изменения магнитного поля через проволочную петлю называется индукцией (ток «индуцируется» в проводе).

Последнее замечание по индукции

В заключение этого весьма краткого обсуждения магнетизма рассмотрим, что происходит, когда мы пропускаем ток через проволочную петлю.Чуть более реалистичный сценарий показан ниже.

Помните, мы говорили, что электрический ток создает магнитное поле, но когда переключатель S сначала замыкается, начинает течь ток, создавая магнитное поле в контуре. Но изменяющееся магнитное поле (в данном случае увеличивающееся) создает ток, который может быть проблематичным, если ток, индуцированный магнитным полем, имеет то же направление, что и ток, создаваемый источником питания, поскольку это создало бы «цепочку». реакция», приводящая к бесконечному току через петлю! Как оказалось, ток, индуцируемый изменяющимся магнитным полем, в этом случае противоположен току, генерируемому источником напряжения.Этот наведенный ток будет «отменять» часть генерируемого (источником питания) тока, пока ток в цепи не достигнет (вспомните закон Ома).

Таким образом, когда переключатель S замкнут, фактический ток через контур со временем увеличивается до , а не сразу становится .

Практическая задача : Рассмотрим простую схему резистора ниже. Затем техник-электронщик размещает проволочную петлю рядом с этой другой схемой.Что произойдет с проволочной петлей, когда техник поднесет ее к цепи? Объяснять.

Решение : Рассмотрим сначала цепь резистора. Поскольку S замкнут, по цепи течет ток. Но помните, что ток создает магнитное поле; по сути, это электромагнит. В результате, когда техник перемещает проволочную петлю к цепи, магнитное поле в петле изменяется (оно увеличивается по мере приближения петли к цепи), тем самым создавая ток в петле. Хотя мы не можем количественно определить величину тока или установить направление в этой точке, мы знаем, что ток индуцируется. Эта ситуация на самом деле иллюстрирует проблему, с которой сталкиваются разработчики схем: магнитное поле от одной цепи может фактически «связать» эту цепь с другой соседней схемой, эффективно обмениваясь энергией! Хотя во многих случаях этой связью можно пренебречь, в некоторых приложениях она становится особенно проблематичной.

Освоение физических решений Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея

Освоение физических решений Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея

Освоение физических решений

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q1CQ
Объясните разницу между магнитным полем и магнитным потоком.
Решение:
Магнитное поле:
Это количество магнитной силы, испытываемой заряженной частицей, движущейся со скоростью
в заданной точке пространства
Магнитный поток:
Это мера количества магнитного поля, проходящего через заданная площадь любой катушки

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 1P
Магнитное поле силой 0,055 Тл проходит через кольцо радиусом 3.1 см под углом 16° к нормали. Найдите величину магнитного потока через кольцо.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.2CQ
(Ответы на концептуальные вопросы с нечетными номерами можно найти в конце книги)
Металлическое кольцо с изломом периметр падает из свободной от поля области пространства в область с магнитным полем Какое влияние магнитное поле оказывает на кольцо?
Решение:
ЭДС индукции будет возникать в проводнике, если он движется в магнитном поле и, следовательно, через проводник протекает некоторый ток. В случае разорванного кольца магнитное поле действительно
индуцирует ЭДС между концами разорванного кольца, но течение тока по окружности будет затруднено из-за разрыва кольца.

Глава 23 Магнитный поток и закон Фарадея индукции Q.2P

60445 5

9

Глава 23 Глава 23 Магнитный поток и фарадарский закон индукции Q. 3CQ
в обыденной демонстрации классной комнаты выпадает долго. вертикальная медная трубка. Магнит движется очень медленно по трубке, и ему требуется несколько секунд, чтобы достичь дна. Объясните это поведение
Решение:
Вихревой ток в медной трубке создает магнитное поле, противоположное направлению падения.Из-за этого отторжения. магнит медленно падает, и ему требуется много времени, чтобы достичь дна.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.3P
Магнитное поле направлено под углом 47° к нормали прямоугольного участка размером 5,1 см на 6,8 см. Если магнитный поток через эту поверхность имеет величину 4,8 × 10–5 Тл·м2, то какова напряженность магнитного поля?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.4CQ
Многие весы с равными плечами имеют небольшую металлическую пластину, прикрепленную к одному из двух рычагов. Пластина проходит между полюсами магнита, установленного в основании весов. Объясните цель этой схемы.
Решение:
Электрический ток индуцируется в куске металла из-за относительного движения соседнего магнита, известного как вихревой ток
Металлическая пластина, движущаяся между полюсами магнита, испытывает вихревые токи, которые замедляют его движение. Это помогает гасить колебания весов, что приводит к более точным показаниям.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.4P
Найдите величину магнитного потока через пол дома размером 22 м на 18 м. Предположим, что магнитное поле Земли в месте расположения дома имеет горизонтальную составляющую 2,6 × 10–5 Тл, направленную на север, и нисходящую вертикальную составляющую 4,2 × 10–5 Тл. Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.5CQ

Решение:
Когда выключатель замкнут, ток в проволочной катушке создает магнитное поле в железном стержне.Это увеличивает магнитный поток через металлическое кольцо и соответствующую ЭДС индукции.
Ток, создаваемый ЭДС индукции. создает магнитное поле, противоположное по направлению полю в стержне, в результате чего кольцо взлетает в воздух.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.5P
Магнитное поле, создаваемое соленоидом МРТ длиной 2,5 м и диаметром 1,2 м, составляет 1,7 Тл. Найдите величину магнитного потока через сердечник этого соленоида. .
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.6CQ

Решение:
Разрыв предотвращает циркуляцию тока по кольцу. Это, в свою очередь, предотвратит воздействие на кольцо силы, которая подбросит его в воздух.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.6P
В определенном месте магнитное поле Земли имеет величину 5,9 × 10−5 Тл и направлено в направлении на 72° ниже горизонтали.Найдите величину магнитного потока через верхнюю часть стола в этом месте размером 130 см на 82 см.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.7CQ

Решение:
Стержень первоначально движется влево из-за нисходящего тока. По мере его движения создаваемая им ЭДС движения начинает противодействовать ЭДС батареи. Когда обе ЭДС уравновешены, ток в стержне перестает течь, с этого момента он движется с постоянной скоростью.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.7P
Соленоид с 385 витками на метр и диаметром 17,0 см имеет магнитный поток через его сердечник величиной 1,28 × 10−4 Тл · м2. (а) Найдите силу тока в этом соленоиде, (б) Как изменился бы ваш ответ на вопрос (а), если бы диаметр соленоида увеличился вдвое? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.8CQ
Пенни лежит на ребре в мощном магнитном поле соленоида MR1.Если монету опрокинуть, потребуется несколько секунд, чтобы она приземлилась на одну из граней. Объяснять.
Решение:
Когда пенни начинает падать; происходит большое изменение магнитного потока из-за магнитного поля соленоида.
Это изменение потока вызывает индуцированный ток в монете, препятствующий ее падению. Таким образом, требуется больше секунд, чтобы приземлиться.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.8P
Одновитковая квадратная петля со стороной L центрирована на оси длинного соленоида.Кроме того, плоскость квадратного контура перпендикулярна оси соленоида. Соленоид имеет 1250 витков на метр, диаметр 6,00 см и пропускает ток 2,50 А. Найдите магнитный поток через контур, когда (а) L = 3,00 см, (б) L = 6,00 см и (в) Д = 12,0 см.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.9CQ
Недавно НАСА испытало систему выработки электроэнергии, в которой небольшой спутник соединяется с космическим челноком с помощью проводника длиной в несколько миль. Объясните, как такая система может генерировать электроэнергию.
Решение:
Поскольку э.д.с. определяется как произведение длины провода, скорости челнока и перпендикулярной составляющей магнитного поля.
Длинный провод, соединенный с челноком, движется через поле и может генерировать ЭДС индукции.
При больших значениях скорости и длины ЭДС индукции достаточно велика, чтобы обеспечить электрическую мощность.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.9P
Магнитное поле силой 0,45 Тл направлено перпендикулярно круглой проволочной петле с 53 витками и радиусом 15 см. Какова величина ЭДС индукции, если магнитное поле уменьшится до нуля за 0,12 с?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.10CQ
Объясните, что происходит, когда угловая скорость катушки в электрическом генераторе увеличивается.
Решение:
При увеличении угловой скорости катушки в электрогенераторе; величина ЭДС индукции увеличивается, поскольку ЭДС индукции прямо пропорциональна угловой скорости.

Глава 23 Глава 23 Магнитный поток и фарадейский закон индукции Q.10P

Глава 23 Глава Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.11CQ
Индуктор в цепи RL определяет, как долго требуется, чтобы ток достиг заданного значения, но это не влияет на конечное значение тока. Объяснять.
Решение:
Когда ток достигает заданного значения в цепи RL, он перестает изменяться; обратная ЭДС в индукторе исчезает.
Таким образом, конечный ток в цепи определяется резистором и ЭДС. аккумулятора.
Катушка индуктивности ведет себя как идеальный провод с нулевым сопротивлением, когда ток достигает заданного значения. Q.11P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.11P размыкается, искра обычно проскакивает через контакты выключателя. Почему?
Решение:
Катушка индуктивности сопротивляется любому изменению тока, будь то увеличение или уменьшение.
Когда переключатель в цепи, содержащей индуктор, размыкается, индуктор пытается поддерживать первоначальный ток, поэтому продолжающийся ток вызывает искру, проскакивающую через промежуток.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.12P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.13P

Решение:
Учитывая это, рисунок в данном вопросе показывает четыре различных ситуации, в которых металлическое кольцо движется вправо с постоянной скоростью через область с переменным магнитным полем. Интенсивность цвета указывает интенсивность поля, и в каждом случае поле либо увеличивается, либо уменьшается с одинаковой скоростью от левого края окрашенной области к правому краю.
Для рисунка (1):–
Магнитное поле исходит из страницы. Когда кольцо перемещается и покидает магнитное поле, исходящее от страницы, оно создает ЭДС, которая пытается объяснить это изменение. Следовательно, ЭДС индукции будет направлена ​​против часовой стрелки или против часовой стрелки, чтобы создать магнитное поле из страницы через кольцо.
Для рисунка (2):–

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.14P

Решение:

9044x Глава 23 Закон магнитной индукции.15P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.16P
Одиночная проводящая петля имеет площадь 7,2 м 1 м 1 и сопротивление 10 Ом . Перпендикулярно плоскости петли находится магнитное поле с напряженностью 0,48 Тл. С какой скоростью (в Тл/с) должно изменяться это поле, чтобы индукционный ток в петле был равен 0,32 А?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 17P
Площадь 120-витковой катушки, ориентированной плоскостью, перпендикулярной магнитному полю 0,20 Тл, составляет 0,050 м2. Найти среднюю ЭДС индукции в этой катушке, если магнитное поле меняет направление на противоположное за 0,34 с.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.18P
ЭДС индуцируется в проводящей петле из проволоки длиной 1,22 м, когда ее форма изменяется с квадратной на круглую. Найти среднюю величину ЭДС индукции, если изменение формы происходит за 4.25 с, а локальное магнитное поле напряженностью 0,125 Тл перпендикулярно плоскости петли.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.19P
Магнитное поле увеличивается с 0 до 0,25 Тл за 1,8 с. Сколько витков проволоки нужно в круглой катушке диаметром 12 см, чтобы создать ЭДС индукции 6,0 В?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 20P

Решение:
(a)
Согласно закону Ленца индуцированный ток течет в направлении, противоположном изменению, вызвавшему ток.
В точке (1) кольцо входит в поле, и индуцированный ток должен противодействовать вхождению в поле, создавая индуцированное магнитное поле. Таким образом, индуцированный ток находится в направлении
по часовой стрелке.
В точке (2) кольцо находится в однородном магнитном поле. Таким образом, индуцированный ток равен нулю.
В точке (3) кольцо покидает поле, и индуцированный ток должен препятствовать выходу из поля, создавая индуцированное магнитное поле.Таким образом, индуцированный ток имеет направление
против часовой стрелки.
(b) Таким образом, в точке (1) индуцированный ток направлен по часовой стрелке, в точке (2) он равен нулю, а в точке (3) он направлен против часовой стрелки.
Следовательно, лучшее объяснение — (I).

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 21P

Решение:
(a) Согласно закону Ленца, индуцированный ток течет в направлении, противоположном изменению, вызвавшему ток.
В точке (1) кольцо входит в поле, и индуцированный ток должен противодействовать вхождению в поле, создавая индуцированное магнитное поле. Наведенное магнитное поле противодействует кольцу, поэтому оно направлено вверх.
В точке (2) кольцо находится в однородном магнитном поле. Так что сила равна нулю.
В точке (3) кольцо покидает поле, и индуцированный ток должен препятствовать выходу из поля, создавая индуцированное магнитное поле. Таким образом, наведенное магнитное поле препятствует кольцу уйти от поля.Итак, в восходящем направлении.
(b) Таким образом, в точке (1) сила направлена ​​вверх, в точке (2) она равна нулю, а в точке (3) она направлена ​​вверх.
Следовательно, лучшим объяснением является (III)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.22P

(a) Замедляющее действие вихревых токов на твердый диск больше, меньше или равно тормозящий эффект на щелевом диске?
(b) Выберите лучшее объяснение из следующих:
I. Сплошной диск испытывает большую тормозящую силу, так как вихревые токи в нем протекают свободно и не прерываются щелями.
II. Диск с прорезями испытывает большую тормозящую силу, потому что прорези позволяют большему количеству магнитного поля проникать в диск.
III. Диски имеют одинаковый размер и изготовлены из одного и того же материала, следовательно, они испытывают одинаковую тормозящую силу.
Решение:
(a) Замедляющий эффект больше всего проявляется на сплошном диске. Поскольку отверстия в диске с прорезями прерывают поток вихревых токов, а именно вихревые токи создают противоположное магнитное поле, ответственное за эффект торможения.
(б) Эффект замедления наиболее выражен на сплошном диске. Таким образом, твердый диск испытывает большую тормозящую силу.
Таким образом, лучшее объяснение (I)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.23P

Решение:
Когда диск поворачивается вправо до упора, он все еще находится в постоянное магнитное поле. Поэтому изменение магнитного поля во время его качания равно нулю. Таким образом, индуцированный ток в диске минимален (нулевой).

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.24P

Решение:
(a) Согласно закону Ленца, индуцированный ток течет в направлении, противоположном изменению, вызвавшему ток.
Когда твердый диск качается справа налево, где магнитное поле находится на странице. Таким образом, индуцированный ток должен создавать индуцированное магнитное поле, противоположное полю, то есть поле должно быть направлено за пределы страницы. Следовательно, индуцированный ток направлен против часовой стрелки.
(b) Индуцированный ток должен быть направлен против часовой стрелки, чтобы противодействовать полю, указывая за пределы страницы.
Лучшее объяснение (II)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.25P
Стержневой магнит с направленным вниз северным полюсом падает к центру горизонтального проводящего кольца. Если смотреть сверху, направление индуцированного тока в кольце по часовой стрелке или против часовой стрелки? Объяснять.
Решение:
Согласно закону Ленца полярность ЭДС индукции такова, что она противодействует изменению магнитного потока, являющемуся причиной ее возникновения.
Когда северный полюс стержневого магнита движется вниз, величина магнитного потока, связанного с кольцом, увеличивается. Таким образом, ток индуцируется в таком направлении, что он препятствует увеличению потока. Это произойдет, когда ток направлен против часовой стрелки. Следовательно, направление индуцированного тока находится в направлении против часовой стрелки.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.26P

Решение:

а) Когда петля находится над магнитом, магнитное поле увеличивается и направлено
за пределы страницы.Согласно закону Ленца, ток в петле будет противодействовать
Нарастающему полю, протекая по часовой стрелке
б) Когда петля находится под магнитом, магнитное поле уменьшается и направлено за пределы страницы. Согласно закону Ленца, ток противодействует уменьшающемуся магнитному полю, протекая против часовой стрелки

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.27P

Решение:
а) Полюса поля контура совпадают с магнитом, вызывающим силу отталкивания, сопротивляющуюся петле, которая движется вниз к магниту.Таким образом, натяжение нити меньше веса петель.
б) Полюса поля петли выровнены с магнитом, вызывающим силу притяжения , препятствующую движению петли вниз от магнита. Таким образом, натяжение нити снова меньше веса петли.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.28P

Решение:
а) Полюса поля контура совпадают с магнитом, вызывающим отталкивание и сопротивление магниту. Таким образом, натяжение нити больше, чем вес петель.
b) Полюса поля петли выровнены с магнитом, вызывая притяжение и сопротивляясь движению петли вверх от магнита. Таким образом, натяжение снова больше, чем вес петель.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.29P

Решение:
а) Поскольку ток в проводе постоянен, магнитное поле не меняется со временем, поэтому индуцированный ток равен нулю
б) Поскольку ток в проводе увеличивается, магнитное поле в цепи увеличивается.Поскольку магнитное поле направлено за пределы страницы, индуцированная цепь наводит магнитное поле на страницу. Таким образом, ток течет по часовой стрелке. страница. Согласно закону Ленца, ток, индуцированный в цепи, будет противодействовать этому изменению, протекая против часовой стрелки, создавая поле, направленное за пределы страницы.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.1CQ
Объясните разницу между магнитным полем и магнитным потоком.
Решение:
Магнитное поле:
Это количество магнитной силы, испытываемой заряженной частицей, движущейся со скоростью
в данной точке пространства
Магнитный поток:
Это мера количества магнитного поля, проходящего через заданная площадь любой катушки

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 1P
Магнитное поле с напряженностью 0,055 Тл проходит через круглое кольцо радиусом 3,1 см под углом 16° к нормали. Найдите величину магнитного потока через кольцо.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.2CQ
(Ответы на концептуальные вопросы с нечетными номерами можно найти в конце книги)
Металлическое кольцо с изломом периметр падает из свободной от поля области пространства в область с магнитным полем Какое влияние магнитное поле оказывает на кольцо?
Решение:
ЭДС индукции будет возникать в проводнике, если он движется в магнитном поле и, следовательно, через проводник протекает некоторый ток. В случае разорванного кольца магнитное поле действительно
индуцирует ЭДС между концами разорванного кольца, но течение тока по окружности будет затруднено из-за разрыва кольца.

Глава 23 Магнитный поток и закон Фарадея индукции Q. 2P

60445 5

9

Глава 23 Глава 23 Магнитный поток и фарадарский закон индукции Q.3CQ
в обыденной демонстрации классной комнаты выпадает долго. вертикальная медная трубка. Магнит движется очень медленно по трубке, и ему требуется несколько секунд, чтобы достичь дна. Объясните это поведение
Решение:
Вихревой ток в медной трубке создает магнитное поле, противоположное направлению падения.Из-за этого отторжения. магнит медленно падает, и ему требуется много времени, чтобы достичь дна.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.3P
Магнитное поле направлено под углом 47° к нормали прямоугольного участка размером 5,1 см на 6,8 см. Если магнитный поток через эту поверхность имеет величину 4,8 × 10–5 Тл·м2, то какова напряженность магнитного поля?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 4CQ
Многие весы с равными плечами имеют небольшую металлическую пластину, прикрепленную к одному из двух рычагов. Пластина проходит между полюсами магнита, установленного в основании весов. Объясните цель этой схемы.
Решение:
Электрический ток индуцируется в куске металла из-за относительного движения соседнего магнита, известного как вихревой ток
Металлическая пластина, движущаяся между полюсами магнита, испытывает вихревые токи, которые замедляют его движение. Это помогает гасить колебания весов, что приводит к более точным показаниям.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.4P
Найдите величину магнитного потока через пол дома размером 22 м на 18 м. Предположим, что магнитное поле Земли в месте расположения дома имеет горизонтальную составляющую 2,6 × 10–5 Тл, направленную на север, и нисходящую вертикальную составляющую 4,2 × 10–5 Тл. Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.5CQ

Решение:
Когда выключатель замкнут, ток в проволочной катушке создает магнитное поле в железном стержне. Это увеличивает магнитный поток через металлическое кольцо и соответствующую ЭДС индукции.
Ток, создаваемый ЭДС индукции. создает магнитное поле, противоположное по направлению полю в стержне, в результате чего кольцо взлетает в воздух.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.5P
Магнитное поле, создаваемое соленоидом МРТ длиной 2,5 м и диаметром 1,2 м, составляет 1,7 Тл. Найдите величину магнитного потока через сердечник этого соленоида. .
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.6CQ

Решение:
Разрыв предотвращает циркуляцию тока по кольцу. Это, в свою очередь, предотвратит воздействие на кольцо силы, которая подбросит его в воздух.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.6P
В определенном месте магнитное поле Земли имеет величину 5,9 × 10−5 Тл и направлено в направлении на 72° ниже горизонтали. Найдите величину магнитного потока через верхнюю часть стола в этом месте размером 130 см на 82 см.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.7CQ

Решение:
Стержень первоначально движется влево из-за нисходящего тока. По мере его движения создаваемая им ЭДС движения начинает противодействовать ЭДС батареи. Когда обе ЭДС уравновешены, ток в стержне перестает течь, с этого момента он движется с постоянной скоростью.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.7P
Соленоид с 385 витками на метр и диаметром 17,0 см имеет магнитный поток через его сердечник величиной 1,28 × 10−4 Тл · м2. (а) Найдите силу тока в этом соленоиде, (б) Как изменился бы ваш ответ на вопрос (а), если бы диаметр соленоида увеличился вдвое? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 8CQ
Пенни лежит на ребре в мощном магнитном поле соленоида MR1.Если монету опрокинуть, потребуется несколько секунд, чтобы она приземлилась на одну из граней. Объяснять.
Решение:
Когда пенни начинает падать; происходит большое изменение магнитного потока из-за магнитного поля соленоида.
Это изменение потока вызывает индуцированный ток в монете, препятствующий ее падению. Таким образом, требуется больше секунд, чтобы приземлиться.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.8P
Одновитковая квадратная петля со стороной L центрирована на оси длинного соленоида.Кроме того, плоскость квадратного контура перпендикулярна оси соленоида. Соленоид имеет 1250 витков на метр, диаметр 6,00 см и пропускает ток 2,50 А. Найдите магнитный поток через контур, когда (а) L = 3,00 см, (б) L = 6,00 см и (в) Д = 12,0 см.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 9CQ
Недавно НАСА испытало систему выработки электроэнергии, в которой небольшой спутник соединяется с космическим челноком с помощью проводника длиной в несколько миль.Объясните, как такая система может генерировать электроэнергию.
Решение:
Поскольку э.д.с. определяется как произведение длины провода, скорости челнока и перпендикулярной составляющей магнитного поля.
Длинный провод, соединенный с челноком, движется через поле и может генерировать ЭДС индукции.
При больших значениях скорости и длины ЭДС индукции достаточно велика, чтобы обеспечить электрическую мощность.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.9P
Магнитное поле силой 0,45 Тл направлено перпендикулярно круглой проволочной петле с 53 витками и радиусом 15 см. Какова величина ЭДС индукции, если магнитное поле уменьшится до нуля за 0,12 с?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 10CQ
Объясните, что происходит, когда угловая скорость катушки в электрическом генераторе увеличивается.
Решение:
При увеличении угловой скорости катушки в электрогенераторе; величина ЭДС индукции увеличивается, поскольку ЭДС индукции прямо пропорциональна угловой скорости.

Глава 23 Глава 23 Магнитный поток и фарадейский закон индукции Q.10P

Глава 23 Глава Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.11CQ
Индуктор в цепи RL определяет, как долго требуется, чтобы ток достиг заданного значения, но это не влияет на конечное значение тока. Объяснять.
Решение:
Когда ток достигает заданного значения в цепи RL, он перестает изменяться; обратная ЭДС в индукторе исчезает.
Таким образом, конечный ток в цепи определяется резистором и ЭДС. аккумулятора.
Катушка индуктивности ведет себя как идеальный провод с нулевым сопротивлением, когда ток достигает заданного значения. Q.11P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.11P размыкается, искра обычно проскакивает через контакты выключателя.Почему?
Решение:
Катушка индуктивности сопротивляется любому изменению тока, будь то увеличение или уменьшение.
Когда переключатель в цепи, содержащей индуктор, размыкается, индуктор пытается поддерживать первоначальный ток, поэтому продолжающийся ток вызывает искру, проскакивающую через промежуток.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.12P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.13P

Решение:
Учитывая это, рисунок в данном вопросе показывает четыре различных ситуации, в которых металлическое кольцо движется вправо с постоянной скоростью через область с переменным магнитным полем. Интенсивность цвета указывает интенсивность поля, и в каждом случае поле либо увеличивается, либо уменьшается с одинаковой скоростью от левого края окрашенной области к правому краю.
Для рисунка (1):–
Магнитное поле исходит из страницы.Когда кольцо перемещается и покидает магнитное поле, исходящее от страницы, оно создает ЭДС, которая пытается объяснить это изменение. Следовательно, ЭДС индукции будет направлена ​​против часовой стрелки или против часовой стрелки, чтобы создать магнитное поле из страницы через кольцо.
Для рисунка (2):–

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.14P

Решение:

9044x Глава 23 Закон магнитной индукции.15P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.16P
Одиночная проводящая петля имеет площадь 7,2 м 1 м 1 и сопротивление 10 Ом . Перпендикулярно плоскости петли находится магнитное поле с напряженностью 0,48 Тл. С какой скоростью (в Тл/с) должно изменяться это поле, чтобы индукционный ток в петле был равен 0,32 А?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 17P
Площадь 120-витковой катушки, ориентированной плоскостью, перпендикулярной магнитному полю 0,20 Тл, составляет 0,050 м2. Найти среднюю ЭДС индукции в этой катушке, если магнитное поле меняет направление на противоположное за 0,34 с.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.18P
ЭДС индуцируется в проводящей петле из проволоки длиной 1,22 м, когда ее форма изменяется с квадратной на круглую. Найти среднюю величину ЭДС индукции, если изменение формы происходит за 4.25 с, а локальное магнитное поле напряженностью 0,125 Тл перпендикулярно плоскости петли.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.19P
Магнитное поле увеличивается с 0 до 0,25 Тл за 1,8 с. Сколько витков проволоки нужно в круглой катушке диаметром 12 см, чтобы создать ЭДС индукции 6,0 В?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 20P

Решение:
(a)
Согласно закону Ленца индуцированный ток течет в направлении, противоположном изменению, вызвавшему ток.
В точке (1) кольцо входит в поле, и индуцированный ток должен противодействовать вхождению в поле, создавая индуцированное магнитное поле. Таким образом, индуцированный ток находится в направлении
по часовой стрелке.
В точке (2) кольцо находится в однородном магнитном поле. Таким образом, индуцированный ток равен нулю.
В точке (3) кольцо покидает поле, и индуцированный ток должен препятствовать выходу из поля, создавая индуцированное магнитное поле.Таким образом, индуцированный ток имеет направление
против часовой стрелки.
(b) Таким образом, в точке (1) индуцированный ток направлен по часовой стрелке, в точке (2) он равен нулю, а в точке (3) он направлен против часовой стрелки.
Следовательно, лучшее объяснение — (I).

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 21P

Решение:
(a) Согласно закону Ленца, индуцированный ток течет в направлении, противоположном изменению, вызвавшему ток.
В точке (1) кольцо входит в поле, и индуцированный ток должен противодействовать вхождению в поле, создавая индуцированное магнитное поле. Наведенное магнитное поле противодействует кольцу, поэтому оно направлено вверх.
В точке (2) кольцо находится в однородном магнитном поле. Так что сила равна нулю.
В точке (3) кольцо покидает поле, и индуцированный ток должен препятствовать выходу из поля, создавая индуцированное магнитное поле. Таким образом, наведенное магнитное поле препятствует кольцу уйти от поля.Итак, в восходящем направлении.
(b) Таким образом, в точке (1) сила направлена ​​вверх, в точке (2) она равна нулю, а в точке (3) она направлена ​​вверх.
Следовательно, лучшим объяснением является (III)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.22P

(a) Замедляющее действие вихревых токов на твердый диск больше, меньше или равно тормозящий эффект на щелевом диске?
(b) Выберите лучшее объяснение из следующих:
I. Сплошной диск испытывает большую тормозящую силу, так как вихревые токи в нем протекают свободно и не прерываются щелями.
II. Диск с прорезями испытывает большую тормозящую силу, потому что прорези позволяют большему количеству магнитного поля проникать в диск.
III. Диски имеют одинаковый размер и изготовлены из одного и того же материала, следовательно, они испытывают одинаковую тормозящую силу.
Решение:
(a) Замедляющий эффект больше всего проявляется на сплошном диске. Поскольку отверстия в диске с прорезями прерывают поток вихревых токов, а именно вихревые токи создают противоположное магнитное поле, ответственное за эффект торможения.
(б) Эффект замедления наиболее выражен на сплошном диске. Таким образом, твердый диск испытывает большую тормозящую силу.
Таким образом, лучшее объяснение (I)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.23P

Решение:
Когда диск поворачивается вправо до упора, он все еще находится в постоянное магнитное поле. Поэтому изменение магнитного поля во время его качания равно нулю. Таким образом, индуцированный ток в диске минимален (нулевой).

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.24P

Решение:
(a) Согласно закону Ленца, индуцированный ток течет в направлении, противоположном изменению, вызвавшему ток.
Когда твердый диск качается справа налево, где магнитное поле находится на странице. Таким образом, индуцированный ток должен создавать индуцированное магнитное поле, противоположное полю, то есть поле должно быть направлено за пределы страницы. Следовательно, индуцированный ток направлен против часовой стрелки.
(b) Индуцированный ток должен быть направлен против часовой стрелки, чтобы противодействовать полю, указывая за пределы страницы.
Лучшее объяснение (II)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.25P
Стержневой магнит с направленным вниз северным полюсом падает к центру горизонтального проводящего кольца. Если смотреть сверху, направление индуцированного тока в кольце по часовой стрелке или против часовой стрелки? Объяснять.
Решение:
Согласно закону Ленца полярность ЭДС индукции такова, что она противодействует изменению магнитного потока, являющемуся причиной ее возникновения.
Когда северный полюс стержневого магнита движется вниз, величина магнитного потока, связанного с кольцом, увеличивается. Таким образом, ток индуцируется в таком направлении, что он препятствует увеличению потока. Это произойдет, когда ток направлен против часовой стрелки. Следовательно, направление индуцированного тока находится в направлении против часовой стрелки.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.26P

Решение:

а) Когда петля находится над магнитом, магнитное поле увеличивается и направлено
за пределы страницы.Согласно закону Ленца, ток в петле будет противодействовать
Нарастающему полю, протекая по часовой стрелке
б) Когда петля находится под магнитом, магнитное поле уменьшается и направлено за пределы страницы. Согласно закону Ленца, ток противодействует уменьшающемуся магнитному полю, протекая против часовой стрелки

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.27P

Решение:
а) Полюса поля контура совпадают с магнитом, вызывающим силу отталкивания, сопротивляющуюся петле, которая движется вниз к магниту.Таким образом, натяжение нити меньше веса петель.
б) Полюса поля петли выровнены с магнитом, вызывающим силу притяжения , препятствующую движению петли вниз от магнита. Таким образом, натяжение нити снова меньше веса петли.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.28P

Решение:
а) Полюса поля контура совпадают с магнитом, вызывающим отталкивание и сопротивление магниту. Таким образом, натяжение нити больше, чем вес петель.
b) Полюса поля петли выровнены с магнитом, вызывая притяжение и сопротивляясь движению петли вверх от магнита. Таким образом, натяжение снова больше, чем вес петель.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.29P

Решение:
а) Поскольку ток в проводе постоянен, магнитное поле не меняется со временем, поэтому индуцированный ток равен нулю
б) Поскольку ток в проводе увеличивается, магнитное поле в цепи увеличивается.Поскольку магнитное поле направлено за пределы страницы, индуцированная цепь наводит магнитное поле на страницу. Таким образом, ток течет по часовой стрелке. страница. Согласно закону Ленца, ток, индуцированный в цепи, будет противодействовать этому изменению, протекая против часовой стрелки, создавая поле, направленное за пределы страницы.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.31P
Длинный прямой провод с током проходит через центр круглой катушки. Провод перпендикулярен плоскости катушки, а) Если ток в проводе постоянный, равна ли ЭДС индукции в катушке нулю или отличной от нуля? Объясните, (b) Если ток в проводе увеличивается, ЭДС индукции в катушке равна нулю или отлична от нуля? Объясните, (c) Изменится ли ваш ответ на пункт (b), если проволока больше не проходит через центр катушки, но по-прежнему перпендикулярна ее плоскости? Объяснять.
Решение:
а) Магнитное поле параллельно плоскости контура, поэтому ЭДС индукции равна нулю
б) Хотя ток увеличивается , магнитное поле по-прежнему параллельно плоскости контура, поэтому ЭДС индукции равна ноль
в)
Так как магнитное поле по-прежнему параллельно плоскости петли. Таким образом, часть ответа (b) не меняется Q.32P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.33P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.34P

Решение:
Магнитное поле создает магнитное поле вокруг проводника. -полевое правило правой руки В соответствии с правилом правой руки, направьте большой палец правой руки в направлении тока и накрутите кольца вокруг провода Направление звонков указывает направление магнитного поля

Как показано на рисунке выше, магнитное поле из-за токоведущего проводника в кольце А выходит за пределы страницы и увеличивается. Согласно закону Фарадея, это возрастающее магнитное поле создает ЭДС индукции в кольце A.
Согласно закону Ленца, направление магнитного поля, создаваемого ЭДС индукции, должно быть противоположно первоначальному магнитному полю. Таким образом, это магнитное поле из-за ЭДС индукции должно находиться внутри страницы.
Согласно правилу правой руки, чтобы создать магнитное поле, направленное внутрь страницы, индуктируемый ток должен быть направлен по часовой стрелке.
Магнитное поле в верхней половине кольца B направлено из страницы, а нижняя половина кольца направлена ​​внутрь страницы.Следовательно, чистое магнитное поле равно нулю. Значит, ЭДС индукции в этом контуре равна нулю.
Как показано на рисунке выше, магнитное поле из-за проводника с током в кольце B направлено внутрь страницы и увеличивается. Согласно закону Фарадея, это возрастающее магнитное поле создает ЭДС индукции в кольце B. Согласно закону Ленца, направление магнитного поля, создаваемого ЭДС индукции, должно быть противоположно первоначальному магнитному полю. Таким образом, это магнитное поле из-за ЭДС индукции должно быть за пределами страницы.
Согласно правилу правой руки, чтобы создать магнитное поле, направленное наружу страницы, индуцированный ток должен быть направлен против часовой стрелки.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.35P
Проводящий стержень скользит по двум проводам в области с магнитным полем. Два провода дуги не соединены. Требуется ли сила, чтобы стержень двигался с постоянной скоростью? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.36P
Металлический стержень длиной 0,76 м движется со скоростью 2,0 м/с перпендикулярно магнитному полю. Чему равна напряженность магнитного поля, если ЭДС индукции между концами стержня равна 0,45 В?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.37P
Самолет Boeing KC-135A имеет размах крыла 39,9 м и летит на постоянной высоте в северном направлении со скоростью 850 км /час. Если вертикальная составляющая магнитного поля Земли равна 5.0 × 10–6 Тл, а его горизонтальная составляющая 1,4 × 10–6 Тл, чему равна ЭДС индукции между законцовками крыла?
Решение:

5

Глава 23 Магнитный поток и законодательство о фараду и Фарадо, закон индукции Q.38P

Глава 23 Магнитный поток и фарадовый закон индукции Q.39P

решение :

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.40P
(a) Найдите силу тока в цепи, показанной в примере.б) Какую скорость должен иметь стержень, если сила тока в цепи должна быть 1,0 А?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.41P
Предположим, что механическая мощность, подводимая к стержню в примере, равна 8,9 Вт. Найдите (a) ток в цепи и (b) ) скорость стержня.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.42P
Максимальная ЭДС индукции в генераторе, вращающемся со скоростью 210 об/мин, составляет 45 В.Поток быстрый Должен ли вращаться ротор генератора, чтобы он генерировал максимальную ЭДС индукции 55 В?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.43P
Прямоугольная катушка 25 см на 35 см имеет 120 витков. Эта катушка создает максимальную ЭДС 65 В, когда она вращается с угловой скоростью 190 рад/с в магнитном поле с напряженностью B. Найдите значение B.
Решение:

Закон индукции Q.44P
Провод длиной 1,6 м намотан в бухту радиусом 3,2 см. Если эту катушку вращать со скоростью 85 об/мин в магнитном поле 0,075 Тл, какова ее максимальная ЭДС?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 45P
Круглая катушка диаметром 22,0 см и 155 витками вращается вокруг вертикальной оси с угловой скоростью 1250 об/мин. Единственным магнитным полем в этой системе является поле Земли. В месте расположения катушки горизонтальная составляющая магнитного поля равна 3.80·10-5 Тл, а вертикальная составляющая 2,85·10-5 Тл. а) Какая составляющая магнитного поля важна при расчете ЭДС индукции в этой катушке? Объясните, б) Найдите максимальную ЭДС индукции в катушке.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.46P
Генератор рассчитан на создание максимальной ЭДС 170 В при вращении с угловой скоростью 3600 об/мин. Каждая катушка генератора имеет площадь 0,016 м2.Если магнитное поле, используемое в генераторе, имеет величину 0,050 Тл, сколько потребуется витков провода?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.47P
Найдите ЭДС индукции, когда ток в катушке индуктивности 45,0 мГн увеличивается от 0 до 515 мА за 16,5 мс.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.48P
Сколько витков должен иметь соленоид с площадью поперечного сечения 0.035 м2 и длиной 0,22 м, если его индуктивность должна быть 45 мГн?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.49P
Индуктивность соленоида с 450 витками и длиной 24 см составляет 7,3 мГн. а) Чему равна площадь поперечного сечения соленоида? б) Чему равна ЭДС индукции в соленоиде, если ток в нем падает с 3,2 А до 0 за 55 мс?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.50P
Определить индуктивность соленоида с 640 витками длиной 25 см. Круглое сечение соленоида имеет радиус 4,3 см.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.51P
Соленоид с площадью поперечного сечения 1,81 × 10−3 м2 имеет длину 0,750 м и имеет 455 витков на метр. Найти ЭДС индукции в этом соленоиде, если ток в нем увеличился от 0 до 2,00 А за 45,5 мс.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.52P
Соленоид имеет N витков площадью A, равномерно распределенных по его длине, ℓ. При увеличении тока в этом соленоиде со скоростью 2,0 А/с наблюдается ЭДС индукции 75 мВ, а) Чему равна индуктивность этого соленоида? (b) Предположим, что расстояние между витками удвоилось. В результате получается соленоид вдвое длиннее, но с той же площадью и числом витков. Будет ли ЭДС индукции в этом новом соленоиде больше, меньше или равна 75 мВ при изменении тока со скоростью 2.0 п/с? Объясните, (c) Рассчитайте ЭДС индукции для детали (b).
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.53P
Сколько времени требуется, чтобы ток в цепи RL с R = 130 Ом и L = 68 мГн достиг половины своего значения конечная стоимость? Глава 23. Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.54P55P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.56P
Ток в цепочке RL увеличивается на 2,4% после
тока в цепи RL на 2,5%. замкнут, а) Чему равна постоянная времени этой цепи? б) Чему равно сопротивление, если индуктивность в цепи равна 0,275 Гн?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.58P
Количество витков на метр в соленоиде фиксированной длины удваивается. При этом ток в соленоиде уменьшается вдвое. Энергия, запасенная в катушке индуктивности, увеличивается, уменьшается или остается неизменной? Объяснять. Глава 23. Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.59P60P
Соленоид имеет длину 1,5 м и 470 витков на метр. Какова площадь поперечного сечения этого соленоида, если он запасает 0,31 Дж энергии при токе 12 А?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 61P
В эксперименте по синтезу Alcator в Массачусетском технологическом институте создается магнитное поле 50,0 Тл. (a) Какова плотность магнитной энергии в это поле? (b) Найдите величину электрического поля, которая имела бы ту же плотность энергии, что и в части (a).Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.62P квадрат эквивалентного сопротивления. Таким образом, значение R должно быть меньше, чтобы аккумулировать больше энергии в катушке индуктивности.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.63P

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.64P
Рассмотрим схему, показанную на рисунке, которая содержит батарею 6,0 В, катушку индуктивности 37 мГн и четыре резистора 55 Ом. переключатель замкнут? Объясните, (б) Рассчитайте энергию, запасенную в катушке индуктивности за один характерный интервал времени после замыкания ключа, (в) Рассчитайте энергию, запасенную в катушке индуктивности спустя долгое время после замыкания выключателя.

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.65P
Вы хотите накопить 9,9 Дж энергии в магнитном поле соленоида. Соленоид имеет 580 круговых витков диаметром 7,2 см, равномерно распределенных по его длине 28 см. (а) Какой ток необходим? б) Какова величина магнитного поля внутри соленоида? в) Какова плотность энергии (энергия/объем) внутри соленоида?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.66P
Трансформатор 1 имеет первичное напряжение Vp и вторичное напряжение Vs.Трансформатор 2 имеет в два раза больше витков как на первичной, так и на вторичной обмотках по сравнению с трансформатором 1. Если первичное напряжение трансформатора 2 равно 2 Впик, каково его вторичное напряжение? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 67P
Трансформатор 1 имеет первичный ток Ip и вторичный ток Is. Трансформатор 2 имеет в два раза больше витков на первичной обмотке, чем трансформатор 1, и оба трансформатора имеют одинаковое количество витков на вторичной обмотке.Если первичный ток трансформатора 2 равен 3Ip, каков его вторичный ток? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.68P
Электродвигателю игрушечного поезда требуется напряжение 3,0 В. Найдите отношение числа витков первичной обмотки к числу включений. вторичная обмотка в трансформаторе, который понижает бытовое напряжение 110 В до 3,0 В.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.69P
Дисковод, подключенный к розетке 120 В, работает при напряжении 9,0 В. Трансформатор, питающий дисковод, имеет 125 витков на первичной обмотке, (а) Должно ли число витков на вторичной обмотке быть больше больше или меньше 125? Объясните, (b) Найдите количество витков на вторичной обмотке.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.70P
Трансформатор с соотношением витков (вторичная/первичная) 1:18 используется для понижения напряжения 120-В настенная розетка для использования в блоке подзарядки аккумулятора.Какое напряжение подается на зарядное устройство?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.71P
Неоновая вывеска, для которой требуется напряжение 11 000 В, подключена к розетке на 120 В. Какое отношение витков (вторичное/первичное) должно быть у трансформатора для питания вывески?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.72P
Понижающий трансформатор производит напряжение 6.0 В на вторичной обмотке при напряжении на первичной обмотке 120 В. Какое напряжение появится на первичной обмотке этого трансформатора, если на вторичную обмотку подать 120 В?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 73P
Повышающий трансформатор имеет 25 витков на первичной обмотке и 750 витков на вторичной обмотке. Если этот трансформатор должен обеспечивать выходное напряжение 4800 В при токе 12 мА, какие входные ток и напряжение необходимы?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.74GP
Самолет летит на уровне земли к северному полюсу, (a) ЭДС индукции от законцовки крыла к законцовке крыла, когда самолет находится на экваторе, больше, меньше или равна законцовке крыла -ЭДС кончиков крыльев, когда она находится на широте Нью-Йорка? б) Выберите лучшее объяснение из следующих:
I. ЭДС индукции одинакова, потому что напряженность магнитного поля Земли одинакова на экваторе и в Нью-Йорке.
II. ЭДС индукции больше в Нью-Йорке, потому что вертикальная составляющая магнитного поля Земли там больше, чем на экваторе.
III. ЭДС индукции меньше в Нью-Йорке, потому что на экваторе самолет летит параллельно силовым линиям магнитного поля.
Решение:
(a) На экваторе плоскость движется в направлении магнитного поля, поэтому ЭДС индукции мала.
Когда самолет летит, он движется перпендикулярно полю, поскольку он находится на широте, поэтому ЭДС индукции высока.
(Поскольку скорость изменения магнитного потока для крыльев воздушного самолета является произведением нисходящей составляющей магнитного поля, размаха крыльев и скорости самолета.)
(b) На широте вертикальная составляющая магнитного поля Земли высока, а на экваторе мала, поэтому ЭДС индукции высока на широте .
Следовательно, лучшее объяснение .(II)

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.75GP
Вы держите круглую проволочную петлю на северном магнитном полюсе Земли. Рассмотрим магнитный поток через эту петлю из-за магнитного поля Земли. Является ли поток, когда нормаль к петле направлена ​​горизонтально, больше, меньше или равен потоку, когда нормаль направлена ​​вертикально вниз? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.76GP
Вы держите круглую проволочную петлю на экваторе. Рассмотрим магнитный поток через эту петлю из-за магнитного поля Земли. Является ли поток, когда нормаль к петле направлена ​​на север, больше, меньше или равен потоку, когда нормаль направлена ​​вертикально вверх? Объяснять.
Решение:
Поток через петлю наибольший, когда нормаль к петле указывает направление поля.
Мы знаем, что на экваторе поле указывает на север. Когда нормаль к петле указывает на север, направление магнитного поля и нормаль параллельны. Так что поток максимален. Но когда нормаль к петле направлена ​​вертикально вверх, то направление магнитного поля и нормаль перпендикулярны. Тогда магнитный поток становится равным нулю. Таким образом, поток, когда нормаль указывает на север, больше, чем когда нормаль указывает вертикально вверх.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 77ГП
Катушка индуктивности, показанная на рисунке, включена в электрическую цепь с переменным током. В рассматриваемый момент индуктор имеет индукционную ЭДС с указанным направлением. Ток в цепи в это время увеличивается и вправо, увеличивается и влево, уменьшается и вправо или уменьшается и влево?

Решение:

Когда в индукторе действует ЭДС указанного направления, то ток в индукторе увеличивается в направлении, противоположном увеличению тока в цепи.Следовательно. ток в цепи может увеличиваться вправо или уменьшаться влево, потому что ток в катушке индуктивности направлен влево, т.е. он покидает положительный полюс

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.78GP
Космический корабль «Вояджер-1» движется в межзвездном пространстве со скоростью 8,0 × 103 м/с. Магнитное поле в этой области пространства имеет величину 2,0·10-10 Тл. Считая, что антенна длиной 5,0 м на космическом корабле расположена под прямым углом к ​​магнитному полю, найти ЭДС индукции между ее концами.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.79GP
Катушки, используемые для измерения движения мясной мухи, как описано в разделе 23-5, имеют диаметр 2,0 мм. Кроме того, муха погружается в магнитное поле величиной 0,15 мТл. Найдите максимальный магнитный поток, создаваемый одной из этих катушек.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.80GP
Компьютеризированное отслеживание челюсти, или электрогнатография (ЭГН), является важным инструментом диагностики и лечения височно-нижнечелюстных нарушений (ВНЧС), которые влияют на способность человека эффективно кусать. Первым шагом в применении ЭГН является прикрепление небольшого постоянного магнита к десне пациента ниже нижних резцов. Затем, когда челюсть совершает кусающие движения, результирующее изменение магнитного потока улавливается проволочными катушками, расположенными по обеим сторонам рта, как показано на рисунке. Предположим, что челюсть этого человека движется вправо и что северный полюс постоянного магнита также указывает вправо.С ее точки зрения, направлен ли индуцированный ток в катушке (а) справа от нее и (б) слева от нее по часовой стрелке или против часовой стрелки? Объяснять.

Решение:
Учитывая, что компьютеризированное отслеживание челюсти или электрогнатограф (ЭГН) является важным инструментом для диагностики и лечения височно-нижнечелюстных нарушений (ВНЧС), которые влияют на способность человека эффективно кусать.
Первым шагом в применении EGN является прикрепление небольшого постоянного магнита к десне пациента под нижними резцами. Затем, когда челюсть совершает кусающие движения, возникающее в результате изменение магнитного потока улавливается проволочными катушками, расположенными по обеим сторонам рта, как показано на рисунке, приведенном в вопросе.
Предположим, что челюсть этого человека движется вправо и что северный полюс постоянного магнита также указывает вправо.
(a)
Здесь силовые линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, происходит изменение магнитного потока, в частности, и увеличивается вправо. Это изменение за счет уменьшения магнитного потока слева от нее и увеличения справа от нее будет учитываться катушками. Таким образом, с ее точки зрения, ток в катушке справа от нее будет вращаться против часовой стрелки, образуя магнитное поле, противодействующее полю, создаваемому магнитом в ее зубах
(б)
Слева от нее ток в катушка повернется против часовой стрелки, образуя магнитное поле, что объясняет увеличение магнитного потока на ее левой стороне.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.81GP
Прямоугольная проволочная петля 24 см на 72 см согнута в форме буквы L, как показано на рисунке. Магнитное поле вблизи петли имеет величину 0,035 T и в направлении на 25° ниже оси y. Магнитное поле не имеет x-компоненты. Найдите величину магнитного потока через петлю.

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.82GP
Круговая петля радиусом 3,7 см лежит в плоскости x-y. Магнитное поле в этой области пространства однородно и определяется выражением (а) Какова величина магнитного потока через эту петлю? (b) Предположим, теперь мы увеличили компонент x, оставив другие компоненты неизменными. Величина магнитного потока увеличивается, уменьшается или остается неизменной? Объясните, (c) Предположим вместо этого, что мы увеличиваем компонент z , оставляя другие компоненты неизменными. Величина магнитного потока увеличивается, уменьшается или остается неизменной? Объяснять.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.83GP
Рассмотрим прямоугольную петлю из проволоки 5,8 см на 8,2 см в однородном магнитном поле с величиной 1,3 Тл. положения нулевого магнитного потока в положение максимального потока за 21 мс. Чему равна средняя ЭДС индукции в контуре?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.84GP
Автомобиль с вертикальной радиоантенной длиной 85 см едет строго на восток со скоростью 25 м/с. Магнитное поле Земли в этом месте имеет величину 5,9 × 10–5 Тл и направлено на север, на 72° ниже горизонтали, (а) Ts — верхняя или нижняя часть антенны при более высоком потенциале? Объясните, б) Найдите ЭДС индукции между концами антенны.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.85GP
Прямоугольные катушки в 325-витковом генераторе имеют размеры 11 см на 17 см.Какова максимальная ЭДС, создаваемая этим генератором при его вращении с угловой скоростью 525 об/мин в магнитном поле 0,45 Тл?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.86GP
Кубическая коробка со стороной 22 см 011 помещена в однородное магнитное поле силой 0,35 Тл. Найдите чистый магнитный поток через коробку.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.87GP
Транскраниальная магнитная стимуляция (IMS) — это неинвазивный метод изучения функции мозга, а также, возможно, лечения. В этой технике проводящая петля удерживается возле головы человека, как показано на рисунке. Когда ток в контуре изменяется быстро, создаваемое им магнитное поле может изменяться со скоростью 3,00·104 Тл/с. Это быстро меняющееся магнитное поле индуцирует электрический ток в ограниченной области мозга, что может вызвать подергивание пальца, появление ярких пятен в поле зрения (магнетофосфены) или чувство полного счастья, переполняющее человека.Чему равна ЭДС индукции, если магнитное поле изменяется с указанной выше скоростью на площади 1,13 × 10 2 м2?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея
см. Чему равна ЭДС индукции в катушке при t = 2,50 мс (а), t = 7,50 мс (б), t = 15,0 мс (в) и t = 25,0 мс (г)?

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 89GP
Вы хотите сконструировать индуктор на 50,0 мГн, намотав изолированный медный провод (диаметр = 0,0332 см) на трубку с круглым поперечным сечением радиусом 2,67 см. Какой длины потребуется проволока, если она намотана на трубку в один плотный слой? Глава 23. Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.90GP
Ф.Обе цепи имеют одинаковое сопротивление R. Найдите (а) значение R и (б) постоянную времени цепи RL.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея
а) Через какое время после замыкания ключа сила тока в цепи будет равна 12 мА? б) Сколько энергии сохраняется в катушке индуктивности, когда ток достигает своего максимального значения?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.92GP
Аккумулятор 9,0 В соединен последовательно с катушкой индуктивности 31 мГн, сопротивлением 180 Ом. резистор и разомкнутый ключ, а) Чему равна сила тока в цепи через 0,120 мс после замыкания ключа? б) Сколько энергии запасено в индукторе в это время?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 93GP
Предположим, мушка, описанная в задаче 79, поворачивается на угол 90° за 37 мс. Если магнитный поток через одну из катушек на насекомом во время этого маневра изменяется от максимума до нуля, а катушка имеет 85 витков провода, найти величину ЭДС индукции.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.94GP
Токопроводящий стержень массой m находится в контакте с двумя вертикальными токопроводящими рельсами, отстоящими друг от друга на расстоянии L, как показано на рисунке. Вся система погружена в магнитное поле величиной B, направленное наружу страницы. Предполагая, что стержень скользит без трения, (а) опишите движение стержня после того, как он вышел из состояния покоя, (б) Каково направление индукционного тока (по часовой стрелке или против часовой стрелки) в цепи? в) Найдите скорость стержня после длительного падения.

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q. 95GP
Одновитковая прямоугольная петля шириной W и длиной L движется параллельно своей длине со скоростью v. Петля движется из области с магнитным полем, перпендикулярным плоскости петли, в область, где магнитное поле равно нулю, как показано на рис. Найти скорость изменения магнитного потока через петлю (а) до того, как она войдет в область нулевого поля, (б) сразу после того, как она войдет в область нулевого поля, и (в) после того, как она полностью окажется в области нулевого поля. поле, (d) Для каждого из случаев, рассмотренных в частях (a), (b) и (c), укажите, направлен ли индуцированный ток в петле по часовой стрелке, против часовой стрелки или равен нулю.Объясните в каждом случае.

Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.96GP
Переключатель в цепи, показанной на рисунке, первоначально разомкнут, (а) Найдите ток в цепи долгое время после замыкания переключателя, (b) Опишите поведение лампочки с момента замыкания переключателя до тех пор, пока ток не достигнет значения, найденного в части (a), (c) Теперь предположим, что переключатель открыт после того, как он был замкнут в течение длительное время, если индуктор большой, наблюдается, что свет ярко вспыхивает, а затем перегорает. Объясните это поведение. (d) Найдите напряжение на лампочке непосредственно перед и сразу после размыкания выключателя.

Решение:

Глава 23. Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.97GP
. через фундаментальные константы ε0 и µ0. (b) Оцените E/B численно и сравните полученный результат со скоростью света.
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.98PP
«Умные» светофоры управляются петлями провода, заделанного в дорогу (рисунок). Эти «петлевые детекторы» воспринимают изменение магнитного поля, когда большой металлический объект, например, автомобиль или грузовик, движется по петле. Как только объект обнаружен, электрические цепи в контроллере проверяют перекрестное движение, а затем переключают свет с красного на зеленый.

Типичный петлевой детектор состоит из трех или четырех витков провода 14-го калибра, закопанного на 3 дюйма ниже уровня дорожного покрытия. Вы можете увидеть отметки на дороге, где тротуар был срезан для установки проводов.На данном перекрестке может быть более одного петлевого детектора; это позволяет системе распознавать движение объекта, поскольку она активирует сначала один детектор, а затем другой в течение короткого периода времени. Если система определяет, что автомобиль въехал на перекресток, когда горит красный свет, она может активировать одну камеру, чтобы сделать снимок автомобиля спереди, чтобы увидеть лицо водителя, а затем вторую камеру, чтобы сделать снимок проезжей части. автомобиль и его номерной знак сзади. Эта система камер с красными фонарями успешно использовалась во время захватывающей сцены погони по улицам Лондона в фильме «Сокровище нации: Книга тайн».
Мотоциклы настолько малы, что часто не могут активировать датчики, оставляя велосипедиста ждать зеленого сигнала светофора. Некоторые компании начали продавать мощные неодимовые магниты для установки на днище мотоцикла, чтобы детекторы «видели» их.
Предположим, что нисходящая вертикальная составляющая магнитного поля увеличивается, когда автомобиль проезжает через петлевой детектор. Если смотреть сверху, индуцированный ток в контуре направлен по часовой стрелке, против часовой стрелки или равен нулю?
Решение:
Поскольку нисходящая вертикальная составляющая магнитного поля увеличивается из-за автомобиля, согласно закону Ленца индуцируемый ток противодействует увеличению магнитного поля.
Таким образом, по правилу правой руки (RHR) направление тока должно быть против часовой стрелки

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.99PP
«Умные» светофоры управляются петлями из проволоки, встроенной в дорогу (Фигура). Эти «петлевые детекторы» воспринимают изменение магнитного поля, когда большой металлический объект, например, автомобиль или грузовик, движется по петле. Как только объект обнаружен, электрические цепи в контроллере проверяют перекрестное движение, а затем переключают свет с красного на зеленый.

РИСУНОК
Типичный петлевой детектор состоит из трех или четырех петель провода 14-го калибра, закопанных на 3 дюйма ниже уровня дорожного покрытия. Вы можете увидеть отметки на дороге, где тротуар был срезан для установки проводов. На данном перекрестке может быть более одного петлевого детектора; это позволяет системе распознавать движение объекта, поскольку она активирует сначала один детектор, а затем другой в течение короткого периода времени. Если система определяет, что автомобиль въехал на перекресток, когда горит красный свет, она может активировать одну камеру, чтобы сделать снимок автомобиля спереди, чтобы увидеть лицо водителя, а затем вторую камеру, чтобы сделать снимок проезжей части. автомобиль и его номерной знак сзади.Эта система камер с красными фонарями успешно использовалась во время захватывающей сцены погони по улицам Лондона в фильме «Сокровище нации: Книга тайн».
Мотоциклы настолько малы, что часто не могут активировать датчики, оставляя велосипедиста ждать зеленого сигнала светофора. Некоторые компании начали продавать мощные неодимовые магниты для установки на днище мотоцикла, чтобы детекторы «видели» их.
Автомобиль наезжает на петлевой детектор и увеличивает нисходящую составляющую магнитного поля внутри петли с 1.2 × 10–5, Тл до 2,6 × 10–5 Тл за 0,38 с. Какова ЭДС индукции в детекторе, если он круглый, имеет радиус 0,67 м и состоит из четырех проволочных витков?
A. 0,66 × 10–4 В
B. 1,5 × 10–4 В
C. 2,1 × 10–4 В
D. 6,2 × 10–4 В
Решение:

Глава 23 Магнитный поток Закон индукции Фарадея Q.100PP
«Умные» светофоры управляются проволочными петлями, встроенными в дорогу (рис.). Эти «петлевые детекторы» воспринимают изменение магнитного поля, когда большой металлический объект, например, автомобиль или грузовик, движется по петле.Как только объект обнаружен, электрические цепи в контроллере проверяют перекрестное движение, а затем переключают свет с красного на зеленый.

РИСУНОК
Типичный петлевой детектор состоит из трех или четырех петель провода 14-го калибра, закопанных на 3 дюйма ниже уровня дорожного покрытия. Вы можете увидеть отметки на дороге, где тротуар был срезан для установки проводов. На данном перекрестке может быть более одного петлевого детектора; это позволяет системе распознавать движение объекта, поскольку она активирует сначала один детектор, а затем другой в течение короткого периода времени.Если система определяет, что автомобиль въехал на перекресток, когда горит красный свет, она может активировать одну камеру, чтобы сделать снимок автомобиля спереди, чтобы увидеть лицо водителя, а затем вторую камеру, чтобы сделать снимок проезжей части. автомобиль и его номерной знак сзади. Эта система камер с красными фонарями успешно использовалась во время захватывающей сцены погони по улицам Лондона в фильме «Сокровище нации: Книга тайн».
Мотоциклы настолько малы, что часто не могут активировать датчики, оставляя велосипедиста ждать зеленого сигнала светофора.Некоторые компании начали продавать мощные неодимовые магниты для установки на днище мотоцикла, чтобы детекторы «видели» их.
Грузовик подъезжает к петлевому детектору и увеличивает нисходящую составляющую магнитного поля внутри петли с 1,2 × 10–5 Тл до большего значения B за 0,38 с. Детектор имеет круглую форму, радиус 0,67 м и состоит из трех проволочных петель. Чему равно B, если ЭДС индукции равна 8,1 × 10–4 В?
А. 3,6 × 10–5 Тл
Б. 7,3 × 10–5 Тл
С.8.5×10−5T
D. 24×10−5T
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.101PP
«Умные» светофоры управляются проволочными петлями дорога (рис.). Эти «петлевые детекторы» воспринимают изменение магнитного поля, когда большой металлический объект, например, автомобиль или грузовик, движется по петле. Как только объект обнаружен, электрические цепи в контроллере проверяют перекрестное движение, а затем переключают свет с красного на зеленый.

РИСУНОК
Типичный петлевой детектор состоит из трех или четырех петель провода 14-го калибра, закопанных на 3 дюйма ниже уровня дорожного покрытия. Вы можете увидеть отметки на дороге, где тротуар был срезан для установки проводов. На данном перекрестке может быть более одного петлевого детектора; это позволяет системе распознавать движение объекта, поскольку она активирует сначала один детектор, а затем другой в течение короткого периода времени. Если система определяет, что автомобиль въехал на перекресток, когда горит красный свет, она может активировать одну камеру, чтобы сделать снимок автомобиля спереди, чтобы увидеть лицо водителя, а затем вторую камеру, чтобы сделать снимок проезжей части. автомобиль и его номерной знак сзади.Эта система камер с красными фонарями успешно использовалась во время захватывающей сцены погони по улицам Лондона в фильме «Сокровище нации: Книга тайн».
Мотоциклы настолько малы, что часто не могут активировать датчики, оставляя велосипедиста ждать зеленого сигнала светофора. Некоторые компании начали продавать мощные неодимовые магниты для установки на днище мотоцикла, чтобы детекторы «видели» их.
Предположим, мотоцикл увеличивает нисходящую составляющую магнитного поля внутри контура только с 1.от 2 × 10–5 Тл до 1,9 × 10–5 Тл. Детектор имеет квадратную форму со стороной 0,75 м и имеет четыре витка провода. За какое время должно увеличиться магнитное поле, чтобы оно индуцировало ЭДС 1,4 · 10-4 В?
A. 0,028 с
B. 0,11 с
C. 0,35 с
D. 0,60 с
Решение:

слева от области поля, где поля нет, и движется вправо.Когда кольцо частично находится в области поля, (а) направлен ли индуцированный ток в кольце по часовой стрелке, против часовой стрелки или равен нулю, и (б) направлена ​​ли магнитная сила на кольцо вправо, влево или равна нулю? Объяснять.
Решение:
а) По правилу правой руки ; кольцо движется вправо
Итак, ток будет направлен по часовой стрелке
б)
Магнитная сила, действующая на кольцо, направлена ​​влево, потому что v, B и F взаимно перпендикулярны друг другу.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.103IP
Предположим, что кольцо изначально полностью находится внутри области поля и движется вправо, (a) Направлен ли индуцированный ток в кольце по часовой стрелке, против часовой стрелки или равен нулю , и (b) магнитная сила на кольце справа, слева или равна нулю? Объяснять. Теперь кольцо начинает выходить из области поля, все еще двигаясь вправо, (c) направлен ли индуцированный ток в кольце по часовой стрелке, против часовой стрелки или равен нулю, и (d) представляет собой магнитную силу, действующую на кольцо вправо, к слева или ноль? Объяснять.
Решение:
Учитывая это, предположим, что кольцо изначально находится полностью внутри области поля и движется вправо
вправо, то магнитное поле не меняется и, следовательно, магнитный поток не изменяется.
б) На кольцо не действует никакая сила, так как нет ЭДС индукции, ток не возникает
в) Если кольцо выходит из поля, движущегося вправо, то в кольце происходит уменьшение магнитного поля и, следовательно, производит или изменяет магнитный поток. Кольцо будет компенсировать это изменение, генерируя ток против часовой стрелки, чтобы сформировать магнитное поле из страницы.
г) Когда кольцо покидает магнитное поле, слева на левой стороне кольца будет создаваться сила, а на правой стороне кольца сила будет равна нулю, поскольку оно выпало из поля. Следовательно, чистая сила, создаваемая кольцом, будет направлена ​​влево, противодействуя силе, перемещающей кольцо вправо.

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.104IP
(a) Какая внешняя сила требуется, чтобы придать стержню скорость 3,49 м/с при неизменности всех остальных плиток? б) Какова сила тока в цепи в этом случае?
Решение:

Глава 23 Магнитный поток и закон индукции Фарадея Q.105IP
Предположим, что направление магнитного поля изменилось на противоположное. Все остальное в системе остается прежним, а) направлена ​​ли магнитная сила на стержень вправо, влево или равна нулю? Объясните, (b) Направление индукционного тока по часовой стрелке, против часовой стрелки или ноль? Объяснять. (c) Предположим, теперь мы регулируем напряженность магнитного поля до тех пор, пока скорость стержня не станет равной 2,49 м/с, сохраняя при этом силу равной 1,60 Н. Какова новая величина магнитного поля?
Решение:

Вопросы и ответы. Я создаю электромагнит для школьного проекта научной ярмарки. Имеет ли значение форма железного сердечника?

Я создаю электромагнит для школьного проекта научной ярмарки. Имеет ли значение форма железного сердечника? Одножильный медный провод лучше, чем многожильный? Медный провод лучше или другой провод лучше? Должен ли провод быть изолирован или неизолирован? Что я могу сделать, чтобы получить максимальную отдачу от батареи?

Да, форма железного сердечника имеет значение.Чем полнее цепь, образованная железом, тем большее поле вы получите при данной катушке и токе. Лучший способ сделать простой магнит — это иметь железный сердечник в форме буквы «С». Зазор, образованный буквой «С», должен быть как можно меньше и при этом быть вам полезным. Просто оберните проволоку вокруг утюга, и у вас есть магнит. Железо должно быть «мягким железом», а не твердой сталью, как болт. Если вам нужно использовать болт или резьбовой стержень, убедитесь, что это обычная сталь, а не нержавеющая или сверхвысокопрочная сталь.Нержавеющая сталь немагнитна (не будет работать), а высокопрочная сталь дает меньше магнитного поля, чем мягкая сталь. Если вы покупаете сталь, то постарайтесь получить сплав под названием «1010». Если вы учитесь в хорошей средней школе с хорошей мастерской по металлу, ваш учитель по металлу может помочь вам смягчить кусок стали путем отжига. Это просто означает, что вы нагреваете его и смягчаете сталь. После того, как вы согнули сталь в форме буквы «С», повторно отожгите ее, чтобы вернуть мягкость. При изгибе стали она затвердевает и ухудшает магнитные свойства.Математическая формула, описывающая функцию магнита, называется законом Ампера. В нем говорится, что сила поля, умноженная на зазор, равна числу витков в катушке, умноженному на ток, умноженному на постоянную, называемую Mu.

B * gap = Mu * N * I

B в теслах (10 000 гаусс)

зазор в метрах (это открытие буквы «C»). * 10 -7

N — целое число, равное количеству витков в вашей катушке.

I — сила тока в амперах.Лучше иметь большое количество меди, чтобы снизить сопротивление. Также хорошо иметь много витков, чтобы лучше использовать доступный ток. Медь имеет самое низкое сопротивление при комнатной температуре, поэтому это отличный выбор. Кроме того, их легко спаять, и вы можете купить медный провод где угодно. Очень важно изолировать провод, иначе он закоротит витки и магнит будет неэффективен. Вы получаете максимальный ток от батареи, когда она полностью заряжена. Кроме того, хорошей идеей будет не снимать ток со слишком высокой скоростью.Вы должны найти оптимальный ток разряда, чтобы получить лучший срок службы батареи. Кроме того, вы должны оптимизировать конструкцию магнита, особенно катушки, чтобы она соответствовала вашей батарее. Приведенное выше уравнение говорит вам для данного тока и количества витков, какое магнитное поле вы получите. Другой известный закон, называемый законом Ома, говорит вам о соотношении между амперами, вольтами и сопротивлением. Вольт = Ампер * сопротивление (измеряется в Омах) Ваша катушка должна иметь падение напряжения, равное тому, которое ваша батарея может выдать при наилучшей скорости разряда.Кусок меди имеет сопротивление, которое можно определить по следующей формуле. Сопротивление = Rho * L / A Сопротивление в Омах Rho является константой для каждого металла, а для меди оно равно 1,6*10 -6 Ом-сантиметров 9 22546 5 5 длина используемого провода в сантиметрах A — это площадь поперечного сечения медного провода в сантиметрах в квадрате Таким образом, закон Ампера говорит вам, какое поле вы получаете для данного тока и количества оборотов.Закон Ома говорит вам о падении напряжения при токе, который вы хотите для данного сопротивления, а формула для сопротивления говорит вам о сопротивлении выбранного вами провода. Теперь вам нужно оптимизировать конструкцию вашего магнита. Хитрость заключается в том, чтобы сделать катушку так, чтобы она эффективно разряжала аккумулятор при номинальном напряжении. Если у вас есть 12-вольтовая батарея глубокого разряда, вы можете разряжать ее при 12 вольтах и ​​5 амперах в течение длительного времени. Популярные рассчитаны на 120 ампер-часов. Это означает, что они будут работать в течение 24 часов при 5 амперах.Это также означает, что они будут работать при токе 20 ампер в течение 6 часов. Однако помните, что аккумулятор будет быстрее изнашиваться, если вы будете разряжать его большим током, и он точно не протянет долго, если вы берете более 50% доступного заряда. Итак, вы выбираете медный провод, сопоставляете падение напряжения, скажем, 5 ампер с доступными 12 вольтами, и у вас есть катушка. Проверьте, сколько оборотов вы получите, и это ваш магнит. Если поле слишком низкое, вам нужно больше витков или более высокий ток. Просто отрегулируйте размер провода, чтобы он соответствовал требуемой силе тока, а напряжение на требуемых витках соответствует возможностям батареи. Для батареи на 120 ампер-часов лучше снять только 60, а затем остановиться и перезарядить. Хорошее эмпирическое правило для всех аккумуляторов глубокого цикла — не снимать более половины номинального заряда. В таком виде они служат очень долго. Другими распространенными батареями, которые вы, возможно, захотите рассмотреть, являются элементы «D». Они рассчитаны на 1,5 вольта. Они хороши только для токов в несколько миллиампер. Вы можете получить больше тока, поставив эти батареи параллельно. Если вам нужно большее напряжение, вы можете соединить их последовательно.Если это проект ярмарки домашних наук, и ваши родители помогают, то я бы использовал что-то вроде аккумулятора для садового трактора. Они рассчитаны на 12 вольт, они дешевы и перезаряжаемы. Возможно, у вас уже есть один дома, который вы можете использовать. Автор: Пол Бриндза, руководитель отдела экспериментального дизайна (Другие ответы Пола Бриндза) Простая схема Простая схема Понимание основных принципов работы автомобильного электрооборудования имеет важное значение для ваших основных навыков и помогает вам диагностировать основные причины и устранять проблемы с электрооборудованием. Следующая информация поможет вам ознакомиться с элементами электричества, определить методы для понимания цепей, сопротивления, нагрузки, проверить напряжение холостого хода или доступное напряжение, а также падение напряжения. Помните о трех элементах электричества; напряжение, сила тока и сопротивление. Напряжение (иногда называемое электродвижущей силой) представляет собой электрическую потенциальную энергию между двумя точками электрической цепи, выраженную в вольтах. Думайте о напряжении как об электрическом давлении, которое существует между двумя точками в проводнике, или о силе, которая заставляет электроны двигаться в электрической цепи.Другими словами, это давление или сила, которая заставляет электроны двигаться в определенном направлении внутри проводника. Когда электроны перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную область, это движение электронов между атомами называется электрическим током. Электрический ток является мерой потока этих электронов через проводник или электричества, протекающего в цепи или электрической системе. Если вы думаете о садовом шланге в качестве примера, ток — это количество воды, протекающей через шланг.Напряжение – это величина давления, под действием которого вода проходит через шланг. Этот поток электронов измеряется в единицах, называемых амперами. Ампер или ампер — это единица измерения силы или скорости электрического тока. Электрическое сопротивление описывает степень сопротивления протеканию тока. Чем больше значение сопротивления, тем больше он борется. Все, что препятствует или останавливает поток тока, повышает сопротивление цепи. Это сопротивление или противодействие току измеряется в Омах.Один вольт — это величина давления, необходимая для прохождения тока в один ампер через сопротивление в один ом в цепи. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ Цепь — это полный путь, по которому течет электричество. Основные элементы базовой электрической цепи состоят из: источника, нагрузки и земли. Электричество не может течь без источника питания (батареи), нагрузки (лампы или резистора-электрического устройства/компонента) и замкнутого проводящего пути (проводов, соединяющих его). Электрические цепи состоят из проводов, соединителей проводов, переключателей, устройств защиты цепи, реле, электрических нагрузок и заземления. Схема, показанная ниже, имеет источник питания, предохранитель, выключатель, лампу и провода, соединяющие каждый из них в петлю. Когда соединение завершено, ток течет от положительной клеммы батареи через цепь к отрицательной клемме батареи. В полной цепи напряжение источника обеспечивает электрическое давление, которое проталкивает ток через цепь.Сторона источника цепи включает в себя все части цепи между положительной клеммой батареи и нагрузкой. Нагрузкой является любое устройство в цепи, которое производит свет, тепло, звук или электрическое движение при протекании тока. Нагрузка всегда имеет сопротивление и потребляет напряжение только при протекании тока. В приведенном ниже примере один конец провода от второй лампы возвращает ток на аккумулятор, так как он подключен к кузову или раме автомобиля. Корпус или рама работают как заземление кузова (имеется в виду та часть цепи, которая возвращает ток в батарею). ТРЕБОВАНИЯ К ЦЕПИ Чтобы сделать электричество практичным, необходима полная электрическая цепь. Электроны должны течь от источника питания и возвращаться к нему. Соединяя отрицательно и положительно заряженные концы источника питания с проводником, мы получаем возможность движения электронов. Таким образом, полная цепь представляет собой «путь» или петлю, по которой проходит электричество (ток). Но чтобы эта петля или схема действительно работала на нас, нам нужно добавить две вещи: источник питания (аккумулятор или генератор переменного тока) и нагрузку (например, фары).После того, как электричество выполнило свою работу через Нагрузку, оно должно вернуться обратно к Источнику (Батарея). Если у вас где-то есть разрыв в этой цепи, у вас будет разрыв в электрическом потоке. Это также известно как «открытая» цепь. Напряжение холостого хода измеряется, когда ток в цепи отсутствует. Типы цепей Существует три основных типа цепей: последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Отдельные электрические цепи обычно объединяют одно или несколько устройств сопротивления или нагрузки.Конструкция автомобильной электрической цепи определяет, какой тип цепи используется, но для правильной работы все они требуют одних и тех же основных компонентов: . 1. Источник питания (батарея, генератор переменного тока, генератор и т. д.) необходим для обеспечения потока электронов (электричества). 2. Защитное устройство (предохранитель, плавкая вставка или автоматический выключатель) предотвращает повреждение цепи в случае короткого замыкания. 3. Устройство управления (переключатель, реле или транзистор) позволяет пользователю включать или выключать цепь 4.Нагрузочное устройство (лампа, двигатель, обмотка, резистор и т. д.). Преобразует электричество в работу. 5. Проводник (обратный путь, проводка к земле) обеспечивает электрический путь к источнику питания и от него. Цепи серии Компоненты последовательной цепи соединены встык один за другим, образуя простую петлю для протекания тока по цепи. Последовательная цепь имеет только один путь к земле, все нагрузки подключены последовательно, поэтому ток должен проходить через каждый компонент, чтобы вернуться на землю.Если в цепи есть разрыв (например, перегоревшая лампочка), вся цепь и все остальные лампочки гаснут. Если путь разорван, ток не течет и ни одна часть цепи не работает. Огни рождественской елки — хороший пример; когда одна лампочка гаснет, вся струна перестает работать. Параллельные цепи Параллельная цепь имеет более одного пути для протекания тока. На каждую ветвь подается одинаковое напряжение. Если сопротивление нагрузки в каждой ветви одинаково, ток в каждой ветви будет одинаковым.Если сопротивление нагрузки в каждой ветви разное, ток в каждой ветви будет разным. Компоненты параллельной цепи соединены бок о бок, поэтому поток тока имеет выбор путей в цепи. Если одна ветвь сломана, ток продолжит течь к другим ветвям. В приведенной ниже параллельной цепи два или более сопротивления (R1, R2 и т. д.) соединены в цепь следующим образом: один конец каждого сопротивления подключен к положительной стороне цепи, а другой конец подключен к отрицательной боковая сторона. Последовательно-параллельные цепи В последовательно-параллельной цепи одни компоненты соединены последовательно, а другие — параллельно. Источник питания и устройства управления или защиты обычно соединены последовательно; нагрузки обычно параллельны. Если последовательная часть разорвана, ток перестает течь во всей цепи. Если параллельная ветвь разорвана, ток продолжает течь в последовательной части и остальных ветвях. Освещение приборной панели салона является хорошим примером сопротивления и ламп, соединенных в последовательно-параллельной цепи.В этом примере, регулируя реостат, вы можете увеличить или уменьшить яркость света. Диагностика цепей Проблемы с электрической цепью обычно вызваны неисправным компонентом или низким или высоким сопротивлением в цепи. Низкое сопротивление в цепи обычно может быть вызвано коротким замыканием компонента или замыканием на землю и, как правило, вызывает перегорание предохранителя, плавкой вставки или автоматического выключателя. Высокое сопротивление в цепи может быть вызвано коррозией или обрывом на стороне источника или на стороне заземления цепи.Все, что препятствует или останавливает поток тока, повышает сопротивление цепи. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ЦЕПИ Устройства защиты цепи используются для защиты проводов и соединителей от повреждения избыточным током, вызванным перегрузкой по току или коротким замыканием. Чрезмерный ток вызывает избыточное тепло, что может привести к «размыканию» защиты цепи. В качестве устройств защиты цепи используются предохранители, плавкие элементы, плавкие вставки и автоматические выключатели. Устройства защиты цепи доступны в различных типах, формах и определенных номинальных токах. Предохранители Предохранитель является наиболее распространенным типом устройства защиты от перегрузки по току. Плавкий предохранитель помещается в электрическую цепь и получает то же электропитание, что и защищаемая цепь. Короткое замыкание или состояние заземления позволяет току течь на землю до того, как он достигнет нагрузки. Поэтому, когда подается слишком большой ток, превышающий номинал предохранителя, он «перегорает» или «перегорает», потому что плавится металлическая проволока или предохранительный элемент в предохранителе. Это размыкает или разрывает цепь и предотвращает повреждение проводов, разъемов и электронных компонентов цепи перегрузкой по току.Размер металлического плавкого элемента (или плавкой вставки) определяет его номинал. Помните, чрезмерный ток вызывает избыточное тепло, и именно тепло, а не ток вызывает размыкание устройства защиты цепи. После того, как предохранитель «перегорел», его необходимо заменить новым. После того, как вы определили, что предохранитель перегорел, наиболее важным элементом является замена предохранителя на точно такой же номинал тока, что и у перегоревшего. Максимальная нагрузка на один предохранитель рассчитана на то, чтобы никогда не превышать семьдесят процентов от номинала предохранителя.Предохранитель обычно следует выбирать с номиналом чуть выше нормального рабочего тока (силы тока), который можно использовать при любом напряжении ниже номинального напряжения предохранителя. Если новый предохранитель тоже перегорает, значит что-то не так с цепью. Проверьте проводку к компонентам, которые идут от перегоревшего предохранителя. Ищите плохие соединения, порезы, разрывы или короткие замыкания. Предохранители имеют различные времятоковые характеристики нагрузки для конечного времени работы при использовании и для скорости, с которой плавкий элемент перегорает в ответ на состояние перегрузки по току.Со временем нормальные скачки напряжения могут привести к усталости плавких предохранителей, что может привести к перегоранию предохранителя даже при отсутствии неисправности. На предохранителях всегда указывается номинальный ток в амперах, на который они рассчитаны в течение длительного времени при стандартной температуре. Расположение предохранителей Предохранители расположены по всему автомобилю. Общие места включают моторный отсек, под приборной панелью за левой или правой боковой панелью или под IPDM.Предохранители обычно сгруппированы вместе и часто смешиваются с другими компонентами, такими как реле, автоматические выключатели и плавкие элементы. Крышки блока предохранителей Крышки блока предохранителей/реле обычно обозначают местонахождение и положение каждого предохранителя, реле и элемента предохранителя, содержащегося внутри. Типы предохранителей Предохранители подразделяются на основные категории: предохранители лезвийного типа и патронные предохранители со старым стеклом. Используются несколько вариантов каждого из них. Общие типы предохранителей Плавкий предохранитель и предохранительный элемент сегодня используются чаще всего. Предохранители лезвийного типа имеют пластиковый корпус и два штыря, которые вставляются в гнезда и могут быть установлены в блоках предохранителей, линейных держателях предохранителей или зажимах предохранителей. Существуют три разных типа ножевых предохранителей; Maxi Fuse, стандартный автоматический предохранитель и мини-предохранитель. Основная конструкция Плавкий предохранитель представляет собой компактную конструкцию с металлическим элементом и прозрачным изолирующим корпусом, который имеет цветовую маркировку для каждого номинального тока.(Стандартный автоматический режим показан ниже; однако конструкция предохранителей Mini и Maxi одинакова.) Номинальный ток предохранителя Цвет Номинальные значения тока предохранителя для предохранителей Mini и Standard Auto идентичны. Однако для цветовых значений силы тока макси-предохранителей используется другая схема цветового кодирования. Плавкие вставки и плавкие элементы Плавкие вставки делятся на две категории: патрон плавкого элемента и плавкая вставка.Конструкция и функции плавких вставок и плавких элементов аналогичны плавким предохранителям. Основное отличие состоит в том, что плавкая вставка и плавкий элемент используются для защиты электрических цепей с большей силой тока, обычно цепей на 30 ампер и более. Как и в случае с предохранителями, после перегорания плавкой вставки или плавкого элемента их необходимо заменить новыми. Плавкие вставки защищают цепи между аккумулятором и блоком предохранителей. Плавкие вставки Плавкие вставки представляют собой короткие отрезки проволоки меньшего диаметра, предназначенные для плавления в условиях перегрузки по току.Плавкая вставка обычно на четыре (4) размера провода меньше, чем цепь, которую она защищает. Изоляция плавкой вставки представляет собой специальный негорючий материал. Это позволяет проводу расплавиться, но изоляция остается неповрежденной в целях безопасности. Некоторые плавкие ссылки имеют тег на одном конце, который указывает их рейтинг. Как и предохранители, плавкие вставки подлежат замене после того, как они «перегорели» или расплавились. Многие производители заменили плавкие вставки плавкими элементами или предохранителями Maxi. Картридж плавких предохранителей Предохранительные элементы, плавкая вставка патронного типа, также известны как плавкие предохранители Pacific. Элемент имеет клемму и плавкую часть как единое целое. Элементы предохранителя практически заменили плавкую вставку. Они состоят из корпуса, в котором находятся как клемма, так и предохранитель. Картриджи с плавкими предохранителями имеют цветовую маркировку для каждого тока силы тока. Несмотря на то, что плавкие предохранители доступны в двух физических размерах и могут быть вставными или болтовыми, втычной тип является наиболее популярным. Конструкция картриджа плавкого предохранителя Конструкция плавкого элемента довольно проста.Цветной пластиковый корпус содержит плавкий элемент, видимый через прозрачную верхнюю часть. Номиналы предохранителей также выбиты на корпусе. Цветовая маркировка плавкого предохранителя Цветовые значения силы тока предохранителя показаны ниже. Плавкая часть плавкого элемента видна через прозрачное окно. Номинальные значения силы тока также указаны на плавком элементе. Плавкие элементы Плавкие элементы часто располагаются рядом с батареей сами по себе. Плавкие элементы также могут располагаться в коробках реле/предохранителей в моторном отсеке. Автоматические выключатели Автоматические выключатели используются вместо предохранителей для защиты сложных цепей питания, таких как электрические стеклоподъемники, люк в крыше и цепи обогревателя. Существует три типа автоматических выключателей: с ручным сбросом — механический, с автоматическим сбросом — механический и с автоматическим сбросом полупроводниковый тип — PTC. Автоматические выключатели обычно располагаются в коробках реле/предохранителей; однако некоторые компоненты, такие как электродвигатели стеклоподъемников, имеют встроенные автоматические выключатели. Конструкция автоматического выключателя (ручного типа) Автоматический выключатель в основном состоит из биметаллической пластины, соединенной с двумя клеммами и контактом между ними. Автоматический выключатель с ручным управлением при срабатывании (поток тока превышает его номинал) разомкнется и должен быть сброшен вручную. Эти автоматические выключатели с ручным управлением называются «нециклическими». Работа автоматического выключателя (ручного типа) Автоматический выключатель содержит металлическую полосу, изготовленную из двух различных металлов, соединенных вместе, называемую биметаллической полосой.Эта полоса имеет форму диска и вогнута вниз. Когда тепло от чрезмерного тока превышает номинальный ток автоматического выключателя, два металла меняют форму неравномерно. Полоска изгибается или деформируется вверх, а контакты размыкаются, чтобы остановить протекание тока. Автоматический выключатель можно сбросить после его срабатывания. Ручной сброс Тип Когда автоматический выключатель размыкается из-за перегрузки по току, автоматический выключатель требует сброса. Для этого вставьте небольшой стержень (канцелярскую скрепку), чтобы вернуть биметаллическую пластину в исходное положение, как показано на рисунке. Тип автоматического сброса — механический Автоматические выключатели , которые автоматически сбрасываются, называются «циклическими» автоматическими выключателями. Этот тип автоматического выключателя используется для защиты сильноточных цепей, таких как электрические дверные замки, электрические стеклоподъемники, кондиционер и т. д. Автоматический выключатель с автоматическим возвратом в исходное состояние содержит биметаллическую пластину. Биметаллическая пластина перегревается и размыкается из-за избыточного тока в условиях перегрузки по току и автоматически сбрасывается, когда температура биметаллической пластины падает. Конструкция и работа с автоматическим сбросом Велосипедный автоматический выключатель содержит металлическую полосу, состоящую из двух соединенных вместе металлов, называемую биметаллической полосой. Когда тепло от чрезмерного тока превышает номинальный ток автоматического выключателя, два металла меняют форму неравномерно. Полоска изгибается вверх, и набор контактов размыкается, чтобы остановить протекание тока. При отсутствии тока биметаллическая полоска остывает и возвращается к своей нормальной форме, замыкая контакты и возобновляя протекание тока. Автоматические выключатели с автоматическим сбросом называются «циклическими», потому что они циклически размыкаются и замыкаются до тех пор, пока ток не вернется к нормальному уровню. Твердотельный тип с автоматическим сбросом — PTC Полимерное устройство с положительным температурным коэффициентом (PTC) известно как самовосстанавливающийся предохранитель. Полимерный PTC — это автоматический выключатель специального типа, называемый термистором (или терморезистором). Термистор PTC увеличивает сопротивление по мере увеличения его температуры.PTC, изготовленные из проводящего полимера, представляют собой твердотельные устройства, а это означает, что они не имеют движущихся частей. PTC обычно используются для защиты электрических цепей стеклоподъемников и дверных замков. Полимер PTC Строительство и эксплуатация В обычном состоянии материал полимера ПТК имеет форму плотного кристалла с множеством упакованных вместе углеродных частиц. Частицы углерода обеспечивают проводящие пути для тока. Это сопротивление низкое.Когда материал нагревается от сильного тока, полимер расширяется, раздвигая углеродные цепи. В этом расширенном «отключенном» состоянии имеется несколько путей для тока. Когда протекающий ток превышает порог срабатывания, устройство остается в состоянии «разомкнутая цепь» до тех пор, пока к цепи остается приложенное напряжение. Он сбрасывается только при снятии напряжения и охлаждении полимера. PTC используются для защиты электрических цепей стеклоподъемников и дверных замков. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ Устройства управления используются для «включения» или «выключения» протекания тока в электрической цепи.К устройствам управления относятся различные переключатели, реле и соленоиды. К электронным устройствам управления относятся конденсаторы, диоды и переключающие транзисторы. Переключающие транзисторы действуют как переключатель или реле с электронным управлением. Преимуществом транзистора является его скорость открытия и закрытия цепи. Устройства управления необходимы для запуска, остановки или перенаправления тока в электрической цепи. Устройство управления или переключатель позволяет включать или выключать электричество в цепи.Переключатель — это просто соединение в цепи, которое можно размыкать или замыкать. Большинство переключателей требуют физического движения для работы, в то время как реле и соленоиды работают с помощью электромагнетизма. Переключатели Однополюсный одноходовой (SPST) Однополюсный на два направления (SPDT) Многополюсный многопозиционный переключатель (MPMT или групповой переключатель) Мгновенный контакт Меркурий Температурный (биметаллический) Временная задержка Мигалка РЕЛЕ СОЛЕНОИДЫ Переключатель является наиболее распространенным устройством управления цепями.Выключатели обычно имеют два или более набора контактов. Размыкание этих контактов называется «разрывом» или «размыканием» цепи, замыкание контактов называется «замыканием» или «замыканием» цепи. Переключатели описываются количеством полюсов и бросков, которые у них есть. «Полюсы» относятся к количеству клемм входной цепи, а «Выбросы» относятся к количеству клемм выходной цепи. Переключатели называются SPST (однополюсный, однонаправленный), SPDT (однополюсный, двухпозиционный) или MPMT (многополюсный, многопозиционный). Однополюсный одноходовой (SPST) Самый простой тип переключателя — это переключатель с «шарнирной собачкой» или «ножевым лезвием». Он либо «замыкает» (включает), либо «разрывает» (выключает) цепь в одной цепи. Этот переключатель имеет один входной полюс и один выходной ход. Однополюсный на два направления (SPDT) Однополюсный входной и двухпозиционный выходной переключатель имеет один провод, идущий к нему, и два провода, выходящие. Диммерный переключатель фары является хорошим примером однополюсного переключателя на два направления.Переключатель затемнения фар подает ток либо на дальний, либо на ближний свет цепи фар. Многополюсный многопозиционный (MPMT) Многополюсные входные и многопозиционные выходные переключатели, также известные как групповые переключатели, имеют подвижные контакты, соединенные параллельно. Эти переключатели перемещаются вместе, чтобы подавать ток на различные наборы выходных контактов. Выключатель зажигания является хорошим примером многополюсного многопозиционного переключателя. Каждый переключатель посылает ток от разных источников к разным выходным цепям одновременно в зависимости от положения.Пунктирная линия между переключателями указывает на то, что они перемещаются вместе; один не будет двигаться без движения другого. Мгновенный контакт Выключатель мгновенного действия имеет подпружиненный контакт, который предотвращает замыкание цепи, за исключением случаев, когда на кнопку оказывается давление. Это «нормально открытый» тип (показан ниже). Переключатель звукового сигнала является хорошим примером переключателя мгновенного действия. Нажмите кнопку звукового сигнала, и раздастся звук удержания; отпустите кнопку, и звуковой сигнал прекратится. Разновидностью этого типа является нормально закрытый (не показан), который работает наоборот, как описано выше. Пружина удерживает контакты замкнутыми, за исключением случаев, когда кнопка нажата. Другими словами, цепь включена до тех пор, пока не будет нажата кнопка, разрывающая цепь. Меркурий Ртутный выключатель представляет собой герметичную капсулу, частично заполненную ртутью. На одном конце капсулы находятся два электрических контакта. Когда переключатель поворачивается (перемещается от истинной вертикали), ртуть течет к противоположному концу капсулы с контактами, замыкая цепь.Ртутные выключатели часто используются для обнаружения движения, например, тот, что используется в моторном отсеке на фонаре. Другие области применения включают остановку подачи топлива при опрокидывании и некоторые приложения для датчиков подушек безопасности. Ртуть является опасным отходом и требует осторожного обращения. Температурный биметаллический Термочувствительный переключатель, также известный как «биметаллический» переключатель, обычно содержит биметаллический элемент, который изгибается при нагревании, замыкая контакт, замыкая цепь, или размыкая контакт, размыкая цепь.В датчике температуры охлаждающей жидкости двигателя, когда охлаждающая жидкость достигает предела температуры, биметаллический элемент изгибается, в результате чего контакты в датчике замыкаются. Это замыкает цепь и загорается предупреждающий индикатор на приборной панели. Задержка времени Выключатель с временной задержкой содержит биметаллическую пластину, контакты и нагревательный элемент. Выключатель задержки времени нормально замкнут. Когда ток протекает через переключатель, ток течет через нагревательный элемент, вызывая его нагрев, что приводит к изгибу биметаллической пластины и размыканию контактов.Поскольку ток продолжает течь через нагревательный элемент, биметаллическая пластина остается горячей, удерживая контакты переключателя разомкнутыми. Величина задержки перед размыканием контактов определяется характеристиками биметаллической пластины и количеством тепла, выделяемого нагревательным элементом. Когда питание переключателя отключается, нагревательный элемент охлаждается, а биметаллическая пластина возвращается в исходное положение, а контакты замыкаются. Обычным применением переключателя с временной задержкой является обогреватель заднего стекла. Мигалка Вспышка работает в основном так же, как выключатель с временной задержкой; за исключением размыкания контактов ток перестает проходить через нагревательный элемент. Это приводит к охлаждению нагревательного элемента и биметаллической пластины. Биметаллическая пластина возвращается в исходное положение, которое замыкает контакты, позволяя току снова проходить через контакты и нагревательный элемент. Этот цикл повторяется снова и снова до тех пор, пока питание мигающего устройства не будет отключено. Обычно этот тип переключателя используется для включения указателей поворота или четырехпозиционной мигалки (аварийной сигнализации). Реле Реле — это просто переключатель с дистанционным управлением, который использует небольшой ток для управления большим током. Типичное реле имеет как цепь управления, так и цепь питания. Конструкция реле содержит железный сердечник, электромагнитную катушку и якорь (подвижный набор контактов). Существует два типа реле: нормально разомкнутые (показаны ниже) и нормально замкнутые (не показаны). Нормально разомкнутое (Н.О.) реле имеет контакты, которые «разомкнуты» до тех пор, пока на реле не подается питание, в то время как нормально замкнутое (Н.C.) реле имеет контакты, которые «замкнуты» до тех пор, пока на реле не подается питание. Работа реле Ток протекает через управляющую катушку, которая намотана на железный сердечник. Железный сердечник усиливает магнитное поле. Магнитное поле притягивает верхний контактный рычаг и тянет его вниз, замыкая контакты и позволяя мощности от источника питания поступать на нагрузку. Когда катушка не находится под напряжением, контакты разомкнуты, и питание на нагрузку не поступает.Однако, когда переключатель цепи управления замкнут, ток течет к реле и возбуждает катушку. Возникающее магнитное поле тянет якорь вниз, замыкая контакты и обеспечивая питание нагрузки. Многие реле используются для управления большим током в одной цепи и малым током в другой цепи. Примером может служить компьютер, который управляет реле, а реле управляет цепью с более высоким током. Соленоиды — тянущий тип Соленоид представляет собой электромагнитный переключатель, который преобразует поток тока в механическое движение.При протекании тока по обмотке создается магнитное поле. Магнитное поле притянет подвижный железный сердечник к центру обмотки. Этот тип соленоида называется соленоидом «тянущего» типа, так как магнитное поле втягивает подвижный железный сердечник в катушку. Обычно вытягивание соленоидов используется в системе запуска. Соленоид стартера входит в зацепление стартера с маховиком. Операция тянущего типа При протекании тока по обмотке создается магнитное поле.Эти магнитные силовые линии должны быть как можно меньше. Если рядом с катушкой, через которую протекает ток, поместить железный сердечник, магнитное поле будет растягиваться, как резиновая лента, вытягиваясь и притягивая железный стержень к центру катушки. Операция типа «тяни-толкай» В соленоиде двухтактного типа в качестве сердечника используется постоянный магнит. Поскольку «одинаковые» магнитные заряды отталкиваются, а «неодинаковые» магнитные заряды притягиваются, при изменении направления тока, протекающего через катушку, сердечник либо «втягивается», либо «выталкивается».Обычно соленоиды этого типа используются в дверных замках с электроприводом. НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА Любое устройство, такое как лампа, звуковой сигнал, двигатель стеклоочистителя или обогреватель заднего стекла, потребляющее электроэнергию, называется нагрузкой. В электрической цепи все нагрузки рассматриваются как сопротивление. Нагрузки потребляют напряжение и контролируют величину тока, протекающего в цепи. Нагрузки с высоким сопротивлением вызывают протекание меньшего тока, в то время как нагрузки с более низким сопротивлением обеспечивают протекание больших токов. Фары Лампы бывают разной мощности, чтобы излучать больше или меньше света. Когда лампы соединены последовательно, они делят доступное напряжение в системе, и излучаемый свет уменьшается. Когда лампочки расположены параллельно, каждая лампочка имеет одинаковое количество напряжения, поэтому свет будет ярче. Двигатели Двигатели используются в различных системах автомобиля, включая сиденья с электроприводом, стеклоочистители, системы охлаждения, обогрева и кондиционирования воздуха.Двигатели могут работать с одной скоростью, например, сиденья с электроприводом, или с несколькими скоростями, например, двигатель вентилятора системы отопления и кондиционирования воздуха. Когда двигатели работают на одной скорости, на них обычно подается системное напряжение. Однако, когда двигатели работают с разной скоростью, входное напряжение может быть в разных точках на якоре, чтобы уменьшить или увеличить скорость двигателя, подобно тому, как спроектирован двигатель стеклоочистителя, или они могут разделить напряжение с резистором, который находится в серия с двигателем, подобным двигателю вентилятора для системы отопления и кондиционирования воздуха. Нагревательные элементы Нагревательные элементы находятся в наружных зеркалах, заднем стекле и сиденьях. На нагревательные элементы обычно подается системное напряжение в течение определенного периода времени для нагрева компонента по запросу. ЧТО ТАКОЕ ЗАКОН ОМА? Понимание взаимосвязи, существующей между напряжением, током и сопротивлением в электрических цепях, важно для быстрой и точной диагностики и ремонта электрических проблем.Закон Ома гласит: ток в цепи всегда будет пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален величине присутствующего сопротивления. Это означает, что при повышении напряжения увеличивается ток, и наоборот. Кроме того, при увеличении сопротивления ток уменьшается, и наоборот. Закон Ома можно хорошо использовать при устранении неполадок в электротехнике. Но вычисление точных значений напряжения, тока и сопротивления не всегда практично… да и не нужно. Однако вы должны быть в состоянии предсказать, что должно происходить в цепи, в отличие от того, что происходит в аварийном автомобиле. Напряжение источника не зависит ни от тока, ни от сопротивления. Он либо слишком низкий, либо нормальный, либо слишком высокий. Если он слишком низкий, ток будет низким. Если это нормально, ток будет высоким, если сопротивление низкое, или ток будет низким, если сопротивление высокое. Если напряжение слишком высокое, ток будет высоким. На ток влияет либо напряжение, либо сопротивление. Если напряжение высокое или сопротивление низкое, ток будет высоким. Если напряжение низкое или сопротивление высокое, ток будет низким.Ток растет, а сопротивление падает. Сопротивление не зависит ни от напряжения, ни от тока. Либо слишком низко, хорошо, либо слишком высоко. Если сопротивление слишком низкое, ток будет высоким при любом напряжении. Если сопротивление слишком велико, ток будет низким, если напряжение в порядке. Мерой сопротивления является то, насколько трудно протолкнуть поток электрического заряда. Хорошее сопротивление: для правильной работы некоторых цепей требуется «ограничение» протекающего тока. В этом случае используются «резисторы».Резисторы имеют разные номиналы в зависимости от того, насколько необходимо ограничить ток. Плохое сопротивление: В большинстве случаев слишком большое сопротивление снижает ток и может привести к неправильной работе системы. Грязь или коррозия на электрических разъемах или заземлении обычно являются причиной. Влияние магнитных полей на электрическое сопротивление Хорошо известно, что сопротивление (R) висмутовой проволоки, измеренное при постоянном токе, увеличивается под влиянием магнитного поля и что это увеличение зависит от напряженность поля и его направление по отношению к току в проводе.Если ток, протекающий через висмут, является колебательным, сопротивление имеет значение O вне магнитного поля или в поле, в котором силовые линии параллельны проволоке, что меньше, чем R. Если, однако, проволока перпендикулярна силовые линии поля более 6000 сгс ед., сопротивление О больше R; разница O – R увеличивается с этой точки довольно быстро по мере увеличения напряженности поля. Эти изменения не связаны с изменениями в самоиндукторе, поскольку они не зависят от формы висмутовой спирали.Это любопытное явление было недавно исследовано М. И. Садовским ( Journal de la Socitte Physico-Chemique de Russe , xxvi. 1894 и Journal de Physique , апрель 1895), который резюмирует результаты своих опытов следующим образом: 1) Разница в сопротивлении Дисмута, наблюдаемая при постоянном или переменном токе, измерима вне магнитного поля с частотой 300 колебаний в секунду и может быть обнаружена в магнитных полях только с тремя или четырьмя переменами в секунду; (2) эта разница зависит от числа колебаний в секунду и без магнитного поля увеличивается с увеличением частоты колебаний; (3) сопротивление, которое висмут в сильном магнитном поле оказывает возрастающему току, больше, а уменьшающемуся току меньше, чем сопротивление для постоянных токов.Разница между сопротивлениями возрастающему и убывающему току увеличивается с увеличением скорости изменения силы тока ( d С\ dt ), причем эта разница более заметна при сильных токах, чем при слабых. Так, М. Садовский открыл замечательный факт, что при переменных электрических токах сопротивление висмута изменяется при любом изменении 1/С или d С/ dt , где С — ток С dt. Автор упоминает, что наблюдаемые эффекты не могут быть следствием самоиндукции, иначе они возникнут, когда висмут не находится в магнитном поле.В примечании к вышеупомянутой статье в Journal de Physique М. Саньяк рассматривает, что произойдет, если ту же серию экспериментов повторить с железной проволокой. Прямая цилиндрическая железная проволока, по которой проходит ток С, намагничивается по кругу; энергия, обусловленная этим намагничиванием, составляет, согласно Кирхгофу, ππ l C 2 , где K — восприимчивость, а l — длина провода. Эта энергия, возможно, может увеличить коэффициент самоиндукции на ππ l .По данным Клеменчича можно рассчитать порядок изменения кажущегося сопротивления. Для слабых магнитных полей, в которых К имеет большое значение, разница между величиной кажущегося сопротивления для установившихся токов и для возрастающих токов может составлять сотые доли значения сопротивления для установившихся токов. Правило правой руки для токоведущего провода Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже.Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors. Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org. Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату. Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия: Вы должны включить следующее: Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени. Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу: Чарльз Кон Varsity Tutors LLC 101 S. Hanley Rd, Suite 300 Сент-Луис, Миссури 63105 Или заполните форму ниже:   . alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Что такое релейная защита: АО «Системный оператор Единой энергетической системы» 11.02.197021.12.2021 Фото вл 0 4 кв: ЛЭП 0,4 кВ — воздушные линии электропередач напряжением 0.4кВ в Новосибирске 21.08.197103.01.2022 Поплавок датчик: Поплавковые датчики уровня (сигнализаторы уровня) ПДУ-Т 03.07.202109.06.2021 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт