Электромагниттік индукция былысы

 

Бізге белгілі электр тогы зіні айналасында магнит рісін тудырады. Магнит рісі мен электр тоыны арасындаы байланыс осы магнит рісіні кмегімен контурда ток пайда бола ма деген сраты шешімін 1831ж аылшын физигі Фарадей шешті. Оны тжірибесінде гальванометрге жаланан катушканы (соленоид) ішіне, траты магнит салса, гальванометр стрелкасыны (3.14-сурет) озалысын байаймыз. Магнитті айтадан суырып алса, стрелка баса баыта ауытиды. Магнитті нерлым тезірек озалтса, стрелка сорлым кбірек ауытиды. Демек, магнит рісіні кш сызытары тйы контурды иып ткенде ток пайда болады, ол токты индукциялы ток деп атайды. Магнитті полюсін згертсек, стрелканы брылу баыты згереді. Магнитті траты ойып, соленоидты озауа да болады. рі осы пайда болан индукциялы ток, магнит аыныны згеру тріне байланыссыз, ол тек згеріс жылдамдыына байланысты. Осындай тжірибе суретте крсетілгендей бір біріне кигізілген екі катушкамен де жасалды. Оларды біреуі арылы ток ткізсе, екіншісі гальванометрге жаланан. Бл жадайда да алдыы тжірибедегідей былысты баылауа болады.

3.14-сурет

Магнит рісі арылы ндіріп алан индукциялы ток осы тізбекте ЭК бар екенін крсетеді. Бл ЭК электромагниттік индукцияны электр озаушы кші деп аталады. Яни магнит рісі арылы индукциялы ток ндіріп алу былысын электромагниттік индукция былысы деп атайды. Индукциялы токты мні жне электромагниттік индукцияны ЭК-і тек ана магнит аыныны згеру жылдамдыымен аныталады:

.

Енді пайда болан табасын анытау керек. Магнит аыныны табасы контурдаы о нормальді баытына байланысты, ал о нормальді табасы токты о бранда ережесімен аныталады. Бдан о нормальді белгілі бір баытын тадай отырып, біз магнит индукция аыныны табасын жне контурдаы ЭК мен индукциялы ток баытын анытаймыз. Осындай ортындыларды ескере отырып, Фарадей электромагниттік индукция заын орытып шыарды: ткізгіш контурында пайда болатын индукциялы ЭК шама жаынан сол контурмен шектелген бет арылы тетін магнит аыныны згеру жылдамдыына тура пропорционал да, баыты жаынан оан арама-арсы

(3.25)

Бл электромагниттік индукция былысыны негізгі заы немесе Фарадей заы деп аталады, рі бл универсал за.

Мндаы минус табасы магнит аыныны згерісіні суі , контурдаы ЭК азаюын туызады, яни индукциялы тоты рісі магнит аынына арсы баытталады; ал аынны кемуі , ЭК туызады, аыныны баыты индукциялы тоты ріс баытымен баыттас болады. Бл минус табасы орыс алымы Ленц ережесіні математикалы рнегі. Ленц ережесі электромагниттік индукция нтижесінде пайда болан индукциялы тоты баытын анытауа арналан негізгі ереже: тйыталан контурда пайда болан индукциялы тоты баыты, контур арылы тетін осы токты тудыран магнит аыныны згерісіне кедергі келтіре баытталады.

Гельмгольц бірінші рет Фарадей заы энергияны саталу заынан шыты деп орытынды жасады. Ол АС блігі жылжымалы 3.15-суреттегідей тйы контур алды. Контура ЭК-і -ге те ток кші жаланып, уаыт ішінде ЭК орындайтын жмысы:

(3.26)

3.15-сурет

Мынадай екі жадайды арастырайы:

1. Тйы контура магнит рісі сер етпейді, сонда ЭК-ні жмысы тгелімен жылу блуге жмсалады:

2. Тйы контур біртекті магнит рісінде орналасып, оны кш сызытары контур жазытыына перпендикуляр баытталсын. Сонда магнит рісі тарапынан тоы бар тйы ткізгішке кш сер етеді де соны нтижесінде тйы контурды жылжымалы АС блігі озалыса келеді. Осы кезде механикалы жмыс істелінеді:

мндаы

бдан , себебі

Сонымен тйы контурдаы ток кзіні ЭК жмысы жылу бліп шыаруа жне контурды жылжымалы АС блігін озалтуа ажетті механикалы жмыс атаруа жмсалады:

,

яни

тедікті екі жаын да -ге ысартамыз. уаыт ішінде ток згеріп отырады, сондытан уаытты те аз етіп алса, ток кші згеріп лгере алмайды:

осыдан , (3.27)

мндаы электромагниттік индукция былысы шін Фарадей заы.

Магнит рісіндегі рамканы айналуы. Электромагниттік индукция былысы механикалы энергияны электр тоыны энергиясына айналдыру шін генераторларда пайдаланылады. Генераторды жмыс істеу принципін рамканы біртекті магнит рісінде айналуын (3.16-сурет) мысала ала арастыруа болады. Жазы рамка біртекті магнит рісінде біралыпты брышты жылдамдыпен айналсын. Кез-келген уаыттаы рамканы магнит аыны:

мндаы уаытты моментіндегі раманы брылуы. Рамканы айналуы кезінде мнда айнымалы индукцияны ЭК пайда болады:

(3.28)

гармониялы за бойынша згереді. боланда, е лкен мніне ие болады:

(3.29)

(3.28) жне (3.29) ескере былай жазуа болады:

Егер біртекті магнит рісінде жазы рамка біралыпты айналса, онда рамкада айнымалы ЭК пайда болады, айнымалы ЭК гармониялы замен згереді. Электродвигательдерді жмыс істеу принципі осыан негізделген. Электродвигательдер арылы механикалы энергияларды, электр энергиясына айналдырады. азіргі ндірістегі айнымалы

3.16-сурет электр тогыны жиілігі .

Контурды индуктивтілігі. здік индукция. андай да бір тйы контур арылы ток жрсе, оны магнит рісі осы контурмен шектелген ауданды иып теді. Контурдаы токты шамасы згерсе, онда оны контуры арылы тетін магнит аыны да згереді. Сондытан контурда индукциялы ток пайда болады. Осындай контур арылы жретін ток згергенде, контурда индукциялы токты пайда болуын здік индукция былысы деп атайды. Ол электромагниттік индукцияны бір трі. Катушкада ток згергенде оны магнит рісі де згереді, демек катушканы зінде ЭК пайда болады. Оны здік индукциялы ЭК деп атайды. Био-Савар-Лаплас заы бойынша екенін білеміз, олай болса магнит аыны да тоа тура пропорционал, яни

(3.30)

Мндаы -пропорционалды коэффициент, оны контурды индуктивтілігі немесе индукция коэффициенті деп атайды. лшем бірлігі . Шексіз зын соленоидты индуктивтілігін табайы. Соленоидтан тіп жатыран магнит аыны мынаан те:

(3.31)

-бірлік зындытаы орамдар саны. (3.30) мен (3.31) формулаларды теестіріп,

ойып, индуктивтілікті табамыз:

(3.32)

Соленоидты индуктивтілігі орам санына, оны зындыына, клдене имасыны ауданына жне сонымен атар соленодтты зекшесі жасалан затты магниттік тімділігіне байланысты. Контурды индуктивтілігі, ткізгішті кедергісі сияты контурды геометриялы пішініне, лшеміне жне сонымен атар ортаны магниттік тімділігіне байланысты.

здік индукция былысына Фарадей заын пайдалана отырып, здік индукцияны ЭК анытаймыз:

(3.32)

Егер контур деформацияланбаса жне магниттік тімділігі згермесе, онда

(3.33)

мндаы минус Ленц ережесімен тсіндіріледі. Егер ток артса онда кемиді. здік индукция тогы контурдаы негізгі тока арсы баытталады да,оны суін баяулатады. Ал болса, онда болады. Бл жадайда индукция тогы негізгі токпен баыттас болады да, кемуін баяулатады. здік индукция тогын экстраток дейді.

зара индукция былысы. Бір-біріне жаын орналасан екі озалмайтын тйы контур арастырамыз. Егер бірінші контурда ток жрсе, онда осы ток тудыран магнит аыны екінші контурды кесіп теді.Бдан

(3.34)

мндаы пропорционалды коэффициент.

Контурдаы ток згерсе, онда екінші контурда ЭК пайда болады. Фарадей заы бойынша бл ЭК 1-ші контурдаы тотан туан (3.17-сурет)

магнит аыныны згерісіне те, біра баыты жаынан арама-арсы:

.

3.17-сурет

 

Дл жоарыдаыдай екінші контурда то згеретін болса, онда бірінші контурда ЭК пайда болады:

(3.34)

Бір контурдаы тоты згерісінен келесі контурда ЭК пайда болу былысын зара индукция былысы деп атайды. жне пропорционалды коэффициенттерін, контурларды зара индуктивтіліктері деп атайды. Есептеулер бойынша олар бір-біріне те: .

Трансформаторлар. Бір кернеулі айнымалы тоты екінші баса кернеулі айнымалы тока трлендіретін электр техникалы рал трансформаторлар деп аталады (3.18-сурет). Трасформаторды жмыс істеу принципі зара индукция былысына негізделген. Трансформаторды алаш рет 1878 жылы орыс алымы П.Н.Яблочков ойлап тапан, кейін оны 1882 жылы И.Ф. Усагин жетілдірді. арапайым трансформатор ферромагниттi зекшеге кигiзiлген ткiзгiштердi екi жаты орамдарынан трады. Алашы орамы , орам саны айнымалы ток кзіне жаланады. Оны міндеті зіне келген айнымалы токты трансформаторды екінші орамына тасымалдау. Ал екінші орам зіне келген айнымалы токты не кшейтеді, не лсіретеді. Ол орам санына байланысты. Орамдар саныны бiр-бiрiне атынасын трансформациялау коэффициентi деп атайды.

(3.35)

k >1 боланда трансформаторлар тмендеткiш, ал k<1 болса жоарылатыш трансформаторлар болып табылады.

3.18-сурет

Бгiнгi кннi технологиялары ПК-i 97-98% болатын трансформаторлар жасауа ммкiндiк бередi. Трансформаторларды электр энергиясын тасымалдаудаы ролi ерекше. Электр энергиясын ашы аралытара тасымалдау крделi ылыми-техникалы мселе болып табылады. Бл жердегi негiзгi мселе энергия шыынымен байланысты. ткiзгiштердi ызуынан болатын энергия шыыны Джоуль-Ленц заына сйкес тiзбектегi ток кшiнi квадратына пропорционал, яни Q=I²Rt. Олай болса, тасымалдау кезiндегi бос шыынды азайту шiн тасымалданатын уатты кемiтпестен, ток кшiн ммкiндiгiнше азайту ажет. Оны бiрден-бiр жолы кернеудi шамасын аса жоары, жздеген мы вольта ктеру. Жоары вольтты электр тасымалдау жйелерiнi болуы осымен байланысты. Электр энергиясын ндiретiн жерде кернеудi трансформаторларды кмегiмен 400-500 мы вольта дейiн жоарылатады да, тасымалдап жеткiзген со энергияны ттынатын жерде керiсiнше ндiрiстiк 220 вольта дейiн кемiтедi.

(3.36)

U₁, U₂ – бірінші жне екінші жктемені электр кернеуі.

I₁, I₂ – бірінші жне екінші жктемені ток кші

n₁, n₂ – бірінші жне екінші жктемені орама саны

k –трансформация коэффициенті

 

(3.37)

Р₁ жне Р₂ – бірінші жне екінші жктемені уат кші

–пайдалы сер коэффициенті

Магнит рісіні энергиясы. Бойында ток тіп жатыран ткізгішті жан-жаында магнит рісі болады, рі ол магнит рісіні пайда болуы немесе жоалып кетуі ткізгіште токты болуына байланысты. Магнит рісі электр рісі сияты энергия тасымалдаушы болып табылады. Бойыннан ток тіп жатыран индуктивтілігі контурды алып арастырамыз. Бл контурмен тіп жатыран магнит аыны , контурды бойымен тіп жатыран токты згертсек, магнит аыны да згереді. Біра магнит аынын згерту шін жмыс жасау керек:

.

Магнит аынын тудыру шін істелінген жмыс:

, (3.38)

бл жмыс контурдаы магнит рісіні энергиясына те:

(3.39)

Соленоидты магнит рісін арастырамыз:

, .

Бдан жне пайдаланып,энергияны табамыз:

. (3.40)

Мндаы соленоидты клемі. Соленоидты ішіндегі магнит рісі біртекті жне магнит рісіні энергиясы осы соленоидты ішінде траты клемдік тыызды арылы блінеді:

(3.41)

Бл формула тек біртекті магнит рісі шін ана емес, сонымен атар біртекті емес магнит рісі шін де дрыс. Тек мен сызыты байланыста болатын орта шін дрыс.