Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока приводит

Конспект урока на тему: «Тепловое действие тока»

Тема: «Тепловое действие тока»

Цель: Сформировать у учащихся понятие о работе и мощности постоянного тока.

Способствовать расширению политехнического кругозора, мотивировать к изучению предмета, совершенствовать способность к восприятию и анализу технической, научной информации.

Развитие коммуникативных компетенций учащихся, их умения работать в коллективе.

Используемые СО: компьютер, проектор.

2.Проверка домашнего задания

3. Объявление нового материала(актуализация знаний)

1. Чтобы понять, почему нагревается проводник, нужно вспомнить какая связь между температурой вещества и движением молекул или атомов, из которых оно состоит.

(Чем быстрее движутся молекулы или атомы, тем выше температура вещества.)

2 .Каково внутреннее строение металла?

( Металл состоит из атомов, расположенных в узлах кристаллической решетки, которые совершают колебательные движения. Электроны, оторванные от атомов, свободные. Они хаотично двигаются внутри проводника.)

3. Что называется электрическим током?

( Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.)

4.Условия возникновения тока?

( Наличие электрического поля и свободных заряженных частиц.)

4.Объяснение нового материала

Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем большее количество теплоты он выделяет.
Из какого материала нужно изготовлять спирали для лампочек накаливания?
Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

Запишем в тетради:

q – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника

Из формулы I = , q = It, где I – сила тока, t – время прохождения тока.
Из формулы U = , A = Uq, где А – работа электрического поля, U – напряжение поля.
Работу тока можно вычислить так: A = UIt

Из сказанного выше следует, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Из закона Ома для участка цепи I = , U = IR, где R – сопротивление проводника.

Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим Q = IRIt, т.е.

Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания тока.

К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому данный вывод называется законом Джоуля – Ленца.

5. Закрепление и обратная связь

1. В проводнике сопротивлением 2 Ом сила тока 20 А. Какое количество теплоты выделится в проводнике за 1 мин?

Дано: СИ: Формулы: Решение:

I = 20 А Q = I 2 Rt Q = (20 А) 2 * 2 Ом * 60 с = 48000 Дж
R = 2 Ом
t = 1 мин 60 с
Найти:
Q
Ответ: Q = 48 к Дж.

2. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 12 В силу тока 5 А. Какое количество теплоты выделится в паяльнике за 30 мин работы?

Дано: СИ: Формулы: Решение:

U = 12 В A = UIt Q = 12 В * 5А * 1800с = 108000 Дж
I= 5А Q = A
T = 30 мин 1800 c Q = UIt
Найти:
Q
Ответ: Q = 108 кДж.

3. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в проводнике увеличить в 2 раза?

4. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в проводнике уменьшить в 4 раза?

6. Домашнее задание

Прочитать параграф 53, ответить на вопросы на стр.125, письменно выполнить упражнение 27. Желающие могут подготовить доклады к следующему уроку по темам:

«Лампы накаливания и история их изобретения»

«Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»

Физика. 10 класс

§ 36. Электрический ток в газах. Плазма

Газы при нормальных условиях не проводят электрический ток, т. е. являются диэлектриками. Это обусловлено тем, что газы состоят из нейтральных атомов (молекул). Однако при определённых условиях газы, в том числе и воздух, становятся проводниками. При каких условиях это возможно?

Природа электрического тока в газах. Проведём опыт и убедимся, что электрическая проводимость газа (воздуха) может изменяться. Два металлических диска, заряженных разноимёнными зарядами и расположенных на некотором расстоянии друг от друга, соединим с электрометром ( рис. 204 ). Стрелка электрометра при этом отклонится на некоторый угол. Электрометр не разряжается, значит, при небольшой разности потенциалов между дисками воздух не проводит электрический ток.

Повторим опыт, нагревая пламенем (спиртовки, свечи) воздушный промежуток между дисками. Электрометр разряжается, т. е. через воздух проходит электрический ток ( рис. 205 ).

Читайте так же:
Тепловое действие тока краткое описание

Вывод очевиден: в воздушном промежутке между дисками появились свободные носители электрического заряда.

Если убрать пламя, то электрический ток исчезнет, т. е. воздух между дисками опять станет диэлектриком.

Объясним результаты рассмотренного опыта. Нагревание газа пламенем приводит к образованию свободных электронов и положительно заряженных ионов, т. е. к ионизации газа.

Для отрыва электрона от атома (молекулы) необходима энергия, минимальное значение которой называют энергией ионизации атома (молекулы). Наряду с ионизацией может происходить присоединение образовавшихся при отрыве электронов к нейтральным атомам (молекулам) газа. Это приводит к образованию отрицательно заряженных ионов.

Под действием электрического поля в газе возникает направленное движение положительно заряженных ионов к отрицательному электроду (катоду) и направленное движение электронов и отрицательно заряженных ионов к положительному электроду (аноду). В ионизированном газе возникает электрический ток, который называют газовым разрядом.

Таким образом, носители электрического заряда в ионизированных газах — положительно и отрицательно заряженные ионы и свободные электроны, а проводимость газов является ионно-электронной.

Если устранить внешнее воздействие (в данном случае нагревание пламенем), электрический ток в газе прекращается. Это обусловлено тем, что при столкновении положительно заряженного иона с электроном они образуют нейтральный атом (молекулу) газа. Ионы противоположных знаков при столкновении также превращаются в нейтральные атомы (молекулы) — рекомбинируют. При рекомбинации освобождается энергия, равная энергии, затраченной на ионизацию.

Таким образом, чтобы в газе появились свободные носители электрического заряда, его атомы (молекулы) необходимо ионизировать. Это можно осуществить нагреванием газа до высокой температуры, воздействием на газ ультрафиолетовым, рентгеновским, радиоактивным излучениями и др.

Внешние воздействия, в результате которых происходит ионизация, называют ионизаторами. Разряд, возникающий в результате ионизации газа под действием ионизатора, называют несамостоятельным.

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода.

05 Июн 2013г | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Читайте так же:
Регулировка теплового реле автоматического выключателя

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Читайте так же:
Объясните тепловое действие электрического тока

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода.

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой.

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой.

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой.

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой.

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

Читайте так же:
Концевая муфта провода теплого пола

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

Тепловое действие тока приводит

В 1831 г. Майкл Фарадей открыл, что во всяком замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией , а возникающий ток — индукционным .

Величина индукционного тока не зависит от способа, которым вызывается изменение потока магнитной индукции Φ, и определяется только скоростью изменения магнитного потока . При изменении знака направление индукционного тока изменяется на противоположное. Рассмотрим эксперимент на Рис. 3.8.1.

Рис. 3.8.1. Наблюдение электромагнитной индукции

Силу тока i1 в контуре 1 можно менять, благодаря чему будет меняться создаваемое им магнитное поле, пронизывающее контур 2. Если увеличивать ток i1, поток магнитной индукции Φ через контур 2 будет расти. Это приведет к появлению в контуре 2 индукционного тока i2. Уменьшение i1, напротив, вызовет уменьшение потока магнитной индукции Φ через контур 2, что приведет к появлению в нем индукционного тока i2 другого направления.

Индукционный ток i2 можно вызвать также, приближая контур 2 к контуру 1, или удаляя его от первого. В этих двух случаях направления токов i2 будут противоположными. Очевидно, аналогичных результатов можно достичь, если приближать контур 1 к контуру 2, или удаляя его от второго.

Наконец, электромагнитную индукцию можно вызвать, не перемещая контур 2 поступательно, а поворачивая его так, чтобы менялся угол между нормалями к контурам.

Заполнение всего пространства, в котором поле отлично от нуля, однородным пара- или ферромагнетиком приводит к увеличению индукционного тока в μ раз.

Э.Х. Ленц установил правило, с помощью которого можно найти направление индукционного тока: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей . Пусть, например, контур 2 неподвижен, а ток индуктируется в нем путем изменения тока в первом контуре. В этом случае возникает ток i2 такого направления, что созданный им магнитный поток стремится ослабить изменения внешнего потока, которые и вызвали появление индукционного тока. С точки зрения механической аналогии, картина аналогична растяжению пружины.

3.8.2. Электродвижущая сила индукции

Для создания тока в цепи необходимо наличие ЭДС. Опыты Фарадея свидетельствуют о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции εi. Рассмотрим контур, участок которого 1 — 2 длиной l может перемещаться без нарушения контакта с остальной частью контура (Рис. 3.8.1). Пусть на контур действует однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости чертежа. Приведем подвижную часть контура 1 — 2 в движение со скоростью . С той же скоростью будут перемещаться относительно поля и носители заряда в проводнике — электроны. На каждый электрон действует сила Лоренца, равная по модулю величине:

(3.8.1)

(индекс «||» указывает на то, что сила направлена вдоль провода).

Действие этой силы эквивалентно действию некоторой силы с напряженностью поля:

(3.8.2)

Это поле неэлектростатического происхождения направлено так, как показано на Рис. 3.8.2.

Рис. 3.8.2. К выводу закона Фарадея

Вычислив циркуляцию этого поля по контуру, получим ЭДС, действующую в контуре:

(3.8.3)

где dS = lvdt — приращение площади контура за время dt.

При вычислении циркуляции учтено, что Еl отлична от нуля лишь на участке l, причем на этом участке всюду Е = Еl.

Произведение ВdS = dΦ, следовательно, ЭДС индукции, возникающая в замкнутом контуре, равна скорости изменения магнитного потока Φ, пронизывающего контур:

(3.8.4)

Формула (3.8.4) определяет закон электромагнитной индукции Фарадея. Знак «минус» в (3.8.4) соответствует правилу Ленца.

Единицей магнитного потока в СИ является 1 Вб, который представляет собой поток через поверхность в 1 м&sup2, пересекаемую нормальными к ней линиями магнитного поля с индукцией в 1 Тл. При скорости изменения потока 1 Вб/с в контуре индуцируется ЭДС в 1 В.

Пусть контур, в котором индуцируется ЭДС, состоит не из одного, а из N одинаковых витков, т.е. представляет собой соленоид. Поскольку витки соленоида соединены последовательно, общая ЭДС равна сумме ЭДС, индуцируемых в каждом из витков отдельно:

Читайте так же:
Как соединить тепловой провод
(3.8.5)

Эту величину называют потокосцеплением (полным магнитным потоком) . Если поток, пронизывающий каждый из витков, одинаков, то:

(3.8.6)
(3.8.7)

Используя (3.8.5), для соленоида имеем:

(3.8.8)

Рассмотрим, например, катушку, имеющую N витков и вращающуюся в однородном постоянном магнитном поле с постоянной скоростью ω (Рис. 3.8.3).

Рис. 3.8.3. Катушка, вращающаяся в магнитном поле

Найдем ЭДС индукции. Поток через один виток равен:

(3.8.9)

Полный поток равен:

(3.8.10)

Угол α меняется со временем по закону α = ωt, следовательно:

(3.8.11)

Используя формулу (3.8.8), получим:

(3.8.12)

где εm = ωNBS — амплитуда (максимальное значение) величины ЭДС.

Cледовательно, в катушке индуктируется переменная ЭДС, изменяющаяся со временем по гармоническому закону.

3.8.3. Токи Фуко

Индукционные токи могут возбуждаться не только в контурах, но и в сплошных массивных проводниках. В этом случае они называются токами Фуко (вихревыми токами) . Поскольку электрическое сопротивление массивного проводника мало, вихревые токи могут достигать большой силы.

Токи Фуко подчиняются правилу Ленца — они выбирают внутри проводника такие пути, чтобы своим действием в наибольшей мере противодействовать причине, их породившей. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение. Этим обстоятельством пользуются для успокоения (демпфирования) подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других приборов. На подвижной части прибора устанавливается проводящая (например, алюминиевая) пластинка в виде сектора, который входит в зазор между полюсами сильного постоянного магнита (Рис. 3.8.4).

Рис. 3.8.4. Электромагнитный успокоитель

При движении пластинки в ней возникают вихревые токи, вызывающие торможение системы (механическая аналогия — движение маятника в вязкой среде). Преимущество такого способа состоит в том, что торможение возникает только при движении пластинки и отсутствует, когда пластика неподвижна. Поэтому электромагнитный успокоитель совершенно не препятствует точному приходу системы в положение равновесия.

Тепловое действие токов Фуко применяется в индукционных печах. В такой печи имеется катушка, через которую протекает высокочастотный ток большой силы. Если внутри катушки поместить проводящее тело, в нем возникнут интенсивные вихревые токи, которые разогревают это тело до температуры плавления. Таким способом плавят металлы в вакууме, что позволяет получать химически чистые материалы.

Во многих случаях токи Фуко вызывают нежелательные последствия. Поэтому, например, чтобы предотвратить потери на нагревание вихревыми токами сердечников трансформаторов, такие сердечники делают из тонких пластинок, разделенных изолирующими прослойками. Пластики располагаются так, чтобы возможные направления токов Фуко были бы перпендикулярны к их поверхностям.

3.8.4. Явление самоиндукции

Электрический ток i, текущий в любом контуре, создает пронизывающий этот контур магнитный поток Ψ. При изменении тока будет изменяться и магнитный поток Ψ, следовательно, в контуре будет индуцироваться ЭДС. Это явление называется самоиндукцией .

В соответствии с законом Био-Савара-Лапласа магнитная индукция В пропорциональна силе тока, вызвавшего поле. Отсюда следует, что ток в контуре и создаваемый им полный магнитный поток через контур Ψ должны быть пропорциональны:

(3.8.13)

Коэффициент пропорциональности L в (3.8.13) называется индуктивностью контура . При неизменной силе тока полный магнитный поток через контур Ψ может изменяться за счет изменения формы и размеров контура, а также от магнитных свойств среды. Поэтому индуктивность зависит от геометрии контура и от магнитных свойств материала, находящегося внутри контура или соленоида (сердечника).

За единицу индуктивности в СИ принимают 1 Гн — индуктивность такого проводника, у которого при силе тока в 1 А возникает полный магнитный поток в 1 Вб.

Вычислим индуктивность соленоида. Магнитная индукция внутри длинного соленоида при протекании через него тока i равна:

(3.8.14)

где n — число витков, приходящееся на единицу длины соленоида.

Полный магнитный поток соленоида Ψ c N витками равен:

(3.8.15)

где l — длина соленоида, S — площадь его поперечного сечения.

Сравнивая (3.8.15) и (3.8.13), получаем выражение для индуктивности длинного соленоида:

(3.8.16)

где V — объем соленоида.

При изменении магнитного потока возникает ЭДС самоиндукции:

(3.8.17)

Если индуктивность остается постоянной при изменении силы тока, то ЭДС самоиндукции имеет вид:

(3.8.18)

НазадНаверхДалее

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2015

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector