Электромагниттик индукция кубулушу – тынымсыз өзгөрүп турган магнит талаасында жайгашкан денеде электр кыймылдаткыч күчтүн же чыңалуунун пайда болушунан турган кубулуш. Электромагниттик индукциянын натыйжасында электр кыймылдаткыч күч, эгерде дене статикалык жана бир тектүү эмес магнит талаасында кыймылдаса же магнит талаасында анын сызыктары жабык цикл менен кесилишкендей айланса да пайда болот.
Индукцияланган электр тогу
"Индукция" түшүнүгү астында башка процесстин таасиринин натыйжасында процесстин пайда болушу түшүнүлөт. Мисалы, электр тогу индукцияланышы мүмкүн, башкача айтканда, ал өткөргүчтүн магнит талаасына өзгөчө түрдө таасир этүүсүнүн натыйжасында пайда болушу мүмкүн. Мындай электр тогу индукцияланган деп аталат. Электромагниттик индукция кубулушунун натыйжасында электр тогунун пайда болуу шарттары макалада кийинчерээк талкууланат.
Магниттик талаа түшүнүгү
МурдаЭлектромагниттик индукция кубулушун изилдөөнү баштоо үчүн магнит талаасы деген эмне экенин түшүнүү зарыл. Жөнөкөй сөз менен айтканда, магнит талаасы - бул магниттик материал өзүнүн магниттик эффекттерин жана касиеттерин көрсөткөн мейкиндик аймагы. Бул мейкиндик аймагын магниттик талаа сызыктары деп аталган сызыктарды колдонуу менен сүрөттөсө болот. Бул сызыктардын саны магнит агымы деп аталган физикалык чоңдукту билдирет. Магниттик талаа сызыктары жабык, алар магниттин түндүк уюлунан башталып, түштүктө аяктайт.
Магниттик талаа магниттик касиеттери бар бардык материалдарга, мисалы, электр тогунун темир өткөргүчтөрүнө таасир эте алат. Бул талаа магниттик индукция менен мүнөздөлөт, ал В деп белгиленет жана тесла (Т) менен өлчөнөт. 1 Т магниттик индукция – 1 кулондук чекиттик зарядга 1 Ньютондук күч менен таасир этүүчү, магнит талаасынын сызыктарына перпендикуляр 1 м/с ылдамдыкта учкан, башкача айтканда 1 Т магнит талаасы өтө күчтүү магнит талаасы.=1 Ns / (mCl).
Электромагниттик индукция кубулушун ким ачкан?
Электромагниттик индукция, принцибинде көптөгөн заманбап приборлор негизделген, XIX кылымдын 30-жылдарынын башында ачылган. Электромагниттик индукция кубулушунун ачылышы көбүнчө Майкл Фарадейге таандык (ачылган күнү – 1831-жылдын 29-августу). Окумуштуу даниялык физик жана химик Ганс Эрстеддин эксперименттеринин натыйжаларына таянып, ал аркылуу электр тогу өткөн өткөргүчөзүнүн айланасында магнит талаасы, башкача айтканда, ал магниттик касиеттерин көрсөтө баштайт.
Фарадей өз кезегинде Эрстед ачкан кубулуштун тескерисин ачкан. Ал өткөргүчтөгү электр тогунун параметрлерин өзгөртүү аркылуу түзүлүүчү магнит талаасы ар кандай ток өткөргүчтүн учтарында потенциалдар айырмасынын пайда болушуна алып келерин байкаган. Эгер бул учтар, мисалы, электр лампасы аркылуу туташтырылса, анда электр тогу ушундай чынжыр аркылуу өтөт.
Натыйжада Фарадей физикалык процессти ачты, анын натыйжасында магнит талаасынын өзгөрүшүнөн өткөргүчтө электр тогу пайда болот, бул электромагниттик индукция кубулушу. Ошол эле учурда, индукцияланган токтун пайда болушу үчүн эмне кыймылдаганы маанилүү эмес: магнит талаасы же өткөргүчтүн өзү. Муну электромагниттик индукция кубулушуна тиешелүү эксперимент жүргүзүү аркылуу оңой көрсөтүүгө болот. Ошентип, магнитти металл спиралдын ичине коюп, биз аны жылдыра баштайбыз. Эгерде сиз спиралдын учтарын электр тогунун кандайдыр бир көрсөткүчү аркылуу чынжырга туташтырсаңыз, токтун көрүнүшүн көрө аласыз. Эми сиз магнитти жалгыз калтырып, спиралды магнитке салыштырмалуу өйдө-ылдый жылдырыңыз. Индикатор чынжырда токтун бар экенин да көрсөтөт.
Фарадей эксперименти
Фарадейдин эксперименттери өткөргүч жана туруктуу магнит менен иштөөдөн турган. Майкл Фарадей биринчи жолу өткөргүч магнит талаасынын ичинде кыймылдаганда анын учунда потенциалдар айырмасы пайда болоорун ачкан. Кыймылдуу өткөргүч магнит талаасынын сызыктарынан өтө баштайт, ал симуляциялайтбул талааны өзгөртүү эффекти.
Окумуштуу пайда болгон потенциалдар айырмасынын оң жана терс белгилери өткөргүчтүн кыймылдаган багытына көз каранды экенин аныктады. Мисалы, эгерде өткөргүч магнит талаасында көтөрүлсө, анда пайда болгон потенциалдар айырмасы +- полярдуулукка ээ болот, бирок бул өткөргүч төмөндөтүлгөн болсо, анда биз -+ уюлдуулукка ээ болобуз. Айырмасы электр кыймылдаткыч күч (ЭКК) деп аталган потенциалдардын белгисинин бул өзгөрүшү жабык чынжырда өзгөрмө токтун, башкача айтканда, өз багытын дайыма карама-каршы тарапка өзгөртүп турган токтун пайда болушуна алып келет.
Фарадей ачкан электромагниттик индукциянын өзгөчөлүктөрү
Электромагниттик индукция кубулушун ким ачканын жана эмне үчүн индукцияланган ток бар экенин билүү менен бул кубулуштун кээ бир өзгөчөлүктөрүн түшүндүрөбүз. Ошентип, өткөргүчтү магнит талаасында канчалык ылдам жылдырсаңыз, чынжырдагы индукцияланган токтун мааниси ошончолук чоң болот. Кубулуштун дагы бир өзгөчөлүгү төмөнкүдөй: талаанын магнит индукциясы канчалык чоң болсо, башкача айтканда, бул талаа канчалык күчтүү болсо, ал өткөргүчтү талаада жылдырганда пайда кыла турган потенциалдар айырмасы ошончолук чоң болот. Эгерде өткөргүч магнит талаасында тынч болсо, анда анда ЭЭМ пайда болбойт, анткени өткөргүчтү кесип өткөн магнит индукциясынын сызыктарында эч кандай өзгөрүү болбойт.
Электр тогунун багыты жана сол кол эрежеси
Электромагниттик индукция кубулушунун натыйжасында пайда болгон электр тогунун өткөргүчтөгү багытын аныктоо үчүнсол кол эрежеси деп аталганды колдонуңуз. Аны төмөнкүчө формулировкалоого болот: эгерде сол кол магниттин түндүк уюлунан башталган магниттик индукция сызыктары алаканга киргидей кылып жайгаштырылса, ал эми чыгып турган баш бармак өткөргүчтүн кыймыл багытына багытталган. магнит талаасы, андан кийин сол колдун калган төрт манжасы өткөргүчтөгү индукцияланган токтун кыймылынын багытын көрсөтөт.
Бул эреженин дагы бир версиясы бар, ал төмөнкүдөй: эгерде сол колдун сөөмөйү магнит индукциясы сызыктары боюнча, ал эми чыгып турган баш бармак өткөргүч тарапка багытталган болсо, анда ортоңку манжа алаканга 90 градус бурулуп, өткөргүчтө пайда болгон токтун багытын көрсөтөт.
Өзүн-өзү индукция феномени
Ганс Кристиан Эрстед ток бар өткөргүчтүн же катушканын айланасында магнит талаасынын бар экенин ачкан. Окумуштуу ошондой эле бул талаанын мүнөздөмөлөрү токтун күчү жана анын багыты менен түздөн-түз байланыштуу экенин аныктады. Эгерде катушкадагы же өткөргүчтөгү ток өзгөрүлмө болсо, анда ал стационардык болбой турган магнит талаасын пайда кылат, башкача айтканда өзгөрөт. Өз кезегинде бул өзгөрмө талаа индукцияланган токтун (электромагниттик индукция кубулушу) пайда болушуна алып келет. Индукциялык токтун кыймылы дайыма өткөргүч аркылуу айланып өтүүчү өзгөрмө токко карама-каршы болот, башкача айтканда, өткөргүчтөгү же катушкадагы токтун багытынын ар бир өзгөрүүсүнө туруштук берет. Бул процесс өзүн-өзү индукция деп аталат. Натыйжада электрдик айырмапотенциалдар өздүк индукциянын EMF деп аталат.
Өздүк индукция кубулушу токтун багыты өзгөргөндө гана эмес, ал өзгөргөндө да, мисалы, чынжырдагы каршылыктын азайышынан көбөйгөндө да пайда болоорун эске алыңыз.
Өздүк индукциянын натыйжасында чынжырдагы токтун кандайдыр бир өзгөрүшүнө алып келген каршылыктын физикалык сүрөттөлүшү үчүн индуктивдүүлүк түшүнүгү киргизилген, ал генри менен өлчөнөт (америкалык физик Джозеф Генринин урматына). Бир генри - 1 секунданын ичинде ток 1 амперге өзгөргөндө, өзүн-өзү индукциялоо процессинде 1 вольтко барабар ЭМӨ пайда болгон индуктивдүүлүк.
Алмашуучу ток
Индуктор магнит талаасында айлана баштаганда электромагниттик индукция кубулушунун натыйжасында индукцияланган ток пайда болот. Бул электр тогу өзгөрүлмө, демек ал багытын системалуу түрдө өзгөртөт.
Өзгөрмө ток туруктуу токко караганда көбүрөөк кездешет. Ошентип, борбордук электр тармагынан иштеген көптөгөн аппараттар токтун бул түрүн колдонушат. Туруктуу токко караганда өзгөрмө токту индукциялоо жана ташуу оңой. Эреже катары, тиричилик өзгөрмө токтун жыштыгы 50-60 Гц, башкача айтканда, 1 секунданын ичинде анын багыты 50-60 эсе өзгөрөт.
Өзгөрмө токтун геометриялык көрүнүшү чыңалуунун убакытка көз карандылыгын сүрөттөгөн синусоидалдык ийри сызык. Тиричилик токунун синусоидалдык ийри сызыгынын толук мезгили болжол менен 20 миллисекундду түзөт. Жылуулук эффекти боюнча өзгөрмө ток токко окшошDC, анын чыңалуусу Umax/√2, мында Umax – AC синусоидалдык ийри сызыгындагы максималдуу чыңалуу.
Электромагниттик индукцияны технологияда колдонуу
Электромагниттик индукция кубулушунун ачылышы техниканын өнүгүшүндө чыныгы бум жаратты. Бул ачылышка чейин адамдар электр батарейкаларынын жардамы менен чектелген өлчөмдө гана электр энергиясын өндүрө алышкан.
Учурда бул физикалык кубулуш электр трансформаторлорунда, индукцияланган токту жылуулукка айландыруучу жылыткычтарда жана электр кыймылдаткычтарында жана автомобиль генераторлорунда колдонулат.
