Cách phát hiện các vòng khép kín

Nếu vật lý được dạy tốt ở trường của bạn, thì có lẽ bạn nhớ kinh nghiệm giải thích rõ ràng về hiện tượng cảm ứng điện từ.

Bề ngoài, nó trông giống như thế này: giáo viên đến lớp, các tiếp viên mang một số thiết bị và đặt chúng lên bàn. Sau khi giải thích các tài liệu lý thuyết, một cuộc biểu tình của các thí nghiệm đã bắt đầu, minh họa rõ ràng cho câu chuyện.

Cảm ứng điện từ

Để chứng minh hiện tượng cảm ứng điện từ cần thiết cuộn cảm nam châm trực tiếp rất lớn, mạnh mẽ, kết nối dây và một thiết bị gọi là điện kế.

Sự xuất hiện của điện kế là một hộp phẳng lớn hơn một chút so với tấm A4 tiêu chuẩn, và phía sau bức tường phía trước, được đóng bằng kính, một cái cân có số 0 ở giữa được đặt. Đằng sau cùng một tấm kính người ta có thể thấy một mũi tên đen dày. Tất cả điều này là khá khác biệt ngay cả với các bàn gần đây nhất.

Các dây dẫn điện kế được kết nối với cuộn dây bằng dây dẫn, sau đó nam châm chỉ đơn giản di chuyển lên xuống bên trong cuộn dây bằng tay. Kim điện kế di chuyển từ bên này sang bên kia theo nhịp của nam châm, điều này cho thấy rằng một dòng điện đang chạy qua cuộn dây. Đúng vậy, sau khi tốt nghiệp, một người bạn của giáo viên vật lý nói với tôi rằng trên bức tường phía sau của điện kế có một tay cầm chìm, được sử dụng để di chuyển thủ công người bắn nếu thí nghiệm thất bại.

Bây giờ các thí nghiệm như vậy có vẻ đơn giản và gần như không đáng chú ý. Nhưng cảm ứng điện từ hiện được sử dụng trong nhiều máy móc và thiết bị điện. Năm 1831, Michael Faraday đã tham gia vào nghiên cứu của mình.

Vào thời điểm đó vẫn chưa có đủ dụng cụ nhạy và chính xác, vì vậy phải mất nhiều năm để đoán rằng nam châm nên di chuyển bên trong cuộn dây. Các nam châm có hình dạng và cường độ khác nhau đã được thử, dữ liệu cuộn dây cũng thay đổi, nam châm được áp dụng cho cuộn dây theo nhiều cách khác nhau, nhưng chỉ có từ thông xen kẽ đạt được nhờ chuyển động của nam châm mới mang lại kết quả khả quan.

Các nghiên cứu của Faraday đã chứng minh rằng lực điện động phát sinh trong một mạch kín (cuộn dây và điện kế theo kinh nghiệm của chúng tôi) phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của từ thông, bị giới hạn bởi đường kính trong của cuộn dây. Trong trường hợp này, nó hoàn toàn không quan tâm đến sự thay đổi của từ thông xảy ra: do sự thay đổi của từ trường, hoặc do sự chuyển động của cuộn dây trong một từ trường không đổi.

Tự cảm ứng, EMF của tự cảm ứng

Điều thú vị nhất là cuộn dây nằm trong từ trường của chính nó được tạo ra bởi dòng điện chạy qua nó. Nếu dòng điện trong mạch đang xem xét (cuộn dây và mạch ngoài) thay đổi vì một số lý do, thì từ thông gây ra EMF cũng sẽ thay đổi.

EMF này được gọi là EMF tự cảm ứng. Một nhà khoa học đáng chú ý của Nga E.Kh. đã nghiên cứu hiện tượng này. Lenz. Năm 1833, ông đã phát hiện ra quy luật tương tác của từ trường trong một cuộn dây, dẫn đến tự cảm ứng. Luật này hiện được gọi là luật của Lenz. (Không nên nhầm lẫn với luật Joule-Lenz)!

Định luật Lenz lề nói rằng hướng của dòng cảm ứng phát sinh trong mạch kín dẫn đến mức nó tạo ra một từ trường chống lại sự thay đổi của từ thông gây ra sự xuất hiện của dòng cảm ứng.

Trong trường hợp này, cuộn dây nằm trong từ thông riêng của nó, tỷ lệ thuận với cường độ hiện tại: Ф = L * I.

Trong công thức này, có một hệ số tỷ lệ L, còn được gọi là hệ số tự cảm hoặc hệ số tự cảm của cuộn dây. Trong hệ thống SI, đơn vị tự cảm được gọi là henry (GN).Nếu, với dòng điện trực tiếp 1A, cuộn dây tạo ra từ thông riêng của nó là 1VB, thì cuộn dây đó có độ tự cảm là 1H.

Giống như một tụ điện tích điện có nguồn cung cấp năng lượng điện, cuộn dây mà dòng điện chạy qua có nguồn cung cấp năng lượng từ tính. Do hiện tượng tự cảm ứng, nếu cuộn dây được kết nối với mạch có nguồn EMF, khi mạch bị đóng, dòng điện được đặt với độ trễ.

Theo cùng một cách, nó không dừng lại ngay lập tức khi bị ngắt kết nối. Trong trường hợp này, EMF tự cảm ứng tác động lên các cực cuộn dây, giá trị của nó cao hơn đáng kể (gấp mười lần) so với EMF của nguồn điện. Ví dụ, một hiện tượng tương tự được sử dụng trong cuộn dây đánh lửa của ô tô, trong các bản quét ngang của tivi, cũng như trong sơ đồ tiêu chuẩn để chuyển đổi trên đèn huỳnh quang. Đây là tất cả các biểu hiện hữu ích của tự cảm ứng EMF.

Trong một số trường hợp, EMF tự cảm ứng có hại: nếu công tắc bóng bán dẫn được nạp một cuộn dây của rơle hoặc nam châm điện, thì một diode bảo vệ được lắp song song với cuộn dây để bảo vệ chống lại EMF của tự cảm ứng bởi cực tính của EMF ngược của nguồn điện. Sự bao gồm này được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1. Bảo vệ công tắc bóng bán dẫn chống lại tự cảm ứng EMF.

Cách phát hiện các vòng khép kín

Thường có nghi ngờ phát sinh, nhưng có ngắn mạch trong máy biến áp hoặc cuộn dây động cơ? Đối với các kiểm tra như vậy, các thiết bị khác nhau được sử dụng, ví dụ, RLC - cầu hoặc thiết bị sản xuất tại nhà - đầu dò. Tuy nhiên, có thể kiểm tra ngắn mạch bằng đèn neon đơn giản. Bất kỳ đèn nào cũng có thể vừa - ngay cả từ ấm đun nước điện do Trung Quốc sản xuất bị lỗi.

Để thực hiện phép đo, một đèn không có điện trở giới hạn phải được kết nối với cuộn dây được nghiên cứu. Các cuộn dây nên có độ tự cảm lớn nhất; nếu nó là một máy biến áp chính, sau đó kết nối đèn với cuộn dây chính. Sau đó, một dòng điện vài milliamp nên được truyền qua cuộn dây. Với mục đích này, bạn có thể sử dụng nguồn điện với điện trở được nối tiếp, như trong Hình 2.

Bạn có thể sử dụng pin làm nguồn năng lượng. Nếu tại thời điểm mở mạch cung cấp có đèn flash, thì cuộn dây có thể điều khiển được, không có vòng quay ngắn. (Để làm cho chuỗi hoạt động rõ ràng hơn, công tắc được hiển thị trong Hình 2).

Các phép đo như vậy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một con trỏ kế làm pin, chẳng hạn như TL-4 ở chế độ đo điện trở * 1 Ohm. Trong chế độ này, thiết bị được chỉ định cung cấp dòng điện khoảng một rưỡi milliamp, khá đủ cho các phép đo được mô tả. Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số không thể được sử dụng cho các mục đích này - dòng điện của nó không đủ để tạo ra cường độ từ trường cần thiết.

Các phép đo tương tự cũng có thể được thực hiện chính xác, nếu đèn neon được thay thế bằng ngón tay của bạn: để tăng độ phân giải của "thiết bị đo", ngón tay của bạn nên hơi rạch. Với một cuộn dây làm việc, bạn sẽ cảm thấy một cú sốc điện khá mạnh, tất nhiên không gây tử vong, nhưng cũng không dễ chịu lắm.

Hình 2. Phát hiện các vòng quay ngắn bằng đèn neon.

Comments

[#1]

Cảm ơn Dễ tiếp cận, dễ hiểu, đơn giản. 5 điểm.

[#2 Makarov V.V.]

Các vòng quay ngắn trong cuộn dây stato của động cơ điện có thể được kiểm tra độ tự cảm với một thiết bị đặc biệt. Thông thường, độ tự cảm trên cuộn dây như vậy thay đổi tương đối dễ điều khiển theo hướng hạ xuống và có thể thay đổi 1,5 - 2 lần.