Коефіцієнт трансформації

Коефіцієнт трансформації трансформатора - це величина, що виражає масштабується (перетворювальну) характеристику трансформатора відносно якого-небудь параметра електричного кола (напруги, струму, опору і т. д.).

66. Енергія магнітного поля

Провідник, по якому протікає електричний струм, завжди оточений магнітним полем, причому магнітне поле появляється і зникає разом з появою і зникненням струму. Отже, частина енергії струму йде на створення магнітного поля.

Енергія магнітного поля дорівнює роботі, яка затрачається струмом на створення цього поля.

Обчислимо енергію магнітного поля струму в найпростішому випадку ізотропного середовища, в якого зв'язок індукції з напруженістю поля в ньому лінійний. Для цього розглянемо соленоїд з N витків, який має індуктивність L. Якщо за час dt струм у соленоїді зростає на величину dІ, то при цьому змінюється і її власний магнітний потік відповідно на величину . Якщо в момент часу t сила струму в соленоїді становила І, то при зміні магнітного потоку на величину dФ, джерелом струму виконується додаткова робота dA:

.

Оскільки соленоїд залишається нерухомим, то ця елементарна робота dA пов'язана із зміною енергії соленоїда, яка зумовлена наявністю в ньому магнітного поля, на величину dWм:

і .

Оскільки dФ=LdІ, то dWм=LIdI.

; .

Це та енергія, яку було затрачено джерелом струму на утворення в соленоїді магнітного поля. За законом збереження енергії ця енергія дорівнює енергії магнітного поля W, яке пов’язане зі струмом , що проходить по провіднику з індуктивністю .

Дослідження властивостей змінних магнітних полів було доказом того, що енергія магнітного поля локалізована у просторі.

Енергію магнітного поля струму можна визначити через характеристики цього поля – значення його напруженості H та індукції В. Для цього розглянемо частковий випадок – однорідне магнітне поле всередині довгого соленоїда, індуктивність якого . Тоді

.

Магнітна індукція поля всередині довгого соленоїда . Звідси

.

Тоді

.

де враховано, що .

Магнітне поле соленоїда однорідне і зосереджене всередині соленоїда, а енергія поля розподілена в ньому з постійною об'ємною густиною , яка дорівнює

.

Одержаний вираз для відрізняється від виразу для густини енергії електричного поля лише тим, що електричні величини в ній замінені відповідними магнітними.

У випадку неоднорідного магнітного поля його енергію в деякому об'ємі V можна визначити так. Поділимо об'єм V на нескінченно малі елементи dV так, щоб поле в кожному з них можна було вважати однорідним. Тоді енергія елемента об'єму з локальною густиною в ньому дорівнює: .

Інтегруючи цей вираз по всьому об'єму поля V, отримаємо формулу для обчислення енергії неоднорідного поля:

.

67. За яких умов у рамці в магнітному полі виникає змінний електричний струм? змінний струм

Змінними вважають струми, які змінюються як за значенням, так і за напрямком. Найпоширенішими і найважливішими в техніці є синусоїдальні змінні струми, сила яких і напруга змінюються за законами синуса або косинуса. Такими, наприклад, є промислові струми, високочастотні струми, які використовують у радіозв'язку тощо.

Найпростішим способом одержання низькочастотних змінних струмів є обертання рамки з провідників в однорідному магнітному полі (або навпаки — обертання магнітного поля, яке перетинає нерухомі провідники).

Нехай у початковий момент часу амка розташована так, що напрямок нормалі п (перпендикуляра) до неї збігається з напрямком індукції магнітного поля В, в якому рамка обертається. Магнітний потік, який при цьому пронизує рамку

має максимальне значення.

Рамка обертається рівномірно з кутовою швидкістю со і кут повороту рамки у будь-який момент часу

Магнітний потік, який пронизує рамку, змінюється за законом косинуса:

За законом електромагнітної індукції, в разі зміни магнітного потоку, що пронизує контур, виникає електрорушійна сила індукції:

Отже, можемо зробити важливий висновок: за рівномірного обертання рамки в однорідному магнітному полі в ній виникає електрорушійна сила індукції, що змінюється за законом синуса.

Зрозуміло, що максимальних значень досягає в ті моменти, коли При цьому де k — ціле число.

Це такі положення рамки, за яких магнітний потік, що пронизує її, дорівнює нулю (рамка перетинає лінії індукції магнітного поля в перпендикулярному напрямку).

Коли , то провідники рамки ковзають уздовж ліній індукції поля і зміна магнітного потоку дорівнює нулю, хоча сам магнітний потік і максимальний.

За один оберт рамки електрорушійна сила змінює свої значення і знак двічі, тобто здійснює одне повне коливання.

Якщо рамку замкнути яким-небудь провідником, то в цьому провіднику виникає змінний струм. Однак такий змінний струм не в усіх точках провідника одночасно матиме одне й те саме значення, оскільки швидкість поширення поля у провіднику хоча й велика, але скінченна. Особливо це дається взнаки тоді, коли змінні струми високочастотні. Можна вважати, що в усіх точках кола низькочастотних струмів фаза коливань струму в один і той самий момент однакова. Такі струми називають квазістаціонарними.

Для квазістаціонарних струмів (як і для постійних) у кожен момент часу справджуються закони Кірхгофа: 1) сума електрорушійних сил у замкнутому контурі дорівнює сумі спадів напруг; 2) алгебрична сума сил струмів у точках розгалуження дорівнює нулю.

За рівномірного обертання рамки в однорідному магнітному полі в ній виникає електрорушійна сила індукції, що змінюється за законом синуса:

Для низькочастотних струмів можна вважати, що в електричних колах фаза коливань у всіх точках у певний момент часу однакова. Такі струми вважаються квазістаціонарними (від лат. quasi — ніби)