Явление электромагнитной индукции.
Явление электромагнитной индукции открыл в 1813 г. Фарадей – явление возникновения ЭДС индукции в проводнике при всяком изменении магнитного поля.
Явление электромагнитной индукции – явление наведения индукционного тока при всяком изменении магнитного поля.
Направление ЭДС индукции определяется по правилу правой руки: ладонь располагаем так, что линии индукции входят в неё, большой палец укажет направление скорости движения проводника, 4 пальца укажут направление ЭДС индукции и индукционного тока.
Формула Максвелла
ЭДС индукции равен скорости изменения магнитного потока, взятою с отрицательным знаком.
Знак минус означает, что возникает ЭДС препятствующее причине её вызывающей.
Закон Ленца:
ЭДС индукции создает в замкнутом контуре такой индукционный ток, который своим магнитным полем препятствует причине, вызывающей появление этого тока.
Потокосцепление. Индуктивность. Индуктивность катушки.
Потокосцепление – сцепление магнитного потока с витками катушки
†=
[Вб]
Собственное потокосцепление – сцепление магнитного потока с витками катушки.
=
Взаимное потокосцепление – сцепление магнитного потока, созданное в одной катушке с витками другой.
Индуктивность – величина, характеризующая зависимость собственного потокосцепления от формы размеров и среды.
[
→Гн]
– индуктивность катушки
Явление самоиндукции. Закон самоиндукции. Энергия и плотность энергии магнитного поля.
Явление самоиндукции – явление возникновения ЭДС индукции в проводнике при всяком изменении магнитного поля и тока текущего в этом проводнике.
- закон самоиндукции.
Энергия и плотность энергии магнитного поля.
Вихревое поле. Вихревые токи.
В 1883 г. приемник Питера Ленца установил правило: если магнитный поток, сцепленный с контуром изменяется, то в контуре возникают явления электрического и механического характера.
Если
магнитный поток возрастает, то в контуре
появляется индукционный ток такого
направления, который создает свой
магнитный поток направленный противоположно
основному. Т.к. в магнитном поле оказался
проводник с током, то на него действует
сжимающая контур.
Если магнитный поток убывает, то в контуре появляется индукционный ток такого направления, который создает свой магнитный поток сонаправленный основному. Т.к. в магнитном поле оказался проводник с током, то на него действует растягивающая контур.
Любое переменное магнитное поле в окружающем пространстве, в сплошных телах наводит индукционные токи.
Вихревые токи – индукционные токи, возникающие в сплошных металлических телах, находятся в переменном магнитном поле.
Колебательный контур и его параметры. Генератор незатухающих колебаний.
Простейшая электрическая цепь, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания за счёт первоначально сообщённой ей энергии.
Колебательный контур – электрическая, цепь состоящая из катушки и конденсатора.
Виды:
Идеальный (последовательный) – контур, в котором катушка и конденсатор подсоединены к источнику последовательно и при этом активное сопротивление равно 0.
Реальный (последовательный) – контур, в котором катушка и конденсатор подсоединены к источнику последовательно и при этом активное сопротивление неравно 0.
Идеальный (параллельный) - контур, в котором катушка и конденсатор подсоединены к источнику параллельно и при этом активное сопротивление равно 0.
Реальный (параллельный) - контур, в котором катушка и конденсатор подсоединены к источнику параллельно и при этом активное сопротивление неравно 0.
В колебательном контуре могут возникнуть периодические изменения силы тока, напряжения, энергии электрического и магнитного поля.
Принцип работы колебательного контура:
1
2
+
+
-
-
+
-
Ключ в положении 1:
Конденсатор заряжается от батареи и получает электрическую энергию.
Ключ в положении 2:
Конденсатор разряжается и в цепи появляется ток разряда. Ток увеличивается постепенно из-за явления самоиндукции
При уменьшении тока разряда уменьшается магнитное поле, в катушке возникает явление самоиндукции при котором ЭДС самоиндукции направленно по току и будет поддерживать его. В результате конденсатор перезаряжается до тех пор пока ток уменьшается постепенно и не станет равен 0. Образующееся на конденсаторе напряжение снова создает ток разряда в катушке, в катушке образуется обратное магнитное поле достигшее max энергии, конденсатор снова перезаряжается и образует первоначальную полярность.
Этим
завершается полный цикл изменения
напряжения и силы тока в контуре, т.е.
завершилось 1 колебание энергии
поля.
В идеальном контуре нет потерь на активное сопротивление, т.к. оно равно 0 - колебания незатухающие.
В реальном
конденсаторе R
0
– колебания затухающие. Колебания
происходят только за счет первоначального
запаса энергии . Конденсация без
воздействия внешних источников –
свободные (собственные) колебания.
Параметры колебательного контура:
Период собственных колебаний
Частота собств. колеб.
Циклическая частота собств. колеб.
Резонанс
наблюдается в том случае, когда собственная
частота колебаний системы совпадает с
частотой изменения внешней силы.
Явление электрического резонанса применяется при осуществлении радиосвязи.
Генератор незатухающих колебаний
К
Б
+
Э
-
Чтобы свободные колебания в любой системе были незатухающими, необходимо периодически пополнять запас энергии в этой системе.
– катушка обратной индукционной связи
(сдвиг фаз между токами в катушке равен
)
Т.к. в реальном колебательном контуре возникают затухающие колебания из-за потерь энергии на нагрев проводов в катушке, то создали генератор незатухающих колебаний, потери в котором восполняются с помощью усилительных элементов. Генераторы незатухающих электрических колебаний имеются на всех передающих радиостанциях и радиолокаторах.
Переменный ток и его параметры.
Переменный ток – ток, который изменяется с течением времени.
Переменный sin-идальной ток получают под действием переменной sin-идальной ЭДС
Принцип получения sin-идальной ЭДС основан на явлении электромагнитной индукции.
N
S
e
= 2Bvl
e=
- уравнение sin-идальной
ЭДС
U
sin-ЭДС наводится за счет изменения угла.
Параметры:
I – мгновенное значение силы тока
– значение за период (наибольшее)
–
действительное значение силы тока
Связь между действительным и периодическим значением:
Трансформаторы.
Трансформаторы – устройства для преобразования переменного тока одного направления в переменный ток другого направления одной и той же частоты.
Устройство:
1-ная обмотка – обмотка на которую подается напряжение
2-ная обмотка – обмотка с которой снимают напряжение
Сердечник – в нём создается магнитное поле
Закономерности:
При
включении
на 1-ную обмотку в ней потечёт переменный
ток, который создаст в сердечнике
переменное магнитное поле. В этом поле
окажутся обе обмотки и в них возникнет
ЭДС.
Режим холостого хода
По первичной обмотке потечёт слабый ток холостого хода.
Режим нагруженного трансформатора
– коэффициент трансформации –
величина, показывающая во сколько
раз число витков в первичной обмотке
больше/меньше чем во 2-ной.
Если n > 1 – понижается
Если n < 1 – повышается
Типы трансформаторов: масляные, сухие, броневые.
Катушка и конденсатор в цепи переменного тока.
Катушка оказывает сопротивление переменному току
– реактивно-индукционное сопротивление
– реакция на изменение тока в катушке.
Если
Если
постоянный ток, то
Постоянный ток катушки оказывает только активное сопротивление и отфильтровывает переменный ток.
Конденсатор
оказывает току реактивно-емкостное
сопротивление
Если
Если
Постоянный ток не пропускает, отфильтровывает переменный ток.
Электромагнитное поле. Электромагнитные волны.
Постулаты Максвела
Переменное магнитное поле создает в окруженном пространстве переменное вихревое электрическое поле.
Переменное электрическое поле создает в окруженном пространстве переменное вихревое магнитное поле.
Электромагнитное поле – особый вид материи, представляющий собой совокупность переменных вихревых электрических и магнитных полей.
Распространение электрического магнитного поля в пространстве создает электрическую магнитную волну.
Электрические магнитные волны распространяются от открытого колебательного контура.
Направление скорости распространения электромагнитной волны определяется по правилу буравчика: если поворачивать головку буравчика от вектора E к вектору H , то его поступательное движение укажет направление скорости распространения электромагнитной волны. Электромагнитные волны распространяются во всех направлениях от антенны.
v=
– скорость распространения электромагнитной
волны в среде.
– абсолютный показатель преломления
– величина, показывающая во сколько
раз скорость распространения
электромагнитных волны в вакууме больше
чем в среде.
Длина волны – путь, пройденный волной за период.
Радиосвязь. Принцип телеграфной радиопередачи.
Звук как механическая волна обладает малой энергией и далеко не распространяется.
Чтобы передать информацию на большое расстояние используют несущий сигнал – колебания высокой частоты.
Модуль модуляции – воздействие на колебания высокой частоты с помощью телеграфного ключа.
Виды модуляций:
Амплитудная – воздействие на A несущего сигнала.
Частотная – воздействие на v несущего сигнала.
Блок-схема передатчика
ГВЧ
Принципиальная схема
Здесь синусоида
Первичный сигнал является огибающей несущего.