Elektromagnit induksiya hodisasi Faradey tajribasi

Faradeyning induksiya qonuni: Lens qonuni
Faradey induksiya EYuKi miqdor jihatdan qanday kattaliklarga bog‘liq ekanini o‘rganib chiqgan. Uning birinchi aniqlagan narsasi shu bo‘lganki: Magnit maydon qanchalik tez o‘zgarsa, induksiya EYuK shunchalar katta bo‘ladi. Bundan tashqari induksiya EYuK halqa yuzasiga bog‘liq (va V bilan xalqa yuzasi orasida hosil bo‘lgan burchakka ham bog‘liq). Haqiqatda esa, induksiya EYuKi aylana yoki halqa yuzasi (A) orqali o‘tuvchi magnit oqimining o‘zgarishiga to‘g‘ri proporsional. A yuza orqali o‘tuvchi bir jinsli magnit maydon oqimi quyidagicha ifodalanadi:
(7-1)
Bu yerda V bir jinsli maydon. Halqa yuziga perpendikulyar bo‘lgan bir jinsli magnit maydon V ning tashkil etuvchisidir, burchak bu V vektor va halqa yuziga perpendikulyar bo‘lgan chiziq orasidagi burchak. Bu kattaliklar, tomoni L, maydoni A=L² ga teng bo‘lgan to‘rtburchak halqa 7-4-rasmda ko‘rsatilgan. Halqaning yuzi V vektorga parallel bo‘lganda, =90° va =0. V vektor halqaning yuziga perpendikulyar bo‘lganda, =0° va =BA (bir jinsli ).

7-4-rasm Simdan yasalgan tekis sohaga mos keladigan oqimni aniqlang. Bu soha to‘rtburchak shakldan iborat bo‘lib, tomoni L ga teng va yuzasi A=L^2 ga teng.

7-5-rasm F­V magnit oqimi chulg‘am halqalari orqali oqib o‘tuvchi V magnit chiziqlari soniga proporional (bu rasmda halkalar soni 3ta).

Biz o‘tgan bobda ko‘rganimizdek, V chiziqlarini (Ye chiziqlariga o‘xshash) shunday tarzda chizish mukkinki, yuzi birligidagi chiziqlar soni, maydon kuchlanganligiga proporsional. Keyin oqim xalqa bilan qoplangan maydondan o‘tuvchi chiziqlar soniga to‘g‘ri proporsional deb qarash mumkin. 4-5 rasmda keltirilgandek, =90° uchun halqalardan magnit maydon chiziqlari kesib o‘tmaydi, ya’ni =0, =0° bo‘lganda, maksimum qiymatga erishadi. Magnit maydon oqimi birligi , yoki veber deb nomlanadi: 1Wb= ,
7-1 tenglamadagi oqimni ifodasidan Faradeyning izlanishlarini yozishimiz mumkin: Zanjirdagi induksiya EYuKi, zanjirdagi magnit oqimi o‘zgarish munosabatiga teng.
(7-2)
Bu fundamental natijalar Faradeyning induksiya qonuni deyiladi va bu qonun elektromagnitizm asoslaridan biri hisoblanadi.
Induksiya EYuKi hamisha magnit oqimining dastlabki yo‘nalishini o‘zgarishiga teskari yo‘nalgan bo‘ladi.

7-6 rasm. (a) V doimiy magnit maydonidagi U-formali o‘tkazuvchining o‘ng tomoniga xarakatlanuvchi o‘tkazuvchan tayokcha. Tok soat strelkasi buyicha yunalgan. (b) V sababli metal tayokchada elektrondagi tepaga yunalgan kuch; elektronlar + zaryadlarni pastda qoldirgan holatda tayokchaning tepasiga yigiladi

EYuK ni paydo qilishni boshqa bir yuli 7-6a rasmda tasvirlangan bo‘lib bu xolat EYuK ni tabiatini yoritib berishga yordam beradi. Faraz kiling, V doimiy magnit maydoni U-shakilli o‘tkazuvchi bilan chegaralangan yuzaga perpendikulyar va xarakatlanuvchi tayokcha tinch holatda turibdi. Agar tayokcha o‘ng tomonga v tezlik bilan harakatlanadigan bo‘lsa, u vaktda

masofa bosadi. Shuning uchun, halkaning yuzasi vaktda ga ortadi. Faradey qonuni bo‘yicha vujudga kelgan EYuK
(7-3)
Vujudga kelgan tok soat strelkasi buyicha yo‘nalgan (o‘sib borayotgan oqimga qarshilik qilib)
7-3 tenglama , va o‘zaro perpendikulyar holatidagina to‘g‘ri bo‘ladi. (Agar shunday bo‘lmasa, biz fakatgina bir biri bilan o‘zaro perpendikulyar bo‘lgan komponentlarini ishlatamiz.) Magnit maydonda xarakatlanayotgan o‘tkazuvchida vujudga kelgan EYuK ba’zida xarakat EYuK si deyiladi.
7-3 tenglamani Faradey konunini ishlatmay xam xosil qilishimiz mumkin. V magnit maydonga perpendikulyar v tezlikda xarakatlanaetgan zaryadlangan zarracha F = qvB kuchi ta’sir etadi. 7—6a rasmdagi tayoqcha o‘ng tomonga v tezlik bilan harakatlansa, tayoqchadagi elektronlar xam shunday tezlikda harakatlanadi. Shuning uchun, bulgani kabi, xar bir elektron F = qvB kuchini his etadi, 4-6b rasmdagi singari kizil strelka bilan tepaga yunalgan bo‘ladi. Agar tayoqcha U-shakilli o‘tkazuvchi bilan aloqada bo‘lmasa, elektronlar tayoqchaning tepa qismida yigilib olishadi, pastki qismini musbat xolatda qoldirgan holda. (7-6b rasmdagi ishoralarga karang). Shuning uchun xam bu yerda EYuK bo‘lishi kerak. Agar tayokcha U-shakilli o‘tkazuvchi bilan aloqada bo‘lsa (7-6a rasm), elektronlar U tomon oqa boshlaydi. Bu yerda xalka ichida soat strelkasi bo‘yicha yunalgan tok bo‘ladi. EYuK ni xisoblash uchun, biz q zaryadni tayoqchaning bir uchidan boshqa uchi tomon harakatga keltirish uchun kerak bo‘ladigan W ishni hisoblaymiz:W= kuch x masofa = . EYuK ishning zaryad birligi nisbatiga teng bo‘ladi:
7-3 tenglama kabi bir xil natija (Faradey)
7-2 rasmdan magnit tayoqchasi va cho‘lg‘am orasidagi o‘zaro harakatga bog‘liqligiga Lens qonuni tatbig‘ida ko‘rishimiz mumkin. Cho‘lg‘amdan o‘tuvchi oqim induksiya EYuKini yuzaga keltiradi va tok vujudga keladi. Ushbu induksion tok o‘z magnit maydonini hosil qiladi. Keltirilgan 7-2a rasmda magnit tayoqchasi va chulg‘am orasidagi masofa kamayadi. Chulg‘amdagi doimiy magnit atrofidagi magnit maydon (maydon chiziqlari) ortadi, buning natijasida oqim ortadi. Magnit maydon chiziqlari pastdan tepaga tomon yo‘nalgan (o‘quvchidan qog‘ozga tomon). Qarama qarshi tomondan tepaga ortishi uchun, cho‘lg‘am ichidagi induksion tok hosil qilgan magnit maydon pastga yo‘nalgan bo‘lishi kerak. Demak, Lens qonuniga ko‘ra, tok 7-2a rasmda keltirilgandek harakat qiladi (o‘ng qo‘l qoidasi bo‘yicha). 7-2b rasmdagi holat uchun magnit maydon oqimi kamayadi, chunki magnit tayoqchasi uzoqlashadi va magint maydoni V kamayadi, natijada halqadagi indutsion tok o‘z oldingi holatini chaqlashga intilib halqa bo‘ylab tepaga yo‘nalgan magnit maydoni hosil qiladi. Shunday qilib, 7-2b rasmdagi tok yo‘nalishi 7-2a rasmdagi nisbatan teskari yo‘nalgan bo‘ladi.

Shuni takidlash muhimki, cho‘lg‘amdagi o‘tuvchi oqim o‘zgarish yuz bersa induksiya EYuKi yuzaga keladi, va quyida ba’zi qo‘shimcha ehtimolliklar ko‘rib chiqiladi.

7-7 Rasm.Sim yog‘ochdagi pasaytiruvchi 7-8 Rasm. Kuchaytiruvchi transformatorni ta’mirlash transformator
Transformator o‘zgaruvchan tokni kuchaytiruvchi yoki pasaytiruvchi qurilma. Transformatorlarni hoxlagan joyda uchratish mumkin: sim yog‘ochdagisi (7-7 rasm) elektr kompaniyasidan keladigan yuqori kuchlanishni uylarda foydalanish (120V yoki 240V) telefonlar, noutbuklar va elektrik asboblar uchun kamaytirib uzatadi, mashinangizdagi svichalarga kerakli kuchlanishni yetkazib berishda va boshqa holatlarda yetkazib beriladi. Transformator ikkita o‘ramdan tashkil topgan, birinchi va ikkinchi o‘ramdan. Ikkaita o‘ram o‘zaro bog‘langan (izolyatsiyalangan sim bilan); yoki ular chekkasida eng kam elektr yo‘qotadigan temir qatlamli asos bilan bog‘lanadi 7-8 rasmda ko‘rsatilganidek. Transformatorlar birinchi bilan ikkinchi o‘ramdan oqib o‘tuvchi elektr toki orqali magnit oqimini yasash uchun tashkillashtiriladi. Biz shuningdek yo‘kotilgan energiyani (qarshilikda) hisobga olmaymiz - bu unumdorligi 99 % dan yuqori bo‘lgan haqiqiy transformatorlar uchun yaxshi. Kuchlanish birinchi o‘ramga yetib kelganida, magnit maydonidagi o‘zgarish ikkinchi o‘ramda bir xil tebranishga sabab bo‘ladi. Biroq o‘ramlar soni tufayli kuchlanish xar o‘ramda har xil bo‘ladi. Faradeyning qonuniga asosan ikkinchi o‘ramdagi kuchlanish: V_s=N_s×∆F/∆t
N_s ikkinchi o‘ramdagi o‘ramlar soni, ∆F/∆t magnit oqimi o‘zgarishining tezligi.
Birinchisidagi kuchlanish V_p, u orqali o‘tadigan oqimning o‘zgarish tezligiga bog‘liq: V_p=N_p×∆F/∆t
N_p birinchi o‘ramdagi o‘ramlar soni. Bu shunday bo‘ladi, chunki birinchi o‘ramdagi oqim o‘zgarishi teskari kuchlanishni ishlab chiqaradi va agarda qarshilikdagi kuchlanish hisobga olinmasa kelgan kuchlanish balansda bo‘ladi (Kirkoff konuni). Biz tenglamani ikki bo‘lakka bo‘lamiz, juda kam yoki umuman oqim yo‘qolmagan deb hisoblab V_s/V_p=N_s/N_p (7-4) ni topamiz.
Transformator tenglamasi birinchi o‘ramdagi kuchlanish ikkinchisiga qanday bog‘langanini aytadi, V_s va V_p 7-4 tenglamadagi ikkalasi xam rasm yoki eng yuqori qiymat bo‘ladi. O‘zgarmas kuchlanish magnit oqim o‘zgarmasligi tufayli ish bajarmaydi.
Agar ikkinchi cho‘lg‘am birinchisidan ko‘proq cho‘lg‘am tashkil etsa(N2›N1),transformatorimiz kuchaytiruvchidir. Bunda ikkinchi chulg‘amdagi kuchlanish birinchisidagidan kattaroq bo‘ladi. Masalan, ikkinchi chulg‘am birinchisiga qaraganda 2 marta ko‘proq o‘ram bo‘lsa, undagi kuchlanish xam 2 marta katta bo‘ladi. Agar N₁imiz N₂dan kichik bo‘lsa, transformatorimiz pasaytiruvchidir. Elektr kuchlanishimiz transformator bilan kamaytirilib yoki oshirilishiga qaramasdan biz xech bir narsaga ega bo‘lmaymiz. Energiya saqlanishi bizga chiquvchi quvvat kiruvchi quvvatdan hech qanaqasiga kattaroq bo‘lolmasligini aytadi. Yaxshi ishlab chiqilgan transformator 99% dan ko‘proq FIK li bo‘la oladi. Bunda issiqlikka kam energiya yo‘qoladi. Shu sababli chiquvchi quvvat kiruvchi quvvatga teng bo‘ladi. I_s/I_p=N_p/N_s

Rasm 7-9. Bir g‘altakdagi tokning o‘zgarishi, ikkinchi g‘altakda tok hosil qiladi. 1 va 2 g‘altakda tok vujudga kelgan)

7-9 rasmda kursatilganidek ikki g‘altak bir biriga yaqin bo‘lsa, birida sodir bo‘lgan tokning o‘zgarishi ikkinchisida EYuK ni hosil qiladi. Biz ikkinchi g‘altakka Faradey qonunini ishlatamiz: ikkinchi g‘altakda hosil bo‘lgan EYuK , g‘altak orasidan oqib o‘tuvchi magnetik oqimning o‘zgarish darajasiga teng. Ikkinchi g‘altakdagi oqimning o‘zgarishini birinchi g‘altakdagi tokning o‘zgarishi keltirib chiqaradi. shuning uchun birinchi g‘altakdagi tokni o‘zgarish darajasi ga teng.

(7-5)
bu yerda vaqt oraligi juda xam kichik va doimiy teng, M esa o‘zaro induktivlik deb nomlanadi. (manfiylik ishorasi Lens qoidasiga ko‘ra, vujudga kelgan EYuK oqim o‘zgarishiga qarshi bo‘ladi). O‘zaro induktivlikni birligi bo‘lib genri (N) deb, Josef Genri sharafiga ko‘yilgan: