Джон ФАУЛЗ

Для сердечників з різних речовин (нікель, кобальт і ін.) додаткова магнітна індукція неоднакова, значить, їхні магнітні властивості різні. Тому можна увести фізичну величину, що характеризує ці властивості.

Відношення яке характеризує магнітні властивості середовища, дістало назву магнітної проникності цього середовища.

Таким чином, в однорідному середовищі магнітна індукція дорівнює:

де μ — магнітна проникність цього середовища.

Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна розділити на дві групи:

1) діамагнетики, для яких μ трохи менше за одиницю (μ < 1);

2) парамагнетики, для яких ц більше за одиницю (μ > 1).

Наприклад, вісмут (μ = 0,999824), мідь (μ = 0,999912), вода (μ = 0,999991), вольфрам (μ = 1,000175), кисень (μ = 1,000017), ебоніт (μ = 1,000014).

Відповідно до різних значень ц речовини по-різному поводяться в магнітному полі.

Ø Діамагнетики — речовини, що намагнічуються проти напрямку зовнішнього магнітного поля.

Ø Феромагнетики — матеріали, що мають значну магнітну проникність.

До феромагнетиків належать залізо, кобальт, нікель, деякі сплави й хімічні сполуки.

Магнітна проникність феромагнетиків непостійна. Вона залежить від вектора магнітної індукції. Після вимикання зовнішнього магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, тобто створює магнітне поле в навколишньому просторі.

Ø Феромагнітні властивості — властивості речовини, а не окремих ізольованих атомів.

в загальному випадку магнітний потік (потік магнітної індукції) йде через замкнутий контур Ф = BScosα.

Таким чином, магнітний потік через контур можна подати як фізичну величину, пропорційну числу ліній магнітної індукції, що пронизують цей контур.

Одиницю магнітного потоку в системі СІ називають вебер (Вб) на честь німецького фізика Вільгельма Вебера.

Ø Магнітний потік 1 Вб створює однорідне магнітне поле індукцією 1 Тл через поверхню площею 1 м2, розташовану перпендикулярно до вектора магнітної індукції:

Ø ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує цей контур:

у разі зменшення магнітного потоку магнітне поле індукційного струму усередині котушки підсилювало первинний магнітний потік.

У загальному випадку цей факт можна сформулювати у вигляді правила, установленого російським фізиком Е. X. Ленцем:

Ø індукційний струм у замкнутому контурі завжди має такий напрямок, що створене ним магнітне поле намагається компенсувати зміну магнітного потоку, що зумовило цей струм.

З урахуванням правила Ленца закон електромагнітної індукції можна записати у вигляді:

Ø Виникнення ЕРС індукції в контурі під час зміни сили струму в цьому ж контурі називають явищем самоіндукції.

Оскільки самоіндукція є окремим випадком електромагнітної індукції, то для обчислення ЕРС самоіндукції можна застосувати формулу:

Якщо провідник нерухомий і магнітні властивості середовища не змінюються, магнітний потік пропорційний силі струму: Ф ~ І або Ф = LI, де L — величина, що характеризує контур (наприклад, котушку) і навколишнє його середовище (сердечник).

Коефіцієнт пропорційності L називають індуктивністю даного контуру.

Ø Індуктивність — це якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.

З останнього виразу випливає, що

Ø 1 генрі — це індуктивність такого провідника, у якому струм силою в 1 А створює магнітний потік в 1 Вб.

Енергія магнітного поля струму в контурі з індуктивністю L дорівнює

Ø Змінним струмом називають електричний струм, що періодично змінюється за величиною й напрямком.

Принцип дії генератора змінного струму такий. Для одержання великого магнітного потоку в генераторах застосовують спеціальну магнітну систему, що складається із двох сердечників, зроблених з електротехнічної сталі. Обмотки, які створюють магнітне поле, розміщені в пазах одного із сердечників, а обмотки, у яких індукується ЕРС, — у пазах іншого. Один із сердечників (зазвичай внутрішній) разом зі своєю обмоткою обертається навколо горизонтальної або вертикальної осі. Тому він називається ротором. Нерухомий сердечник з його обмоткою називають статором. Зазор між сердечниками статора й ротора роблять якомога меншим для збільшення потоку магнітної індукції.

Зміна магнітного потоку призводить до виникнення в рамці ЕРС індукції . Відповідно до закону електромагнітної індукції Швидкість зміни магнітного потоку ΔФ/Δt з погляду математики є похідної функції Ф(t), тому

Якщо рамка складається з N витків, то амплітуда ЕРС збільшується в Nразів:

Період змінного струму а його частота

2. Генератор змінного струму

Електроенергію виробляють в основному на електростанціях трьох типів:

1) теплових електростанціях (більше 50 %);

2) гідроелектростанціях (20-25 %);

3) атомних електростанціях (15 %).

Ø На електростанціях механічну енергію перетворюють в електричну за допомогою індукційних генераторів, у яких використовують явище електромагнітної індукції.

На електростанціях електрична енергія виробляється під напругою в десятки тисяч вольт. Потім для зменшення втрат під час передання на більші відстані напругу підвищують у десятки разів — до сотень тисяч вольт. Розподіляючи електроенергію по споживачах, напругу задля безпеки знижують у тисячі разів (до 220 В у житлових приміщеннях). Для підвищення й зниження напруги використовують трансформатори, дію яких засновано на явищі електромагнітної індукції.

Ø Головна причина втрат під час передання енергії — це нагрівання проводів, тобто перетворення електричної енергії у внутрішню: через те що опір проводів не дорівнює нулю, що йде уздовж проводів, енергія електричних і магнітних полів частково «утікає» у проводи, спричиняючи їх нагрівання.

Втрати струму спричинюють нагрівання провідника, при цьому кількість теплоти Q прямо пропорційна квадрату сили струму І, опору провідника R й часу проходження струму t:

Q = I²Rt.

Тому для того, аби зменшити нагрівання проводів даного опору, треба зменшити силу струму в проводах.

При цьому втрата потужності Р_сп=ΔІ²R у кінцевого споживача при потужності генеруючого підприємства Р_гп=UI_гп дозволяє знайти ККД передавання електроенергії як:

η =(Р_гп - Р_сп)/ Р_гп *100% = (UI_гп - ΔІ ²_спR)/ UI_гп *100%

Ø Трансформатор — пристрій, що застосовують для підвищення або зниження напруги змінного струму.

Найпростіший трансформатор являє собою дві котушки, намотані на загальний сталевий сердечник. Одна котушка підключається до джерела змінної напруги (ця котушка називається первинною обмоткою), а з іншої котушки (вторинної обмотки) знімають змінну напругу для подальшого її передання.

Зміну напруги трансформатором характеризує коефіцієнт трансформації.

Ø Коефіцієнт трансформації — величина, що дорівнює відношенню напруг у первинній і вторинній обмотках трансформатора:

Підвищувальний трансформатор — трансформатор, що збільшує напругу (U2 > U1). У підвищувального трансформатора кількість витків N2 у вторинній обмотці має бути більшою за кількість витків N1 у первинній обмотці, тобто k < 1.

Понижувальний трансформатор — трансформатор, що зменшує напругу (U2 < U1). У понижувального трансформатора кількість витків у вторинній обмотці має бути меншою за кількість витків у первинній обмотці, тобто k > 1.

Джон ФАУЛЗ