ظاهرة تحريض التيار الكهرومغناطيسي: الجوهر الذي اكتشف
تعني كلمة "الاستقراء" باللغة الروسية عمليات الإثارة والتوجيه وخلق شيء ما. في الهندسة الكهربائية ، تم استخدام هذا المصطلح لأكثر من قرنين من الزمان.
بعد الإطلاع على منشورات عام 1821 ، التي تصف تجارب العالم الدنماركي أورستد على انحرافات الإبرة المغناطيسية بالقرب من الموصل مع صدمة كهربائية، وضع مايكل فاراداي لنفسه مهمة: تحويل المغناطيسية إلى كهرباء.
بعد 10 سنوات من البحث ، صاغ القانون الأساسي الحث الكهرومغناطيسيموضحا ذلك داخل أي دائرة مغلقة ، يتم إحداث قوة دافعة كهربائية. يتم تحديد قيمتها من خلال معدل التغيير الفيض المغناطيسييخترق الكفاف قيد النظر ، ولكن يؤخذ بعلامة ناقص.
إذاعة موجات كهرومغناطيسيةعلى مسافة
التخمين الأول الذي ظهر في دماغ العالم لم يتوج بنجاح عملي.
وضع اثنين من الموصلات المغلقة جنبًا إلى جنب. بالقرب من أحدها قمت بتثبيت إبرة مغناطيسية كمؤشر على مرور التيار ، وفي السلك الآخر قمت بتطبيق نبضة من مصدر كلفاني قوي في ذلك الوقت: عمود فولت.
افترض الباحث أنه مع وجود نبضة تيار في الدائرة الأولى ، فإن المجال المغناطيسي المتغير فيه سيؤدي إلى إحداث تيار في الموصل الثاني ، مما يؤدي إلى انحراف الإبرة المغناطيسية. لكن النتيجة كانت سلبية - لم يعمل المؤشر. أو بالأحرى ، كان يفتقر إلى الحساسية.
توقع دماغ العالم إنشاء وإرسال الموجات الكهرومغناطيسية عبر مسافة ، والتي تُستخدم الآن في البث الإذاعي والتلفزيون والتحكم اللاسلكي وتقنيات Wi-Fi والأجهزة المماثلة. لقد خذلته ببساطة قاعدة العناصر غير الكاملة لأجهزة القياس في ذلك الوقت.
توليد الطاقة
بعد تجربة غير ناجحة ، قام مايكل فاراداي بتعديل شروط التجربة.
للتجربة ، استخدم فاراداي ملفين بدوائر مغلقة. في الدائرة الأولى ، قام بتزويد تيار كهربائي من مصدر ، وفي الثانية لاحظ ظهور EMF. أدى التيار الذي يمر عبر لفات الملف رقم 1 إلى إنشاء تدفق مغناطيسي حول الملف ، مخترقًا للملف رقم 2 وتشكيل قوة دافعة كهربائية فيه.
خلال تجربة فاراداي:
- تشغيل إمداد النبض للجهد إلى الدائرة بملفات ثابتة ؛
- عندما تم تطبيق التيار ، قام بحقن الجزء العلوي في الملف السفلي ؛
- يتم تثبيت الملف رقم 1 بشكل دائم وإدخال الملف رقم 2 فيه ؛
- تغيير سرعة حركة الملفات بالنسبة لبعضها البعض.
في كل هذه الحالات ، لاحظ مظهر من مظاهر الحث emf في الملف الثاني. وفقط عند المرور التيار المباشرلم تكن هناك قوة دافعة كهربائية على الملف رقم 1 والملفات الثابتة.
قرر العالم ذلك يعتمد EMF المستحث في الملف الثاني على السرعة التي يتغير بها التدفق المغناطيسي. يتناسب مع حجمها.
يتجلى نفس النمط بشكل كامل عندما تمر حلقة مغلقة من خلالها.تحت تأثير EMF ، يتشكل تيار كهربائي في السلك.
يتغير التدفق المغناطيسي في الحالة قيد النظر في الدائرة Sk التي تم إنشاؤها بواسطة دائرة مغلقة.
بهذه الطريقة ، أتاح التطور الذي أنشأه فاراداي إمكانية وضع إطار موصل دوار في مجال مغناطيسي.
ثم تم تصنيعها من عدد كبير من المنعطفات ، مثبتة في محامل الدوران. في نهايات اللف ، تم تركيب حلقات منزلقة وفرشاة تنزلق على طولها ، وتم توصيل الحمل من خلال الخيوط الموجودة على العلبة. والنتيجة هي مولد التيار المتردد الحديث.
انتهى تصميم بسيطتم إنشاؤه عندما تم تثبيت الملف على علبة ثابتة ، وبدأ النظام المغناطيسي في الدوران. في هذه الحالة لم يتم انتهاك طريقة توليد التيارات على حساب بأي شكل من الأشكال.
مبدأ تشغيل المحركات الكهربائية
قانون الحث الكهرومغناطيسي ، الذي أكده مايكل فاراداي ، جعل من الممكن الخلق تصميمات مختلفة محركات كهربائية. لديهم جهاز مماثل مع المولدات: دوار متحرك وعضو ساكن ، يتفاعلان مع بعضهما البعض بسبب دوران الحقول الكهرومغناطيسية.
تحويل الكهرباء
حدد مايكل فاراداي حدوث قوة دافعة كهربائية مستحثة وتيار تحريضي في ملف قريب عند التغيير حقل مغناطيسيفي الملف المجاور.
يتم تحفيز التيار داخل الملف المجاور عن طريق تبديل دائرة التبديل في الملف 1 ويكون دائمًا موجودًا أثناء تشغيل المولد على الملف 3.
بناءً على هذه الخاصية ، التي تسمى الحث المتبادل ، يعتمد تشغيل جميع أجهزة المحولات الحديثة.
لتحسين مرور التدفق المغناطيسي ، فقد تم وضع لفات معزولة على قلب مشترك ، والذي لديه مقاومة مغناطيسية دنيا. وهي مصنوعة من درجات خاصة من الفولاذ وتشكل في التنضيد صفائح رقيقةفي شكل أقسام ذات شكل معين ، تسمى الدائرة المغناطيسية.
تنقل المحولات الطاقة البديلة عن طريق الحث المتبادل. حقل كهرومغناطيسيمن ملف إلى آخر بحيث يكون هناك تغيير في هذه الحالة ، وهو تحول في حجم الجهد عند طرفي الإدخال والإخراج.
تحدد نسبة عدد الدورات في اللفات نسبة التحول، وسمك السلك ، وتصميم وحجم المادة الأساسية - كمية الطاقة المنقولة ، وتيار التشغيل.
عمل المحاثات
لوحظ مظهر من مظاهر الحث الكهرومغناطيسي في الملف أثناء تغيير حجم التيار المتدفق فيه. هذه العملية تسمى الحث الذاتي.
عند تشغيل قاطع الدائرة في الرسم البياني أعلاه التعريفي الحالييعدل طبيعة الزيادة المستقيمة في تيار التشغيل في الدائرة ، وكذلك أثناء الرحلة.
عندما يتم تطبيق جهد متناوب ، وليس جهدًا ثابتًا ، على موصل جرح في ملف ، فإن القيمة الحالية التي يتم تقليلها بواسطة المقاومة الاستقرائية تتدفق عبره. تعمل طاقة الحث الذاتي على تغيير طور التيار فيما يتعلق بالجهد المطبق.
تُستخدم هذه الظاهرة في الخناقات المصممة لتقليل التيارات الكبيرة التي تحدث عندما شروط معينةتشغيل المعدات. يتم استخدام هذه الأجهزة ، على وجه الخصوص.
ميزة التصميمللدائرة المغناطيسية في المحرِّض - قطع من الصفائح ، يتم إنشاؤه لزيادة المقاومة المغناطيسية للتدفق المغناطيسي بسبب تكوين فجوة هوائية.
تستخدم الإختناقات ذات الوضع المنفصل والقابل للتعديل للدائرة المغناطيسية في العديد من الهندسة الراديوية و اجهزة كهربائية. في كثير من الأحيان يمكن العثور عليها في التصميمات محولات اللحام. إنها تقلل من حجم القوس الكهربائي الذي يمر عبر القطب إلى القيمة المثلى.
أفران الحث
تتجلى ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ليس فقط في الأسلاك والملفات ، ولكن أيضًا داخل أي أجسام معدنية ضخمة. تسمى التيارات المستحثة فيها بالتيارات الدوامة. أثناء تشغيل المحولات والاختناقات ، فإنها تسبب تسخين الدائرة المغناطيسية والهيكل بأكمله.
لمنع هذه الظاهرة ، يتم تصنيع النوى من صفائح معدنية رقيقة ومعزولة فيما بينها بطبقة من الورنيش تمنع مرور التيارات المستحثة.
في هياكل التدفئة ، لا تحد التيارات الدوامة ، ولكنها تخلق أفضل الظروف لمرورها. تستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعيلخلق درجات حرارة عالية.
أجهزة القياس الكهربائية
لا تزال فئة كبيرة من أجهزة الحث تعمل في قطاع الطاقة. عدادات كهربائية بقرص دوار من الألومنيوم ، على غرار تصميم مرحل الطاقة ، أنظمة مهدئةتعمل أدوات قياس المؤشر على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.
مولدات الغاز المغناطيسية
إذا تم ، بدلاً من الإطار المغلق ، نقل غاز موصل أو سائل أو بلازما في مجال المغناطيس ، فإن شحنات الكهرباء تحت تأثير المغناطيس خطوط القوةسينحرف في اتجاهات محددة بدقة ، مكونًا تيارًا كهربائيًا. يحفز المجال المغناطيسي الموجود على لوحات التلامس الكهربائية المركبة قوة دافعة كهربائية. تحت تأثيرها ، يتم إنشاء تيار كهربائي في الدائرة المتصلة بمولد MHD.
هذه هي الطريقة التي يتجلى بها قانون الحث الكهرومغناطيسي في مولدات MHD.
لا توجد أجزاء دوارة معقدة مثل الدوار. هذا يبسط التصميم ، ويسمح لك بزيادة درجة الحرارة بشكل كبير بيئة العملوفي نفس الوقت كفاءة توليد الطاقة. تعمل مولدات MHD كمصادر احتياطية أو طارئة قادرة على توليد تدفقات كهربائية كبيرة في فترات زمنية قصيرة.
وهكذا ، فإن قانون الحث الكهرومغناطيسي ، الذي برره مايكل فاراداي في وقت واحد ، لا يزال ذا صلة اليوم.
يشكل قانون الحث الكهرومغناطيسي أساس الهندسة الكهربائية الحديثة ، وكذلك الهندسة الراديوية ، والتي بدورها تشكل جوهر الصناعة الحديثة ، التي غيرت حضارتنا بالكامل. الاستخدام العمليبدأ الحث الكهرومغناطيسي بعد نصف قرن فقط من اكتشافه. في ذلك الوقت ، كان التقدم التكنولوجي لا يزال بطيئًا نسبيًا. السبب في أن الهندسة الكهربائية تلعب مثل هذا الدور المهم في كل حياتنا الحديثة هو أن الكهرباء هي الشكل الأكثر ملاءمة للطاقة ، وهذا على وجه التحديد بسبب قانون الحث الكهرومغناطيسي. هذا الأخير يجعل من السهل الحصول على الكهرباء من الطاقة الميكانيكية (المولدات) ، لتوزيع ونقل الطاقة (المحولات) بمرونة وتحويلها مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية (محرك كهربائي) وأنواع أخرى من الطاقة ، وكل هذا يحدث بكفاءة عالية جدًا. منذ حوالي 50 عامًا ، تم توزيع الطاقة بين الآلات في المصانع من خلال نظام معقدمهاوي ومحركات الحزام - كانت غابة الإرسال التفاصيل المميزة"الداخلية" الصناعية في ذلك الوقت. تم تجهيز الأدوات الآلية الحديثة بمحركات كهربائية مدمجة يتم تغذيتها من خلال نظام أسلاك كهربائية مخفي.
استخدامات الصناعة الحديثة نظام واحدإمدادات الكهرباء ، تغطي الدولة بأكملها ، وأحيانًا عدة دول مجاورة.
يبدأ نظام إمداد الطاقة بمولد طاقة. يعتمد تشغيل المولد على الاستخدام المباشر لقانون الحث الكهرومغناطيسي. تخطيطيا أبسط مولدإنه مغناطيس كهربائي ثابت (الجزء الثابت) ، في مجاله يدور ملف (دوار). تتم إزالة التيار المتردد المتحمس في لف الدوار بمساعدة جهات اتصال خاصة متحركة - فرش. نظرًا لأنه من الصعب تمرير طاقة كبيرة من خلال جهات الاتصال المتحركة ، فغالبًا ما يتم استخدام دائرة مولد معكوسة: يثير مغناطيس كهربائي دوار التيار في اللفات الثابتة للجزء الثابت. وهكذا ، يحول المولد الطاقة الميكانيكية لدوران الدوار إلى كهرباء. يتم تشغيل الأخير إما عن طريق الطاقة الحرارية (التوربينات البخارية أو الغازية) أو الطاقة الميكانيكية (التوربينات المائية).
في الطرف الآخر من نظام الإمداد بالطاقة مختلفة الآليات التنفيذيةالتي تستخدم الكهرباء وأهمها محرك كهربائي (محرك كهربائي). الأكثر شيوعًا ، نظرًا لبساطته ، هو ما يسمى بالمحرك غير المتزامن ، الذي تم اختراعه بشكل مستقل في 1885-1887. هتال الفيزيائي فيراريس والمهندس الكرواتي الشهير تسلا (الولايات المتحدة الأمريكية). الجزء الثابت لهذا المحرك هو مغناطيس كهربائي معقد يخلق مجالًا دوارًا. يتم تحقيق دوران المجال باستخدام نظام من اللفات يتم فيه إزاحة التيارات طورًا. في أبسط الحالات ، يكفي أن نأخذ تراكبًا من حقلين في اتجاهات متعامدة ، يتم تغييرهما في الطور بمقدار 90 درجة (الشكل VI.10).
يمكن كتابة هذا الحقل كتعبير معقد:
الذي يمثل متجهًا ثنائي الأبعاد بطول ثابت ، يدور عكس اتجاه عقارب الساعة بتردد o. على الرغم من أن الصيغة (53.1) تشبه التمثيل المعقد للتيار المتردد في الفقرة 52 ، إلا أنها المعنى الماديمختلف. في حالة التيار المتردد ، فقط الجزء الحقيقي من التعبير المعقد له قيمة حقيقية ، ولكن هنا تمثل القيمة المعقدة متجهًا ثنائي الأبعاد ، ومرحلته ليست فقط مرحلة تذبذبات المكونات مجال متغير، ولكنه يميز أيضًا اتجاه متجه المجال (انظر الشكل VI.10).
في الهندسة ، من الشائع استخدام المزيد إلى حد ما مخطط معقددوران المجال باستخدام ما يسمى بالتيار ثلاثي الطور ، أي ثلاثة تيارات ، يتم إزاحة أطوارها بمقدار 120 درجة بالنسبة لبعضها البعض. تخلق هذه التيارات حقلاً مغناطيسيًا في ثلاثة اتجاهات ، يدور أحدهما بالنسبة للآخر بزاوية 120 درجة (الشكل VI.11). لاحظ أنه يتم الحصول على مثل هذا التيار ثلاثي الطور تلقائيًا في المولدات بترتيب اللفات المماثل. تلقى استخدام واسعتم اختراع تيار ثلاثي الطور
أرز. سادسا 10. مخطط للحصول على مجال مغناطيسي دوار.
أرز. سادسا 11. مخطط محرك غير متزامن. من أجل التبسيط ، يظهر الدوار كملف واحد.
في عام 1888 من قبل المهندس الكهربائي الروسي المتميز Dolivo-Dobrovolsky ، الذي بنى في ألمانيا على هذا الأساس أول خط طاقة تقني في العالم.
يتكون الملف الدوار للمحرك التعريفي في أبسط حالة من المنعطفات ذات الدائرة القصيرة. يحث المجال المغناطيسي المتناوب تيارًا في الملفات ، مما يؤدي إلى دوران الجزء المتحرك في نفس اتجاه المجال المغناطيسي. وفقًا لقاعدة لينز ، فإن الدوار يميل إلى "اللحاق" بالمجال المغناطيسي الدوار. بالنسبة لمحرك محمل ، تكون سرعة الجزء المتحرك دائمًا أقل من المجال ، وإلا سيتحول الحث EMF والتيار في الجزء المتحرك إلى الصفر. ومن هنا الاسم - محرك غير متزامن.
المهمة 1. أوجد سرعة دوران دوار المحرك التعريفي حسب الحمولة.
معادلة التيار في دورة واحدة للدوار لها الشكل
حيث - السرعة الزاوية لانزلاق المجال بالنسبة إلى الدوار ، يميز اتجاه الملف بالنسبة إلى المجال ، موقع الملف في الدوار (الشكل VI.12 ، أ). بالانتقال إلى الكميات المعقدة (انظر الفقرة 52) ، نحصل على الحل (53.2)
عزم الدوران الذي يعمل على ملف في نفس المجال المغناطيسي هو
أرز. VI.12. لمشكلة محرك غير متزامن. أ - دوران لف الدوار في مجال "منزلق" ؛ ب - الحمولة المميزة للمحرك.
عادة ما يحتوي الملف الدوار رقم ضخمالمنعطفات المتباعدة بشكل متساوٍ ، بحيث يمكن استبدال التجميع الذي يزيد عن 9 بالتكامل ، مما ينتج عنه عزم الدوران الكلي على عمود المحرك
أين هو عدد لفات الدوار. يظهر الرسم البياني التبعية في الشكل. VI.12 ، ب. يتوافق الحد الأقصى لعزم الدوران مع تردد الانزلاق لاحظ أن المقاومة الأومية للعضو الدوار تؤثر فقط على تردد الانزلاق ، وليس أقصى عزم دوران للمحرك. تردد الانزلاق السالب (العضو الدوار "يتخطى" المجال) يتوافق مع وضع المولد. للحفاظ على هذا الوضع ، من الضروري إنفاق الطاقة الخارجية ، والتي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية في لفات الجزء الثابت.
بالنسبة لعزم دوران معين ، يكون تردد الانزلاق غامضًا ، لكن الوضع فقط هو المستقر
العنصر الرئيسي لأنظمة تحويل ونقل الكهرباء هو المحول الذي يغير جهد التيار المتردد. لنقل الكهرباء لمسافات طويلة ، من المفيد استخدام أقصى جهد ممكن ، يقتصر فقط على انهيار العزل. في الوقت الحاضر ، تعمل خطوط النقل بجهد يبلغ حوالي بالنسبة لقوة مرسلة معينة ، يتناسب التيار في الخط عكسًا مع الجهد ، وتنخفض الخسائر في الخط إلى مربع الجهد. من ناحية أخرى ، هناك حاجة إلى جهد أقل بكثير لتزويد مستهلكي الكهرباء بالطاقة ، وذلك لأسباب تتعلق بالبساطة في التصميم (العزل) ، فضلاً عن السلامة. ومن هنا تأتي الحاجة إلى تحويل الجهد.
عادة ما يتكون المحول من ملفين على لب حديد مشترك (الشكل السادس .13). هناك حاجة إلى قلب حديدي في المحولات لتقليل التدفق الشارد وبالتالي ربط تدفق أفضل بين اللفات. نظرًا لأن الحديد هو أيضًا موصل ، فإنه يمر بمتغير
أرز. الإصدار 1.13. رسم تخطيطي لمحول التيار المتردد.
أرز. VI.14. مخطط حزام روغوفسكي. يُظهر الخط المتقطع بشكل مشروط مسار التكامل.
المجال المغناطيسي فقط لعمق ضحل (انظر الفقرة 87). لذلك ، يجب أن تكون نوى المحولات مغلفة ، أي على شكل مجموعة من الصفائح الرقيقة المعزولة كهربائياً عن بعضها البعض. بالنسبة لتردد طاقة يبلغ 50 هرتز ، يكون سمك اللوحة المعتاد 0.5 مم. بالنسبة للمحولات ذات الترددات العالية (في هندسة الراديو) ، يجب عليك استخدام ألواح رفيعة جدًا (مم) أو نوى من الفريت.
المهمة 2. ما هو الجهد الكهربائي الذي يجب عزل الألواح الأساسية للمحول؟
إذا كان عدد الصفائح في القلب والجهد لكل دورة لف المحول ، فإن الجهد بين الألواح المجاورة
في أبسط حالة لعدم وجود تدفق مبعثر ، تتناسب نسبة EMF في كلا الملفين مع عدد دوراتهم ، حيث يتم تحديد EMF الحثي لكل دورة بنفس التدفق في القلب. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت الخسائر في المحول صغيرة ، وكانت مقاومة الحمل كبيرة ، فمن الواضح أن نسبة الفولتية على اللفات الأولية والثانوية تتناسب أيضًا. هذا هو مبدأ تشغيل المحول ، مما يجعل من السهل تغيير الجهد عدة مرات.
المهمة 3. أوجد نسبة تحويل الجهد لحمل تعسفي.
إهمال الخسائر في المحول والتسرب (المحول المثالي) ، نكتب معادلة التيارات في اللفات بالشكل (بوحدات SI)
أين هي مقاومة الحمل المعقدة (انظر الفقرة 52) ويستخدم التعبير (51.2) لتحريض EMF لدائرة معقدة. بمساعدة العلاقة (51.6) ؛ يمكنك إيجاد نسبة تحويل الجهد دون حل المعادلات (53.6) ، ولكن ببساطة عن طريق قسمة كل منهما على الآخر:
تبين أن نسبة التحويل متساوية ، وبالتالي ، ببساطة إلى نسبة عدد الدورات عند أي حمل. تعتمد العلامة على اختيار بداية ونهاية اللفات.
لإيجاد نسبة التحويل الحالية ، تحتاج إلى حل النظام (53.7) ، ونتيجة لذلك نحصل على
في الحالة العامة ، يتبين أن المعامل هو قيمة معقدة ، أي يظهر تحول طور بين التيارات في اللفات. من اهتمام حالة خاصةحمولة صغيرة ، أي أن نسبة التيارات تصبح معكوسة لنسبة الفولتية.
يمكن استخدام وضع المحول هذا لقياس التيارات العالية (محول التيار). اتضح أن نفس التحول البسيط للتيارات يتم الحفاظ عليه أيضًا من أجل اعتماد تعسفي للتيار في الوقت المناسب بتصميم خاص للمحول الحالي. في هذه الحالة ، يطلق عليه ملف Rogowski (الشكل VI.14) وهو ملف لولبي مغلق مرن ذو شكل تعسفي مع لف منتظم. يعتمد تشغيل الحزام على قانون الحفاظ على دوران المجال المغناطيسي (انظر الفقرة 33): حيث يتم التكامل على طول الكفاف داخل الحزام (انظر الشكل VI.14) ، يكون إجمالي التيار المقيس المغطى من الحزام. بافتراض أن الأبعاد العرضية للحزام صغيرة بدرجة كافية ، يمكننا كتابة emf الحثي المستحث على الحزام على النحو التالي:
أين هو المقطع العرضي للحزام ، أ هي كثافة اللف ، يفترض أن تكون كلتا القيمتين ثابتتين على طول الحزام ؛ داخل الحزام إذا كانت كثافة لف الحزام ومقطعه العرضي 50 ثابتة بطول الطول (53.9).
تحويل بسيط الجهد الكهربائيممكن فقط للتيار المتردد. وهذا ما يحدد دورها الحاسم في الصناعة الحديثة. في الحالات التي تتطلب التيار المباشر ، تنشأ صعوبات كبيرة. على سبيل المثال ، في خطوط نقل الطاقة الطويلة جدًا ، يوفر استخدام التيار المباشر مزايا مهمة: فقدان الحرارة، لأنه لا يوجد تأثير جلدي (انظر الفقرة 87) ولا يوجد رنين
(موجة) عابرة عند تشغيل - إيقاف تشغيل خط النقل ، الذي يكون طوله من أجل الطول الموجي للتيار المتردد (6000 كم للتردد الصناعي 50 هرتز). تكمن الصعوبة في تصحيح التيار المتردد عالي الجهد في أحد طرفي خط النقل وعكسه في الطرف الآخر.
بعد اكتشافات Oersted و Ampère ، أصبح من الواضح أن للكهرباء قوة مغناطيسية. الآن كان من الضروري تأكيد تأثير الظواهر المغناطيسية على الظواهر الكهربائية. تم حل هذه المشكلة ببراعة من قبل فاراداي.
في عام 1821 ، قدم إم. فاراداي مدخلاً في مذكراته: "حوّل المغناطيسية إلى كهرباء". بعد 10 سنوات ، تم حل هذه المشكلة من قبله.
لذلك ، مايكل فاراداي (1791-1867) - فيزيائي وكيميائي إنجليزي.
أحد مؤسسي الكيمياء الكهربائية الكمية. تم استلامها لأول مرة (1823) في الحالة السائلةالكلور ثم كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والأمونيا وثاني أكسيد النيتروجين. اكتشف (1825) بنزيناً ودراسته الفيزيائية وبعضها الخواص الكيميائية. قدم مفهوم السماحية العازلة. دخل اسم فاراداي إلى نظام الوحدات الكهربائية كوحدة من السعة الكهربائية.
يمكن للعديد من هذه الأعمال ، في حد ذاتها ، تخليد اسم مؤلفها. لكن الأهم من أعمال علميةفاراداي هي أبحاثه في مجال الكهرومغناطيسية والحث الكهربائي. بالمعنى الدقيق للكلمة ، فرع مهم من الفيزياء يعالج ظواهر الكهرومغناطيسية و الكهرباء التعريفي، والتي تعتبر حاليًا ذات أهمية كبيرة للتكنولوجيا ، تم إنشاؤها بواسطة Faraday من لا شيء.
عندما كرس فاراداي نفسه أخيرًا للبحث في مجال الكهرباء ، وجد ذلك مع الظروف العاديةإن وجود جسم مكهرب كافٍ لتأثيره على إثارة الكهرباء في كل جسم آخر.
في الوقت نفسه ، كان معروفًا أن السلك الذي يمر من خلاله التيار والذي يعد أيضًا جسمًا مكهربًا ليس له أي تأثير على الأسلاك الأخرى الموضوعة في مكان قريب. ما سبب هذا الاستثناء؟ هذا هو السؤال الذي يهم فاراداي والحل الذي قاده إلى أهم الاكتشافات في مجال الكهرباء الحثية.
قام فاراداي بلف سلكين معزولين متوازيين مع بعضهما البعض على نفس دبوس التدحرج الخشبي. قام بتوصيل أطراف أحد الأسلاك ببطارية من عشرة عناصر ، ونهايات السلك الآخر بجلفانومتر حساس. عندما تم تمرير التيار عبر السلك الأول ، وجه فاراداي كل انتباهه إلى الجلفانومتر ، متوقعًا أن يلاحظ من اهتزازاته ظهور تيار في السلك الثاني. ومع ذلك ، لم يكن هناك شيء من هذا القبيل: ظل الجلفانومتر هادئًا. قرر فاراداي زيادة التيار وأدخل 120 خلية كلفانية في الدائرة. النتيجة هي نفسها. كرر فاراداي هذه التجربة عشرات المرات ، وكلها بنفس النجاح. كان أي شخص آخر في مكانه قد ترك التجربة ، مقتنعًا بأن التيار المار عبر السلك ليس له أي تأثير على السلك المجاور. لكن فاراداي حاول دائمًا أن يستخلص من تجاربه وملاحظاته كل ما يمكن أن يقدموه ، وبالتالي ، بعد أن لم يتلق تأثيرًا مباشرًا على السلك المتصل بالجلفانومتر ، بدأ في البحث عن الآثار الجانبية.
الحث الكهرومغناطيسي مجال التيار الكهربائي
لاحظ على الفور أن الجلفانومتر ، الذي ظل هادئًا تمامًا أثناء مرور التيار بالكامل ، بدأ في التأرجح عند إغلاق الدائرة ، وعندما تم فتحه ، اتضح أنه في الوقت الذي تم فيه تمرير التيار إلى الأول السلك ، وأيضًا عند توقف هذا الإرسال ، أثناء السلك الثاني يكون متحمسًا أيضًا بتيار ، يكون في الحالة الأولى له الاتجاه المعاكس للتيار الأول وهو نفسه في الحالة الثانية ويستمر لحظة واحدة فقط.
كونها لحظية ، وتختفي على الفور بعد ظهورها ، فلن يكون للتيارات الاستقرائية قيمة عملية، إذا لم يجد فاراداي طريقة ، بمساعدة جهاز بارع (مفتاح) ، للمقاطعة باستمرار وتوصيل التيار الأساسي القادم من البطارية على طول السلك الأول ، مما يؤدي إلى إثارة المزيد والمزيد من التيارات الحثية باستمرار في السلك الثاني ، وبالتالي يصبح ثابتًا. لذلك تم العثور على مصدر جديد طاقة كهربائية، بالإضافة إلى العمليات المعروفة سابقًا (الاحتكاك والعمليات الكيميائية) ، - الحث ، و النوع الجديدمن هذه الطاقة هي الكهرباء التعريفي.
الحث الكهرومغناطيسي(اللات. الحث - التوجيه) - ظاهرة توليد الدوامة الحقل الكهربائيبالتناوب المجال المغناطيسي. إذا أدخلت موصلًا مغلقًا في مجال مغناطيسي متناوب ، فسيظهر تيار كهربائي فيه. يُطلق على ظهور هذا التيار اسم الحث الحالي ، ويسمى التيار نفسه حثيًا.
خودولي أندري وخنيكوف إيغور
التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.
تحميل:
معاينة:
لاستخدام معاينة العروض التقديمية ، قم بإنشاء حساب لنفسك ( حساب) Google وقم بتسجيل الدخول: https://accounts.google.com
شرح الشرائح:
الحث الكهرومغناطيسي في التقنية الحديثةيؤديها طلاب الصف الحادي عشر "أ" MOUSOSH رقم 2 لمدينة سوفوروف خنيكوف إيغور ، خودولي أندري
تم اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في 29 أغسطس 1831 بواسطة مايكل فاراداي. تتمثل ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في حدوث تيار كهربائي في دائرة موصلة ، والتي تقع إما في مجال مغناطيسي يتغير بمرور الوقت ، أو تتحرك في مجال مغناطيسي ثابت بحيث يخترق عدد خطوط الحث المغناطيسي تغييرات الدائرة.
إن المجالات الكهرومغناطيسية للحث الكهرومغناطيسي في دائرة مغلقة متساوية عدديًا ومعاكسة لمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده هذه الدائرة. يعتبر اتجاه تيار الحث (بالإضافة إلى حجم EMF) موجبًا إذا تزامن مع الاتجاه المحدد لتجاوز الدائرة.
تجربة فاراداي يتم إدخال مغناطيس دائم أو إزالته من ملف متصل بجلفانومتر. عندما يتحرك المغناطيس في الدائرة ، ينشأ تيار كهربائي.في غضون شهر واحد ، اكتشف فاراداي تجريبيًا جميع السمات الأساسية لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. في الوقت الحاضر ، يمكن لأي شخص إجراء تجارب فاراداي.
المصادر الرئيسية للمجال الكهرومغناطيسي المصادر الرئيسية للمجال الكهرومغناطيسي هي: خطوط الكهرباء. الأسلاك (داخل المباني والهياكل). الأجهزة الكهربائية المنزلية. حواسيب شخصية. محطات البث التلفزيوني والراديوي. الاتصالات الساتلية والخلوية (أجهزة ، مكررات). النقل الكهربائي. منشآت الرادار.
خطوط الطاقة تخلق أسلاك خط الطاقة العامل مجالًا كهرومغناطيسيًا للتردد الصناعي (50 هرتز) في الفضاء المجاور (على مسافات تصل إلى عشرات الأمتار من السلك). علاوة على ذلك ، يمكن أن تختلف شدة المجال بالقرب من الخط على نطاق واسع ، اعتمادًا على حملها الكهربائي. في الواقع ، يتم إنشاء حدود منطقة الحماية الصحية على طول خط الحدود الأبعد عن الأسلاك ذات شدة المجال الكهربائي القصوى ، والتي تساوي 1 كيلو فولت / م.
الأسلاك الكهربائية تشمل الأسلاك الكهربائية: كابلات الطاقة لأنظمة دعم الحياة في المباني ، وأسلاك توزيع الطاقة ، بالإضافة إلى اللوحات المتفرعة وصناديق الطاقة والمحولات. الأسلاك الكهربائية هي المصدر الرئيسي للمجال الكهرومغناطيسي للتردد الصناعي في المباني السكنية. في هذه الحالة ، غالبًا ما يكون مستوى شدة المجال الكهربائي المنبعث من المصدر منخفضًا نسبيًا (لا يتجاوز 500 فولت / م).
الأجهزة الكهربائية المنزلية مصادر المجالات الكهرومغناطيسية هي جميع الأجهزة المنزلية التي تعمل باستخدام التيار الكهربائي. في الوقت نفسه ، يختلف مستوى الإشعاع على أوسع نطاق ، اعتمادًا على الطراز وجهاز الجهاز ووضع التشغيل المحدد. أيضًا ، يعتمد مستوى الإشعاع بشدة على استهلاك الطاقة للجهاز - فكلما زادت الطاقة ، ارتفع مستوى المجال الكهرومغناطيسي أثناء تشغيل الجهاز. لا تتجاوز شدة المجال الكهربائي بالقرب من الأجهزة المنزلية عشرات V / م.
أجهزة الكمبيوتر الشخصية المصدر الأساسي للتأثيرات الصحية الضارة لمستخدم الكمبيوتر هو جهاز عرض الشاشة (VOD). بالإضافة إلى الشاشة و كتلة النظامقد يشتمل الكمبيوتر الشخصي أيضًا على عدد كبير من الأجهزة الأخرى (مثل الطابعات والماسحات الضوئية ، مرشحات الشبكةوما إلى ذلك وهلم جرا.). كل هذه الأجهزة تعمل باستخدام التيار الكهربائي مما يعني أنها مصادر لمجال كهرومغناطيسي.
يحتوي المجال الكهرومغناطيسي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية على تكوين موجي وطيفي أكثر تعقيدًا ويصعب قياسه وقياسه. يحتوي على مكونات مغناطيسية وإلكتروستاتيكية وإشعاعية (على وجه الخصوص ، يمكن أن تتراوح القدرة الكهروستاتيكية لشخص يجلس أمام الشاشة من -3 إلى +5 فولت). نظرًا لشرط استخدام أجهزة الكمبيوتر الشخصية الآن بنشاط في جميع الصناعات النشاط البشري، فإن تأثيرها على صحة الإنسان يخضع لدراسة ومراقبة دقيقة
محطات البث التلفزيوني والإذاعي يوجد حاليًا عدد كبير من محطات ومراكز البث الإذاعي على أراضي روسيا. مختلف الملحقات. تقع محطات ومراكز الإرسال في مناطق مخصصة لها ويمكن أن تشغل مكانًا هادئًا مناطق واسعة(تصل إلى 1000 هكتار). من خلال هيكلها ، فإنها تشمل واحدًا أو أكثر من المباني التقنية ، حيث توجد أجهزة الإرسال اللاسلكي ، ومجالات الهوائي ، التي يوجد عليها ما يصل إلى عشرات من أنظمة تغذية الهوائي (AFS). يشتمل كل نظام على هوائي مشع وخط تغذية يجلب إشارة البث.
الاتصالات الساتلية تتكون أنظمة الاتصالات الساتلية من محطة إرسال على الأرض وأقمار صناعية - مكررات في المدار. تبعث محطات الاتصالات الساتلية المرسلة حزمة موجية ضيقة التوجيه ، حيث تصل كثافة تدفق الطاقة إلى مئات W / m. تخلق أنظمة الاتصالات الساتلية شدة مجال كهرومغناطيسية عالية على مسافات كبيرة من الهوائيات. على سبيل المثال ، محطة بقوة 225 كيلوواط ، تعمل بتردد 2.38 جيجاهرتز ، تخلق كثافة تدفق طاقة تبلغ 2.8 واط / م 2 على مسافة 100 كم. يكون تشتت الطاقة بالنسبة للحزمة الرئيسية صغيرًا جدًا ويحدث بشكل خاص في منطقة الموضع المباشر للهوائي.
الاتصالات الخلوية تعد المهاتفة الراديوية الخلوية اليوم واحدة من أكثر أنظمة الاتصالات تطوراً بشكل مكثف. العناصر الرئيسية للنظام الاتصال الخلويهي المحطات القاعدية والهواتف الراديوية المتنقلة. تحافظ المحطات القاعدية على اتصالات لاسلكية مع الأجهزة المحمولة ، ونتيجة لذلك فهي مصادر للمجال الكهرومغناطيسي. يستخدم النظام مبدأ تقسيم منطقة التغطية إلى مناطق ، أو ما يسمى بـ "الخلايا" ، بنصف قطر كيلومتر.
يتم تحديد شدة إشعاع المحطة الأساسية من خلال الحمل ، أي وجود المالكين هاتف خليويفي منطقة الخدمة لمحطة أساسية معينة ورغبتهم في استخدام الهاتف لإجراء محادثة ، والتي تعتمد بدورها بشكل أساسي على الوقت من اليوم وموقع المحطة واليوم من الأسبوع وعوامل أخرى . في الليل ، يكون تحميل المحطات صفرًا تقريبًا. تعتمد كثافة إشعاع الأجهزة المحمولة إلى حد كبير على حالة قناة الاتصال "الهاتف الراديوي المتنقل - المحطة الأساسية" (كلما زادت المسافة من المحطة الأساسية ، زادت كثافة إشعاع الجهاز).
النقل الكهربائي النقل الكهربائي (ترولي باصات ، ترام ، قطارات مترو الأنفاق ، إلخ) مصدر قوي للمجال الكهرومغناطيسي في نطاق التردد هرتز. في الوقت نفسه ، في الغالبية العظمى من الحالات ، يعمل محرك الجر الكهربائي كباعث رئيسي (بالنسبة لحافلات الترولي وعربات الترام ، تتنافس مجمعات التيار الهوائي مع المحرك الكهربائي من حيث قوة المجال الكهربائي المشع).
تركيبات الرادار عادة ما تحتوي تركيبات الرادار والرادار على هوائيات من النوع العاكس ("أطباق") وتنبعث منها حزمة راديوية ضيقة التوجيه. تؤدي الحركة الدورية للهوائي في الفضاء إلى انقطاع الإشعاع المكاني. هناك أيضًا انقطاع مؤقت للإشعاع بسبب التشغيل الدوري للرادار للإشعاع. تعمل بترددات من 500 ميجاهرتز إلى 15 جيجاهرتز ، لكن بعض التركيبات الخاصة يمكن أن تعمل بترددات تصل إلى 100 جيجاهرتز أو أكثر. نظرًا للطبيعة الخاصة للإشعاع ، يمكنهم إنشاء مناطق ذات كثافة تدفق عالية للطاقة (100 واط / م 2 أو أكثر) على الأرض.
أجهزة الكشف عن المعادن من الناحية التكنولوجية ، يعتمد مبدأ تشغيل جهاز الكشف عن المعادن على ظاهرة تسجيل مجال كهرومغناطيسي يتم إنشاؤه حول أي جسم معدني عند وضعه في مجال كهرومغناطيسي. يختلف هذا المجال الكهرومغناطيسي الثانوي من حيث الشدة (شدة المجال) وفي المعلمات الأخرى. تعتمد هذه المعلمات على حجم الجسم وموصليته (يتمتع الذهب والفضة بموصلية أفضل بكثير من ، على سبيل المثال ، الرصاص) وبالطبع على المسافة بين هوائي كاشف المعادن والجسم نفسه (عمق التواجد).
حددت التقنية المذكورة أعلاه تكوين جهاز الكشف عن المعادن: يتكون من أربع كتل رئيسية: هوائي (أحيانًا يكون الهوائي الباعث والاستقبال مختلفًا ، وأحيانًا يكونان نفس الهوائي) ، ووحدة معالجة إلكترونية ، ووحدة إخراج معلومات (بصرية) - شاشة LCD أو مؤشر السهم والصوت - مكبر الصوت أو مقبس سماعة الرأس) ومصدر الطاقة.
أجهزة الكشف عن المعادن هي: تفتيش البحث لأغراض البناء
بحث تم تصميم جهاز الكشف عن المعادن هذا للبحث عن جميع أنواع الأجسام المعدنية. كقاعدة عامة ، هذه هي الأكبر من حيث الحجم والتكلفة وبالطبع من حيث وظائف النموذج. هذا يرجع إلى حقيقة أنك في بعض الأحيان تحتاج إلى العثور على أشياء على عمق يصل إلى عدة أمتار في سمك الأرض. الهوائي القوي قادر على توليد مستوى عالٍ من المجال الكهرومغناطيسي واكتشاف حتى أدنى التيارات على أعماق كبيرة بحساسية عالية. على سبيل المثال ، يكتشف جهاز البحث عن المعادن عملة معدنية على عمق 2-3 أمتار في الأرض ، والتي قد تحتوي حتى على مركبات جيولوجية حديدية.
كاميرات التفتيش المستخدمة من قبل الخدمات الخاصة وضباط الجمارك وضباط الأمن من مختلف المنظمات للبحث عن الأجسام المعدنية (الأسلحة ، المعادن الثمينة، أسلاك عبوات ناسفة ، إلخ) مخبأة على جسم الإنسان وفي ملابسه. تتميز أجهزة الكشف عن المعادن هذه بالاكتناز ، وسهولة الاستخدام ، ووجود أوضاع مثل الاهتزاز الصامت للمقبض (بحيث لا يعرف الشخص الذي تم البحث عنه أن ضابط البحث قد عثر على شيء ما). يصل مدى (عمق) الكشف عن عملة الروبل في أجهزة الكشف عن المعادن هذه إلى 10-15 سم.
تستخدم أيضًا على نطاق واسع أجهزة الكشف عن المعادن المقوسة ، والتي تشبه ظاهريًا القوس وتتطلب مرور شخص من خلاله. معهم الجدران العموديةوضعت هوائيات فائقة الحساسية تكتشف الأشياء المعدنيةعلى جميع مستويات النمو البشري. يتم تثبيتها عادة أمام أماكن الترفيه الثقافي ، في البنوك والمؤسسات ، إلخ. الميزة الأساسيةأجهزة الكشف عن المعادن المقوسة - حساسية عالية (قابلة للتعديل) وسرعة عالية لمعالجة تدفق الأشخاص.
لأغراض البناء ، تساعد هذه الفئة من أجهزة الكشف عن المعادن ، بمساعدة الإنذارات الصوتية والضوئية ، البناة في العثور على الأنابيب المعدنية والعناصر الهيكلية أو محركات الأقراص الموجودة في سماكة الجدران وخلف الحواجز والألواح الزائفة. غالبًا ما يتم دمج بعض أجهزة الكشف عن المعادن لأغراض البناء في جهاز واحد مع أجهزة الكشف البناء الخشبي، كاشفات الجهد على الأسلاك الحاملة للتيار ، كاشفات التسرب ، إلخ.
نحن نعلم بالفعل أن التيار الكهربائي ، الذي يتحرك عبر موصل ، يخلق مجالًا مغناطيسيًا حوله. بناءً على هذه الظاهرة ، اخترع الإنسان مجموعة متنوعة من المغناطيسات الكهربائية ويستخدمها على نطاق واسع. لكن السؤال الذي يطرح نفسه: إذا كانت الشحنات الكهربائية ، تتحرك ، تسبب ظهور مجال مغناطيسي ، لكن ألا تعمل والعكس صحيح؟
بمعنى ، هل يمكن أن يتسبب المجال المغناطيسي في تدفق تيار كهربائي في موصل؟ في عام 1831 ، اكتشف مايكل فاراداي أنه في دائرة كهربائية موصلة مغلقة ، عندما يتغير مجال مغناطيسي ، ينشأ تيار كهربائي. كان هذا التيار يسمى تيار الحث ، وظاهرة ظهور تيار في دائرة موصلة مغلقة مع تغير المجال المغناطيسي الذي يخترق هذه الدائرة تسمى الحث الكهرومغناطيسي.
ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي
يتكون الاسم "الكهرومغناطيسي" نفسه من جزأين: "كهربائي" و "مغناطيسي". ترتبط الظواهر الكهربائية والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض. وإذا كانت الشحنات الكهربائية تتحرك وتغير المجال المغناطيسي من حولها ، فإن المجال المغناطيسي ، المتغير ، إن شاءًا ، يجعل الشحنات الكهربائية تتحرك ، وتشكل تيارًا كهربائيًا.
في هذه الحالة ، فإن المجال المغناطيسي المتغير هو الذي يسبب حدوث تيار كهربائي. لن يتسبب المجال المغناطيسي الدائم في الحركة الشحنات الكهربائية، وبالتالي ، لا يتم تشكيل تيار الحث. دراسة أكثر تفصيلاً لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي واشتقاق الصيغ وقانون الحث الكهرومغناطيسي يشير إلى مسار الصف التاسع.
تطبيق الحث الكهرومغناطيسي
في هذا المقال سنتحدث عن استخدام الحث الكهرومغناطيسي. يعتمد تشغيل العديد من المحركات والمولدات الحالية على استخدام قوانين الحث الكهرومغناطيسي. مبدأ عملهم سهل الفهم.
يمكن أن يحدث تغيير في المجال المغناطيسي ، على سبيل المثال ، عن طريق تحريك المغناطيس. لذلك ، إذا تم تحريك المغناطيس داخل دائرة مغلقة بواسطة تأثير طرف ثالث ، فسيظهر تيار في هذه الدائرة. حتى تتمكن من إنشاء مولد التيار.
على العكس من ذلك ، إذا تم تمرير تيار من مصدر خارجي عبر الدائرة ، فإن المغناطيس داخل الدائرة سيبدأ في التحرك تحت تأثير المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الكهربائي. بهذه الطريقة ، يمكن تركيب محرك كهربائي.
تقوم المولدات الحالية الموصوفة أعلاه بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية في محطات توليد الطاقة. الطاقة الميكانيكية هي طاقة الفحم ، ديزلوالرياح والمياه وهلم جرا. يتم توفير الكهرباء عن طريق الأسلاك للمستهلكين وهناك يتم تحويلها مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية في المحركات الكهربائية.
تعتمد المحركات الكهربائية للمكانس الكهربائية ومجففات الشعر والخلاطات والمبردات ومفرمات اللحوم الكهربائية والعديد من الأجهزة الأخرى التي نستخدمها يوميًا على استخدام الحث الكهرومغناطيسي والقوى المغناطيسية. لا داعي للحديث عن استخدام نفس هذه الظواهر في الصناعة فمن الواضح أنها منتشرة في كل مكان.
