Частота вращения рамки в магнитном поле

Частота вращения рамки в магнитном поле

Явление электромагнитной индукции применяется в индукционных генераторах для преобразования механической энергии в электрическую энергию. Для получения электрической энергии рамка вращается в однородном магнитном поле ( = const) равномерно с угловой скоростью w = const (рисунок 26). Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S в любой момент времени t равен:

, где: – угол поворота рамки за время t. , где -длина рамки, а r – радиус вращения.

При вращении одновитковой рамки в ней будет возникать ЭДС индукции:

где — линейная скорость проводника

При ЭДС максимальна. .

— ЭДС изменяетсяпо гармоническому закону.w = 2p× , где

Рисунок 26. Вращение рамки

— частота. В России частота переменного тока равна 50 Гц.

Процесс превращения механической энергии в электрическую энергию обратим. Если в рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то возникает вращающий момент:

, где — вектор магнитного момента рамки. В результате рамка начнет вращаться и электрическая энергия превратиться в механическую энергию.

Вихревые токи (токи Фуко)

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи замыкаются в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Токи Фуко подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, индуцирующему вихревые токи. Вихревые токи вызывают нагревание проводников и торможение движения массивных металлических тел. Для уменьшения потерь на нагревание массивные металлические предметы, находящиеся в переменном магнитном поле, выполняются в виде набора из тонких металлических пластин изолированных друг от друга. Эти пластины устанавливаются так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин.

Токи Фуко применяют в индукционных печах для нагрева и плавления металлов.

Вихревые токи в проводниках направлены по правилу Ленца навстречу основному току , их вызывающему (рисунок 27).

При протекании тока высокой частоты по проводнику основной переменный ток вытесняется вихревыми токами на поверхность проводника, в результате чего плотность тока в середине проводника резко уменьшается с увеличением частоты. Это явление называется скин-эффект (поверхностный эффект).

Поэтому для токов СВЧ проводники делают полыми.

Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генераторы, принцип действия которых можно рассмотреть на примере плоской рамки, вращающейся в однородном магнитном поле

Читайте также:  Топ лучших видеокарт 2018

Предположим, что рамка вращается в однородном магнитном поле (В = const) равномерно с угловой скоростью ω = const. Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S, в любой момент времени t, согласно (11.3), равен Ф =BnS = BS cosα =BS cosωt , где α =ωt – угол поворота рамки вмомент времени t (начало отсчета выбрано так, чтобы при t = 0 α = 0). При вращении рамки в ней будет возникать переменная э.д.с. индукции

изменяющаяся со временем по гармоническому закону. При sinωt=1, Ei максимальна, т.е. Emax=BSω определяет максимальные значения, достигаемые колеблющейся эдс.

Таким образом, если в однородном магнитном поле равномерно вращается рамка, то в ней возникает переменная э.д.с., изменяющаяся по гармоническому закону

Если вращать не один виток, а N витков, соединенных последовательно, то тем самым увеличивается S (S=NS1), т.е. в N раз увеличивается снимаемое напряжение.

Процесс превращения механической энергии в электрическую обратим. Если через рамку, помещенную в магнитное поле, пропускать электрический ток, то в соответствии с (1.2) на нее будет действовать вращающий момент и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей, предназначенных для превращения электрической энергии в механическую.

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных впеременное магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Их также называют токами Фуко – по имени первого их исследователя. Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего вихревые токи. Например, если между полюсами невключенного электромагнита массивный медный маятник совершает практически незатухающие колебания, то при включении тока он испытывает сильное торможение и очень быстро останавливается. Это объясняется тем, что возникшие токи Фуко имеют такое направление, что действующие на них со стороны магнитного поля силы тормозят движение маятника. Этот факт используется для успокоения (демпфирования) подвижных частей различных приборов. Если в описанном маятнике сделать радиальные вырезы, то вихревые токи ослабляются и торможение почти отсутствует.

Читайте также:  Sgo s edu71 ru вход

Вихревые токи помимо торможения (как правило, нежелательного эффекта) вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьшения потерь на нагревание якоря генераторов и сердечники трансформаторов делают не сплошными, а изготовляют из тонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают их так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин. Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, используется в индукционных металлургических печах. Индукционная печь представляет собой тигель, помещаемый внутрь катушки, в которой пропускается ток высокой частоты. В металле возникают интенсивные вихревые токи, способные разогреть его до плавления. Такой способ позволяет плавить металлы даже в вакууме, в результате чего получаются сверхчистые материалы.

Вихревые токи возникают и в проводах, по которым течет переменный ток. Направление этих токов можно определить по правилу Ленца — направление вихревых токов таково, что они противодействуют изменению первичного тока внутри проводника и способствуют его изменению вблизи поверхности. Таким образом, вследствие возникновения вихревых токов быстропеременный ток оказывается распределенным по сечению провода неравномерно – он как бы вытесняется на поверхность проводника. Это явление получило название скин-эффекта. Так как токи высокой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми.

Если сплошные проводники нагревать токами высокой частоты, то в результате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки металлов. Меняя частоту поля, он позволяет производить закалку на любой требуемой глубине.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Правило Ленца: индукционный ток в контуре направлен всегда так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.

Возникновение ЭДС индукции при движении контура объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении проводника. При перемещении прямого проводника длиной со скоростью в магнитном поле с индукцией на проводнике наводится ЭДС индукции: , где — угол между векторами и .

Явление электромагнитной индукции применяется в индукционных генераторах для преобразования механической энергии в электрическую энергию. Для получения электрической энергии рамка вращается в однородном магнитном поле ( = const) равномерно с угловой скоростью w = const (рисунок 26). Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S в любой момент времени t равен:

Читайте также:  Роутер мтс s1010 горит желтым status

, где: – угол поворота рамки за время t. , где -длина рамки, а r – радиус вращения.

При вращении одновитковой рамки в ней будет возникать ЭДС индукции:

где — линейная скорость проводника

При ЭДС максимальна. .

— ЭДС изменяетсяпо гармоническому закону.w = 2p× , где

Рисунок 26. Вращение рамки

— частота. В России частота переменного тока равна 50 Гц.

Процесс превращения механической энергии в электрическую энергию обратим. Если в рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то возникает вращающий момент:

, где — вектор магнитного момента рамки. В результате рамка начнет вращаться и электрическая энергия превратиться в механическую энергию.

Вихревые токи (токи Фуко)

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи замыкаются в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Токи Фуко подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, индуцирующему вихревые токи. Вихревые токи вызывают нагревание проводников и торможение движения массивных металлических тел. Для уменьшения потерь на нагревание массивные металлические предметы, находящиеся в переменном магнитном поле, выполняются в виде набора из тонких металлических пластин изолированных друг от друга. Эти пластины устанавливаются так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин.

Токи Фуко применяют в индукционных печах для нагрева и плавления металлов.

Вихревые токи в проводниках направлены по правилу Ленца навстречу основному току , их вызывающему (рисунок 27).

При протекании тока высокой частоты по проводнику основной переменный ток вытесняется вихревыми токами на поверхность проводника, в результате чего плотность тока в середине проводника резко уменьшается с увеличением частоты. Это явление называется скин-эффект (поверхностный эффект).

Поэтому для токов СВЧ проводники делают полыми.

Дата добавления: 2015-07-02 ; Просмотров: 1045 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Ссылка на основную публикацию
Хороший принтер для школьника
Для ученика возможность распечатывать доклады, рефераты и иллюстрации для занятий в школе - совсем не лишняя. Школьнику в XXI веке...
Файл с расширением dav чем открыть
Файл формата DAV открывается специальными программами. Чтобы открыть данный формат, скачайте одну из предложенных программ. Чем открыть файл в формате...
Файл подкачки windows 7 на флешку
В прошлой статье рассказано, как определиться с оптимальным размером файла подкачки, что делать с SSD-дисками и как установить размер файла...
Хороший телефон с aliexpress
Обновлено 22.10.2019 На Алиэкспресс есть много разных производителей смартфонов. Даже есть такие международные бренды, как Apple. В этой подборке мы...
Adblock detector