Mellemliggende elektromagnetisme og elektromagnetisk induktion

UFO CONGRESS Czechien - ILona Podhrázská CC.Subtitl. 1996 (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Mellemliggende elektromagnetisme og elektromagnetisk induktion

DC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Når en elektrisk strøm passerer gennem en spole, skaber den et magnetfelt. Hvis størrelsen af ​​denne strøm ændres over tid, så vil styrken af ​​magnetfeltet.

Vi ved også, at en magnetfeltflux, der ændrer sig over tid, vil fremkalde en spænding langs længden af ​​en trådspole. Forklar, hvordan de komplementære principper for elektromagnetisme og elektromagnetisk induktion manifesterer sig samtidigt i samme trådspole for at frembringe selvudvikling .

Forklar også, hvordan Lenz's lov vedrører polariteten af ​​spiralens selvinduserede spænding.

Reveal svar Skjul svar

En skiftende strøm gennem en spole giver et spændingsfald, der modsætter sig retningen for forandring.

Bemærkninger:

Selvudvikling er ikke et vanskeligt begreb at forstå, hvis man allerede har en god forståelse af elektromagnetisme, elektromagnetisk induktion og Lenzs lov. Nogle elever kan kæmpe med at forstå selvinddrivelse, fordi det nok er den første ansøgning, de har set, hvor disse tre fænomener indbyrdes forbinder.

Spørgsmål 2


∫f (x) dx Calculus alarm!


I et simpelt modstandskredsløb kan strømmen beregnes ved at dividere anvendt spænding ved modstand:

Selvom en analyse af dette kredsløb sandsynligvis virker trivial for dig, vil jeg gerne opfordre dig til at se på, hvad der sker her fra et nyt perspektiv. Et vigtigt princip observeret mange gange i studiet af fysik er ligevægtsbalancen, hvor mængderne naturligt "søger" en tilstand af balance. Den balance, der søges ved dette enkle kredsløb, er lige spænding: spændingen over modstanden skal afregne med samme værdi som spændingsudgangen fra kilden:

Hvis modstanden ses som en kilde til spænding, der søger ligevægt med spændingskilden, skal strømmen konvergere til den værdi, der er nødvendig for at generere den nødvendige afbalanceringsspænding over modstanden, ifølge Ohms lov (V = IR). Med andre ord opnår modstandens strøm, hvad størrelsen den har til for at generere et spændingsfald svarende til spændingen af ​​kilden .

Dette kan virke som en mærkelig måde at analysere et sådant simpelt kredsløb på, hvor modstanden "søger" for at generere et spændingsfald svarende til kilden, og den nuværende "magisk" forudsætter, at det er nødvendigt at opnå den spændingsligevægt, men det er nyttigt i forståelse af andre typer kredsløbselementer.

For eksempel her har vi en kilde til jævnspænding forbundet til en stor spole tråd gennem en kontakt. Antag at trådspolen har ubetydelig modstand (0 Ω):

Ligesom modstandskredsløbet vil spolen "søge" opnå spændingsligevægt med spændingskilden, når kontakten er lukket. Imidlertid ved vi, at spændingen induceret i en spole ikke er direkte proportional med strømmen som ved en modstand - i stedet er en spole spændingsfald proportional med hastigheden af ​​forandring af magnetisk flux over tid som beskrevet af Faradays lov om elektromagnetisk induktion :

v- spole = N d φ


dt

Hvor,

v- spole = Øjeblikkelig induceret spænding, i volt

N = Antal omdrejninger i trådspole

((d φ) / dt) = Øjeblikkelig ændring af magnetisk flux, i webere pr. sekund

Hvis man antager et lineært forhold mellem spole strøm og magnetisk flux (dvs. φ fordobler, når jeg fordobler), beskriv dette simple kredsløbs aktuelle over tid, efter at omskifteren lukker.

Reveal svar Skjul svar

Når kontakten lukker, vil strømmen støt stige med en lineær hastighed over tid:

Udfordringsspørgsmål: Ægte trådspoler indeholder elektrisk modstand (medmindre de er lavet af superledende ledninger selvfølgelig), og vi ved, hvordan spændingsligevægt forekommer i resistive kredsløb: strømmen konvergerer til en værdi, der er nødvendig for, at modstanden falder i lige stor mængde spænding som kilde. Beskriv, hvad den nuværende gør i et kredsløb med en reel trådspole, ikke en superledende trådspole.

Bemærkninger:

Studerende, der endnu ikke forstår begrebet induktans, kan være tilbøjelige til at antyde, at strømmen i dette kredsløb vil være uendelig efter Ohms lov (I = E / R). Et af formålene med dette spørgsmål er at afsløre sådanne misforståelser, så de kan korrigeres.

Dette kredsløb giver et glimrende eksempel på calculus-princippet integration, hvor anvendelsen af ​​en stabil spænding over induktoren resulterer i en stadigt stigende strøm. Uanset om du skal komme i kontakt med dette emne, afhænger det af dine studerendes matematiske evner.

Spørgsmål 3

En meget nyttig metode til måling af strøm gennem en ledning er at måle styrken af ​​magnetfeltet omkring den. Denne type ammeter er kendt som et klemmemåler:

Kendskab til princippet bag denne målerens drift beskriver hvilke aktuelle værdier der vil blive angivet af de tre klemmemetre i dette kredsløb:

Meter A =
Meter B =
Meter C =
Reveal svar Skjul svar

Meter A = 2, 5 ampere
Meter B = 2, 5 ampere
Meter C = 0 ampere

Bemærkninger:

Clamp-on meter er meget nyttige dele af testudstyr, men de skal bruges korrekt. Jeg har set mange mennesker begår fejlen ved at klemme en af ​​disse ammetere omkring flere ledninger, når man forsøger at måle mængden af ​​strøm gennem kun en. Har du nogle klampemåler i dit klasseværelse, skal dine elever oprette et simpelt kredsløb som dette og bevise konceptets gyldighed.

Spørgsmål 4

Skriv en ligning, der udtrykker mængden af ​​magnetisk flux (Φ), der er produceret af en elektromagnet, givet mængden af ​​elektrisk strøm (I), antallet af sving i trådspolen (N) og kernens materialets modvilje (ℜ) .

Reveal svar Skjul svar

Φ = NI


Bemærkninger:

Dette er en øvelse i algebraisk substitution. Studerende vil sandsynligvis ikke finde denne ligning overalt, så de bliver nødt til at oprette den fra en kombination af to andre ligninger.

Spørgsmål 5


∫f (x) dx Calculus alarm!


Plot de relative BH-kurver for en prøve af luft og en prøve af jern, i forhold til hinanden (så meget som muligt):

Hvad bemærker du om hældningen (også kaldet derivatet eller (dB / dH)) af hvert plot "# 5"> Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Bemærk at hældningen af ​​begge plot er omtrent lige så langt i den højre ende af grafen. Forklar denne effekt i form af magnetisk mætning .

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er to gange: for at få eleverne til at se, at et ferromagnetisk materiale som jern er meget mere gennemtrængeligt (mindre "tilbageholdende") end luft, men at de store gevinster i B, der er realiseret med jern, tendens til at forsvinde så snart som mætning sætter ind. Når jernet er mættet, er gevinsterne i B for lige store fremskridt i H det samme som for luft. Det vil sige, at (dB / dH) for jern er lig med (dB / dH) for luft, når jern er mættet.

Spørgsmål 6

Hvis en trådspole med 450 omdrejninger udsættes for en magnetisk flux, der øges med en hastighed på 0, 008 Webers per sekund, hvor meget spænding vil blive induceret over spolen "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/ images / quiz / 01983x01.png ">

Reveal svar Skjul svar

3, 6 volt

Bemærkninger:

Dette er simpelthen en kvantitativ anvendelse af Faradays lov. Der er ingen betydning for, at den magnetiske flux er stigende snarere end faldende. Den eneste effekt det ville have på induceret spænding er dens polaritet.

Spørgsmål 7

Lenz lov beskriver modstanden mod ændringer i magnetisk flux som følge af elektromagnetisk induktion mellem et magnetfelt og en elektrisk leder. Et apparat, der er i stand til at demonstrere Lenzs lov, er en kobber- eller aluminiumskive (elektrisk ledende, men ikke-magnetisk) placeret tæt på en kraftig permanentmagnets ende. Der er ingen tiltrækning eller afstødning mellem disken og magneten, når der ikke er bevægelse, men en kraft vil udvikle sig mellem de to objekter, hvis enten pludselig flyttes. Denne kraft vil være i en sådan retning, at den forsøger at modstå bevægelsen (dvs. kraften forsøger at opretholde gapet konstant mellem de to objekter):

Vi ved, at denne kraft er magnetisk i naturen. Det vil sige, at den inducerede strøm får disken til at blive en magnet for at reagere imod permanentmagnets felt og frembringe den modsatte kraft. For hvert af følgende scenarier skal du mærke diskens inducerede magnetiske poler (nord og syd), da det reagerer på bevægelsen pålagt af en ydre kraft:

Reveal svar Skjul svar

Diskens eget magnetfelt vil udvikle sig på en sådan måde, at det "kæmper" for at holde en konstant afstand fra magneten:

Opfølgningsspørgsmål: Spor rotationsretningen for den inducerede elektriske strøm i den disk, der er nødvendig for at producere både den repulsive og den attraktive kraft.

Bemærkninger:

Dette fænomen er svært at demonstrere uden en meget kraftig magnet. Men hvis du har sådanne apparater til rådighed i dit laboratorieområde, ville det gøre et godt stykke til demonstration!

En praktisk måde, jeg har demonstreret Lenzs lov på, er at opnå en sjælden jordmagnet ( meget kraftig!), Sæt den op på et bord og slip derefter en aluminiumsmine (som en japansk yen), så den lander på toppen af magneten. Hvis magneten er stærk nok og mønten er lys nok, vil mønten forsigtigt komme til at hvile på magneten i stedet for at ramme hårdt og hoppe af.

En mere dramatisk illustration af Lenzs lov er at tage den samme mønt og dreje den (på kant) på en bordoverflade. Derefter bringe magneten tæt på kanten af ​​spindemønten, og se, at mønten straks kommer til ophør uden kontakt mellem mønt og magnet.

En anden illustration er at indstille aluminiumsmønten på en glat bordoverflade, så flyt hurtigt magneten over mønten parallelt med bordets overflade. Hvis magneten er tæt nok, vil mønten blive "trukket" en kort afstand, når magneten passerer over.

I alle disse demonstrationer er det vigtigt at vise til dine elever, at mønten i sig selv ikke er magnetisk. Det vil ikke holde sig til magneten som en jern- eller stålmønte ville, og al den kraft, der genereres mellem mønten og magneten, skyldes strengt inducerede strømme og ikke ferromagnetisme.

Spørgsmål 8

Ved at kombinere Lenz's lov med højre hånd (eller venstre hånd, hvis du følger elektronstrøm i stedet for konventionel strømning), er det et enkelt og effektivt middel til at bestemme retningen af ​​induceret strøm i en induktionsspole. I de følgende eksempler sporer strømretningen gennem belastningsmodstanden:

Reveal svar Skjul svar

Bemærk: I det tilfælde, det ikke fremgår af illustrationerne, viser fig. 1 til 4 magneten, som bevæger sig i forhold til en stationær spole. Figur 5 og 6 viser en spiralbevægelse i forhold til en stationær magnet.

Bemærkninger:

En nem måde, jeg finder at huske Lenz's lov er at fortolke er som modstand mod forandring . Spolen vil forsøge at blive en magnet, der bekæmper bevægelsen. En god måde at få eleverne til at tænke på i denne retning er at spørge dem: "Hvilken magnetisk polaritet skal spolen tage på (i hvert tilfælde) for at modstå magnetens relative bevægelse" panelpanelets standardpanel "

Spørgsmål 9

Skriv ligningen vedrørende elektrisk strøm og magnetfeltstyrke sammen i en trådspole. Hvis den nuværende (I) er givet i enheder af ampere, og antallet af drejninger er en simpel heltalværdi, hvilken måleenhed vil magnetfeltstyrken have?

Reveal svar Skjul svar

F = IN

Hvor,

F

= Magnetomotiv kraft (magnetfeltstyrke), i forstærkere

I = Nuværende i trådspole, forstærkere

N = Antal omdrejninger i spole

Bemærkninger:

Nogle gange giver måleenheder perfekt mening! I dette tilfælde følger enheden af ​​amp-svinget åbenbart fra konstruktionen af ​​ligningen, med ampere gange omdrejninger.

Spørgsmål 10

Hvad er magnetisk mætning ?

Reveal svar Skjul svar

Magnetisk "mætning" er, hvad der sker, når den magnetiske flux (Φ eller fluxdensitet B) ikke stiger i samme forhold til stigninger i magnetfeltstyrken ( F eller feltintensiteten H), som den gjorde ved lavere niveauer af F

eller H.

Bemærkninger:

For at anvende en økonomisk sætning er mætning et fald i faldende afkast : hvor yderligere stigninger i en variabel giver mindre og mindre gevinster i en anden variabel. Det er vigtigt, at eleverne genkender ordet "mætning" bruges til at beskrive andre fænomener end magnetisme. Men i enhver sammenhæng er den brugt, begrebet "aftagende afkast" er det samme.

Spørgsmål 11

Forklar hvad denne graf betyder, og hvordan den repræsenterer både mætning og hysterese som magnetiske fænomener:

Reveal svar Skjul svar

Dette er en BH- kurve, der tegner den magnetiske fluxdensitet (B) mod magnetfeltintensiteten (H) af en elektromagnet. Pilene repræsenterer retningen for stigning og fald i variablerne.

"Saturation" er, når B ændrer sig lidt for betydelige ændringer i H. Der er to regioner på BH-kurven, hvor mætning er tydelig.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er værd at diskutere meget. Det er en ting at genkende denne kurve som en B-H-kurve, og en anden til at forklare præcis, hvad det betyder. Spørg dine elever om at vise på kurven, for eksempel hvad sker der, når en elektromagnet er fuldt strømforsynet med DC, og så slukkes strømmen og efterlader en resterende flux i kernen. Hvad er nødvendigt for at de-magnetisere kernen igen "panelpanelets panelpanel-standard" itemscope>

Spørgsmål 12

Hvis en elektrisk strøm passerer gennem denne trådsløjfe, i hvilken position vil den forsøge at orientere sig?

Hvis dette eksperiment udføres, kan det konstateres, at drejningsmomentet er ret lille uden at ty til høje strømme og / eller stærke magnetfelter. Udpeg en måde at modificere dette apparat på for at generere stærkere drejningsmomenter ved hjælp af beskedne nuværende niveauer og almindelige magneter.

Reveal svar Skjul svar

Sløjfen vil forsøge at orientere sig i et lodret plan vinkelret på magnetfluxaksen mellem magnetpolerne:

For at øge det drejningsmoment, der genereres af trådsløjfen, kan du bruge en loop med mere end 1 "sving" af ledningen. Dette er dog ikke den eneste løsning.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål udgør en glimrende mulighed for at diskutere "højre reglen" (eller "venstrehåndsregel" for dem, der bruger elektronstrømnotation snarere end konventionel strømningsnotation).

Spørgsmål 13

Ved at flytte en permanent magnet vinkelret forbi en ledning vil der blive genereret en spænding mellem enden af ​​denne ledning:

Beskriv hvilke faktorer der bestemmer polariteten og størrelsen af ​​denne spænding.

Reveal svar Skjul svar

I stedet for at give svaret her, vil jeg overlade det til dig for at bestemme svaret ved eksperiment!

Bemærkninger:

Eksperimenter som dette er så nemme at oprette, det ville være en skam at forkæle glæden ved førstehåndsopdagelse ved blot at fortælle eleverne, hvad der skulle ske!

Spørgsmål 14


∫f (x) dx Calculus alarm!


Forholdet mellem magnetisk flux og induceret spænding i en trådspole udtrykkes i denne ligning, kendt som Faradays lov :

e = N d φ


dt

Hvor,

e = Øjeblikkelig induceret spænding, i volt

N = Antal omdrejninger i trådspole

φ = Øjeblikkelig magnetisk flux, i webers

t = Tid, i sekunder

Forklar, hvad det matematiske udtryk ((d φ) / dt) betyder i lyset af hvad du ved om elektromagnetisk induktion. Tip: den (d / d) notation lånes fra beregningen, og den kaldes derivatet .

Forklar også hvorfor små bogstaver bruges (e i stedet for E, φ i stedet for Φ) i denne ligning.

Reveal svar Skjul svar

Det matematiske udtryk ((d φ) / dt) betyder "hastigheden for ændring af magnetisk flux over tid." I dette særlige eksempel vil enheden være "webers per sekund".

Brugen af ​​små bogstaver for variabler indikerer øjeblikkelige værdier: det vil sige mængder udtrykt i øjeblikkelige øjeblikke.

Opfølgningsspørgsmål: manipulér denne ligning for at løse for hver variabel (((d φ) / dt) =

.

; N =

.

).

Bemærkninger:

For studerende, der aldrig har studeret calculus, er dette en glimrende mulighed for at introducere begrebet derivatet, idet man allerede har etableret princippet om induceret spænding, der er relateret til, hvor hurtigt magnetisk flux ændrer sig over tid. I almindelig fysikstudier anvendes mængderne af position, hastighed og acceleration på samme måde til at indføre begrebet tidsderivat og senere tidsintegralet. I elektricitet har vi dog vores egne unikke applikationer!

Spørgsmål 15

Hvor mange svingninger af ledninger skal en spole have for at fremkalde en spænding på 10, 5 volt, når den udsættes for en skiftende magnetisk flux med en hastighed på 0, 0075 Wb / s "# 15"> Reveal svar Skjul svar

1400 omdrejninger

Bemærkninger:

Dette er intet andet end en kvantitativ anvendelse af Faradays lov, efter algebraisk manipulation at løse for N.

Spørgsmål 16

Hvis en kobberring bringes tættere på en permanentmagnets ende, udvikles der en afstødende kraft mellem magnet og ring. Denne kraft ophører dog, når ringen stopper med at bevæge sig. Hvad kaldes denne effekt?

Beskriv også, hvad der vil ske, hvis kobberringen flyttes væk fra den permanente magnets ende.

Reveal svar Skjul svar

Fænomenet er kendt som Lenz 'lov . Hvis kobberringen flyttes væk fra den permanente magnets ende, vil kraftens retning vende om og blive attraktiv snarere end afstødende.

Opfølgningsspørgsmål: Spor rotationsretningen for den inducerede elektriske strøm i ringen, der er nødvendig for at producere både den repulsive og den attraktive kraft.

Udfordringsspørgsmål: Hvad ville der ske, hvis magnetens orientering blev vendt (sydpolen på venstre og nordpolen til højre) "noter skjult"> Noter:

Dette fænomen er svært at demonstrere uden en meget kraftig magnet. Men hvis du har sådanne apparater til rådighed i dit laboratorieområde, ville det gøre et godt stykke til demonstration!

En praktisk måde, jeg har demonstreret Lenzs lov på, er at opnå en sjælden jordmagnet ( meget kraftig!), Sæt den op på et bord og slip derefter en aluminiumsmine (som en japansk yen), så den lander på toppen af magneten. Hvis magneten er stærk nok og mønten er lys nok, vil mønten forsigtigt komme til at hvile på magneten i stedet for at ramme hårdt og hoppe af.

En mere dramatisk illustration af Lenzs lov er at tage den samme mønt og dreje den (på kant) på en bordoverflade. Derefter bringe magneten tæt på kanten af ​​spindemønten, og se, at mønten straks kommer til ophør uden kontakt mellem mønt og magnet.

En anden illustration er at indstille aluminiumsmønten på en glat bordoverflade, så flyt hurtigt magneten over mønten parallelt med bordets overflade. Hvis magneten er tæt nok, vil mønten blive "trukket" en kort afstand, når magneten passerer over.

I alle disse demonstrationer er det vigtigt at vise til dine elever, at mønten i sig selv ikke er magnetisk. Det vil ikke holde sig til magneten som en jern- eller stålmønte ville, og al den kraft, der genereres mellem mønten og magneten, skyldes strengt inducerede strømme og ikke ferromagnetisme.

Spørgsmål 17

Elektromekaniske watt-timetællere bruger en aluminiumskive, der er spundet af en elektrisk motor. For at generere en konstant "træk" på den disk, der er nødvendig for at begrænse dens omdrejningshastighed, er en stærk magnet anbragt på en sådan måde, at dens linjer af magnetisk flux passerer vinkelret gennem diskens tykkelse:

Forklar fænomenet bag denne magnetiske "træk" -mekanisme, og forklar også, hvordan permanentmagnetenheden skal placeres igen, så den giver mindre træk på disken til samme omdrejningshastighed.

Reveal svar Skjul svar

Dette er et eksempel på Lenz 'lov . For reduceret træk på disken skal magneten flyttes over en plet på disken, der har mindre overfladehastighed (jeg vil lade dig regne ud, hvor det måtte være).

Opfølgningsspørgsmål: Antag, at du bevæger en stærk magnet forbi overfladen af ​​en aluminiumskive. Hvad sker der med disken, hvis noget "noter gemt"> Noter:

En vigtig kalibreringsjustering på elektromekaniske wattmeteraggregater er placeringen af ​​"drag" -magneten, hvilket gør dette spørgsmål til en meget praktisk. En interessant udfordring for eleverne er at bede dem om at skitsere strømmen af ​​induceret elektrisk strøm i disken, da den roterer forbi magneten!

Opfølgningsspørgsmålet er faktisk et eksempel på induktionsmotorteori og kan illustreres med en kraftig magnet (sjælden jord) og en metalmønt (japansk yen lavet af aluminium fungerer meget godt for dette, er gode elektriske ledere og letvægt!).

Spørgsmål 18

En kontekst, hvor man forstår Lenzs lov, er den velkendte fysiske lov kaldet Energibesparelse, der hedder, at energi hverken kan skabes (fra intet) eller ødelægges (intet). Denne velbegrundede fysiklove er det generelle princip, der forbyder såkaldte "overenhed" eller "fri energi" maskiner, hvor energi skulle angiveligt produceres uden nogen kilde.

Demonstrere, at hvis Lenz's lov blev vendt, ville princippet om bevarelse af energi blive overtrådt. Med andre ord, forestill dig, hvad der ville ske, hvis Lenzs lovs virkninger var lige modsat i retning og vise, hvordan dette ville resultere i mere energi produceret af et system end hvad der er input til systemet.

Reveal svar Skjul svar

Der er flere måder at demonstrere dette på. Måske er det lettest at visualisere (fra et energiperspektiv) en roterende magnetisk "træk" disk, hvor den vinkelrette krydsning af et magnetfelt og en elektrisk ledende disk skaber et modstandsdrejende (modsat) drejningsmoment, når disken roteres. Virkningerne af at vende Lenz-kraftretningen skal være indlysende her.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål kan meget vel føre til en frugtbar diskussion om evig bevægelse og påstande om "fri energi" maskiner, selve eksistensen af ​​sådanne krav i moderne tid er et fremragende bevis på videnskabelig analfabetisme. Ikke alene virker et betydeligt antal mennesker uvidende om princippet om bevarelse af energi, og hvor godt det er grundlaget, men synes heller ikke at forstå betydningen af ​​den ultimative test for en sådan enhed: at kunne bevæge sig selv (og en belastning) på ubestemt tid. Men jeg går ned. . .

Spørgsmål 19

Baseret på din viden om Lenz lov, forklarer man hvordan man kan konstruere en elektromagnetisk bremse, hvorved elektromagnetisk spændingens energi ville frembringe mekanisk "træk" på en roterende aksel uden at der er behov for kontakt mellem akslen og en bremseklods.

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Beskriv nogle af de fordele og ulemper, som en magnetbremse ville have i sammenligning med mekaniske bremser (hvor fysisk kontakt frembringer friktion på akslen).

Udfordringsspørgsmål: De normale (mekaniske) bremser bliver varme under drift på grund af den friktion, de bruger til at producere træk. Vil en elektromekanisk bremse også producere varme, da der ikke er nogen fysisk kontakt til at skabe friktion "noter skjult"> Noter:

Elektromagnetiske bremser er meget nyttige enheder i industrien. En interessant applikation, jeg har set for denne teknologi, er den mekaniske belastning for et bildynamometer, hvor en bil drives på et sæt stålruller med en rulle koblet til en stor metaldisk (med elektromagneter på begge sider). Ved at variere mængden af ​​strøm, der sendes til elektromagneterne, kan graden af ​​mekanisk træk varieres.

I øvrigt bliver denne disk meget varm, når den er i brug, fordi bilens effektudgang ikke kan forsvinde - den skal omdannes til en anden form for energi i bremsemekanismen, og varmen er den.

Spørgsmål 20

Bestem polariteten af ​​spiralens inducerede spænding for hvert af de følgende eksempler. Pas på at bemærke den retning, hver spole er viklet omkring sin kerne - spolerne er ikke alle identiske!

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Det kan hjælpe eleverne til at visualisere polariteten, hvis de forestiller sig en resistiv belastning forbundet mellem de to udgangsterminaler, og derefter regnet ud hvilken retning induceret strøm ville gå gennem den belastning. Når først bestemmelsen er lavet, bør spændingspolariteten (i betragtning af spolen som energikilde) være lettere at visualisere. En fejl, som mange begynder eleverne gør, når de gør dette, er dog at undlade at genkende spolen som kilde til elektrisk energi og modstanden som belastningen, så vær forberedt på at løse denne misforståelse.

Hvis dette ikke hjælper, foreslår de først at identificere magnetens polaritet af spiralets inducerede felt: bestemme hvilken ende af spolen, at "forsøge" at være nord og som "forsøger" at være syd. Selvfølgelig vil intet induceret felt dannes, medmindre spolen har et komplet kredsløb for at opretholde den inducerede strøm, men det er stadig nyttigt at forestille sig en belastningsmodstand eller endda en kort afslutning af kredsløbet, således at induceret strøm og dermed induceret magnetisk polaritet kan visualiseres .

Spørgsmål 21

Hvis en ledningsspole med 320 omdrejninger udsættes for en magnetisk strømfald med en hastighed på 0, 03 Webers per sekund (som vist på illustrationen), hvor meget spænding vil blive induceret over spolen, og hvad vil dens polaritet være "// www .beautycrew.com.au // sub.allaboutcircuits.com / images / quiz / 03272x01.png ">

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er både en kvantitativ anvendelse af Faradays lov og en anvendelse af Lenzs lov.

Spørgsmål 22

Hvis en trådspole med 1100 omdrejninger udsættes for en magnetisk flux, der øges med en hastighed på 0, 07 Webers per sekund (som vist på illustrationen), hvor meget spænding vil blive induceret over spolen, og hvad vil dens polaritet være "// www .beautycrew.com.au // sub.allaboutcircuits.com / images / quiz / 03273x01.png ">

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er både en kvantitativ anvendelse af Faradays lov og en anvendelse af Lenzs lov.

Spørgsmål 23

Beregn den nødvendige magnetiske flux-rate-of-change over tid (i enheder af Webers per sekund) samt retningen af ​​magnet bevægelse (enten mod eller væk fra spolen) for at fremkalde en spænding på 13, 5 volt i vist polaritet:

Reveal svar Skjul svar

((d φ) / dt) skal være lig med 0, 0964 Webers per sekund, med magneten der bevæger sig væk fra spolen.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er både en kvantitativ anvendelse af Faradays lov og en anvendelse af Lenzs lov.

Spørgsmål 24

Hvis en leders bevægelse gennem et magnetfelt inducerer en spænding i den pågældende leder, er det grunden til, at et ledende fluidum, som bevæger sig gennem et rør, også kan generere en spænding, hvis den er korrekt udsat for et magnetfelt. Tegn et billede, der viser den nødvendige orientering af røret, magnetfeltet og elektroderne, der aflyser den inducerede spænding.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål tester egentlig elevernes forståelse af de ortogonale forhold mellem magnetisk flux, leder bevægelse og induceret spænding. Derudover afslører det en ny metode til fremstilling af elektricitet: magnetohydrodynamik .

Der er et par interessante anvendelser af magnetohydrodynamik, herunder strømgenerering og flowmåling. Diskuter disse med dine elever, hvis tiden tillader det.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →