Die elektromagnetische Induktion wurde 1831 von Michael Faraday entdeckt. Er entdeckte, dass die elektromotorische Kraft, die in einem geschlossenen Stromkreis entsteht, proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von diesem Stromkreis begrenzte Oberfläche ist. Die Größe der EMF hängt nicht davon ab, ob die Ursache der Flussänderung eine Änderung des Magnetfelds selbst oder die Bewegung des Stromkreises (oder eines Teils davon) im Magnetfeld ist. Der durch diese EMK verursachte elektrische Strom wird als induzierter Strom bezeichnet.

Faradaysches Gesetz Nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion wirkt die elektromotorische Kraft entlang eines willkürlich gewählten Stromkreises. Das Minuszeichen in der Formel spiegelt die Lenzsche Regel wider, benannt nach dem russischen Physiker E. H. Lenz: Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende Induktionsstrom hat die folgende Richtung , dass das von ihm erzeugte Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die den Strom verursacht hat.

Magnetischer Fluss In einem gleichmäßigen Magnetfeld ist die Größe des Induktionsvektors gleich B, es entsteht eine flache geschlossene Schleife der Fläche S. Die Normale n zur Konturebene bildet einen Winkel a mit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors B ( siehe Abb. 1). Der magnetische Fluss durch die Oberfläche ist die Größe Ф, bestimmt durch die Beziehung: Ф = В·S·cos a. Die Maßeinheit des magnetischen Flusses im SI-System ist 1 Weber (1 Wb).

Induktions-EMK in einem sich bewegenden Leiter Ein Leiter der Länge L bewegt sich mit der Geschwindigkeit V in einem gleichmäßigen Magnetfeld und kreuzt dabei Kraftlinien. Die Ladungen im Leiter bewegen sich mit dem Leiter. Auf eine Ladung, die sich in einem Magnetfeld bewegt, wirkt die Lorentzkraft. Freie Elektronen werden an ein Ende des Leiters verdrängt, am anderen verbleiben unkompensierte positive Ladungen. Es entsteht eine Potentialdifferenz, die induzierte EMK ei. Sein Wert kann durch Berechnung der Arbeit bestimmt werden, die die Lorentzkraft verrichtet, wenn eine Ladung entlang eines Leiters bewegt wird: ei = A/q = F·L/q. Daraus folgt, dass ei = B·V·L·sin a.

Selbstinduktion Die Selbstinduktion ist ein Sonderfall verschiedener Erscheinungsformen der elektromagnetischen Induktion. Betrachten wir einen Stromkreis, der an eine Stromquelle angeschlossen ist (Abb. 6). Entlang des Stromkreises fließt der elektrische Strom I. Dieser Strom erzeugt im umgebenden Raum ein Magnetfeld. Dadurch wird der Stromkreis von seinem eigenen magnetischen Fluss F durchdrungen. Offensichtlich ist der eigene magnetische Fluss proportional zum Strom im Stromkreis, der das Magnetfeld erzeugt hat: Ф = L·I. Der Proportionalitätsfaktor L wird Schleifeninduktivität genannt. Die Induktivität hängt von der Größe, Form des Leiters und den magnetischen Eigenschaften des Mediums ab. Die SI-Einheit der Induktivität ist 1 Henry (H). Wenn sich der Strom im Stromkreis ändert, ändert sich auch der intrinsische magnetische Fluss Fs. Eine Änderung des Wertes von Fs führt zum Auftreten einer Induktions-EMK im Stromkreis. Dieses Phänomen wird Selbstinduktion genannt, und der entsprechende Wert ist die Selbstinduktions-EMK eiс. Aus dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion folgt eiс = dФс/dt. Wenn L = const, dann eiс= - L·dI/dt.

Transformator Ein Transformator ist ein statisches elektromagnetisches Gerät mit zwei (oder mehr) Wicklungen, das meist dazu dient, Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung umzuwandeln. Die Energieumwandlung in einem Transformator erfolgt durch ein magnetisches Wechselfeld. Transformatoren werden häufig zur Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen, zur Verteilung zwischen Empfängern sowie in verschiedenen Gleichrichtungs-, Verstärkungs-, Signal- und anderen Geräten eingesetzt.

Leistungstransformatoren Leistungstransformatoren wandeln Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung um, um Verbraucher mit Strom zu versorgen. Je nach Zweck können sie steigend oder fallend sein. In Verteilungsnetzen werden in der Regel dreiphasige Zweiwicklungs-Abwärtstransformatoren eingesetzt, die Spannungen von 6 und 10 kV in eine Spannung von 0,4 kV umwandeln.

Stromwandler Ein Stromwandler ist ein Hilfsgerät, bei dem der Sekundärstrom praktisch proportional zum Primärstrom ist und der zum Anschluss von Messgeräten und Relais an Wechselstromkreise dient. Stromwandler werden verwendet, um Strom beliebiger Größe und Spannung in einen Strom umzuwandeln, der für die Messung mit Standardinstrumenten (5 A) geeignet ist, Stromwicklungen von Relais zu versorgen, Geräte zu trennen sowie Geräte und deren Bedienpersonal von Hochspannung zu isolieren.

Instrumentenspannungswandler Instrumentenspannungswandler sind Zwischentransformatoren, über die Messgeräte bei hohen Spannungen eingeschaltet werden. Dadurch sind die Messgeräte vom Netz isoliert, was die Verwendung von Standardinstrumenten (mit umgestufter Skala) und ermöglicht Dadurch werden die Grenzen der gemessenen Spannungen erweitert. Spannungswandler werden sowohl zur Messung von Spannung, Leistung und Energie als auch zur Stromversorgung von Automatisierungsschaltungen, Alarmen und Relaisschutz von Stromleitungen vor Erdschlüssen verwendet. In einigen Fällen können Spannungswandler als Abwärtstransformatoren mit geringer Leistung oder als Aufwärtsprüftransformatoren (zur Prüfung der Isolierung elektrischer Geräte) verwendet werden.

Klassifizierung von Spannungswandlern Spannungswandler unterscheiden sich: a) durch die Anzahl der Phasen – einphasig und dreiphasig; b) je nach Anzahl der Wicklungen zwei- und dreiwindig; c) nach der Genauigkeitsklasse, d. h. nach den zulässigen Fehlerwerten; d) nach Kühlmethode, Transformatoren mit Ölkühlung (Öl), mit natürlicher Luftkühlung (trocken und mit Gussisolierung); e) nach Installationsart für Innenaufstellung, für Außenaufstellung und für komplette Schaltanlage (Schaltanlage)

Klassifizierung von Stromwandlern Stromwandler werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert: 1. Stromwandler können je nach Verwendungszweck in Mess-, Schutz- und Zwischenwandler (zur Einbeziehung von Messgeräten in Relaisschutzstromkreise, zum Ausgleich von Strömen in Differentialschutzkreisen) unterteilt werden. etc.) und Labor (hohe Genauigkeit, sowie mit vielen Übersetzungsverhältnissen). 2. Nach der Art der Installation werden Stromwandler unterschieden: a) für die Außenaufstellung (in offenen Schaltanlagen); b) zur Innenaufstellung; c) eingebaut in elektrische Geräte und Maschinen: Schalter, Transformatoren, Generatoren usw.; d) Deckenabdeckungen, die oben auf der Durchführung angebracht sind (z. B. am Hochspannungseingang eines Leistungstransformators); e) tragbar (für Kontrollmessungen und Labortests). 3. Je nach Ausführung der Primärwicklung werden Stromwandler unterteilt in: a) Mehrwindungstransformatoren (Spulen-, Schleifenwicklungs- und Achterwicklung); b) Single-Turn (Stab); c) Reifen.

4. Je nach Installationsmethode werden Stromwandler für die Innen- und Außeninstallation unterteilt in: a) Durchführung; b) unterstützend. 5. Aufgrund der Isolierung können Stromwandler in Gruppen eingeteilt werden: a) mit Trockenisolierung (Porzellan, Bakelit, gegossene Epoxidisolierung usw.); b) mit Papier-Öl-Isolierung und mit Kondensator-Papier-Öl-Isolierung; c) mit Masse gefüllt. 6. Entsprechend der Anzahl der Transformationsstufen gibt es Stromwandler: a) einstufig; b) zweistufig (Kaskade). 7. Transformatoren werden nach Betriebsspannung unterschieden: a) für Nennspannung über 1000 V; b) für Nennspannung bis 1000 V.

Elektrische Energiegeneratoren Elektrischer Strom wird in Generatoren erzeugt – Geräten, die Energie der einen oder anderen Art in elektrische Energie umwandeln. Zu den Generatoren gehören galvanische Zellen, elektrostatische Maschinen, Thermosäulen, Sonnenkollektoren usw. Der Anwendungsbereich jedes der aufgeführten Stromerzeugertypen wird durch seine Eigenschaften bestimmt. Daher erzeugen elektrostatische Maschinen eine hohe Potentialdifferenz, sind jedoch nicht in der Lage, einen nennenswerten Strom im Stromkreis zu erzeugen. Galvanische Zellen können einen großen Strom erzeugen, ihre Wirkungsdauer ist jedoch kurz. Die vorherrschende Rolle spielen in unserer Zeit elektromechanische Induktions-Wechselstromgeneratoren. In diesen Generatoren wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Ihre Wirkung beruht auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Solche Generatoren sind relativ einfach aufgebaut und ermöglichen die Erzielung großer Ströme bei ausreichend hoher Spannung

Wechselstromgenerator Ein Wechselstromgenerator (Lichtmaschine) ist ein elektromechanisches Gerät, das mechanische Energie in elektrische Wechselstromenergie umwandelt. Zu den Generatoren gehören galvanische Zellen, elektrostatische Maschinen, Thermosäulen, Sonnenkollektoren usw. Der Anwendungsbereich jedes der aufgeführten Stromerzeugertypen wird durch seine Eigenschaften bestimmt. Daher erzeugen elektrostatische Maschinen eine hohe Potentialdifferenz, sind jedoch nicht in der Lage, einen nennenswerten Strom im Stromkreis zu erzeugen.

Test 11-1 (elektromagnetische Induktion)

Variante 1

1. Wer hat das Phänomen der elektromagnetischen Induktion entdeckt?

A. X. Örsted. B. Sh. Anhänger. V. A. Volta. G. A. Ampere. D. M. Faraday. E . D. Maxwell.

2. Die Leitungen der Kupferdrahtspule werden an ein empfindliches Galvanometer angeschlossen. In welchem ​​der folgenden Experimente erkennt das Galvanometer das Auftreten einer EMK elektromagnetischer Induktion in der Spule?

Ein Permanentmagnet wird von der Spule entfernt.

Im Inneren der Spule dreht sich ein Permanentmagnet um seine Längsachse.

A. Nur im Fall 1. B. Nur im Fall 2. C. Nur im Fall 3. D. In den Fällen 1 und 2. E. In den Fällen 1, 2 und 3.

3. Wie heißt die physikalische Größe, die dem Produkt des Moduls B der Magnetfeldinduktion durch die Fläche S der vom Magnetfeld durchdrungenen Oberfläche und dem Kosinus entspricht?
Winkel a zwischen dem Vektor B der Induktion und der Normalen n zu dieser Fläche?

A. Induktivität. B. Magnetischer Fluss. B. Magnetische Induktion. D. Selbstinduktion. D. Magnetfeldenergie.

4. Welcher der folgenden Ausdrücke bestimmt die induzierte EMK in einem geschlossenen Kreislauf?

A. B. IN. G. D.

5. Wenn ein Streifenmagnet in einen Metallring hinein- und herausgeschoben wird, entsteht im Ring ein induzierter Strom. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld. Welcher Pol ist dem Magnetfeld des Stroms im Ring zugewandt: 1) dem einziehbaren Nordpol des Magneten und 2) dem einziehbaren Nordpol des Magneten.

6. Wie heißt die Maßeinheit des magnetischen Flusses?

7. Die Maßeinheit welcher physikalischen Größe ist 1 Henry?

A. Magnetfeldinduktion. B. Elektrische Kapazitäten. B. Selbstinduktion. D. Magnetischer Fluss. D. Induktivität.

8. Welcher Ausdruck bestimmt den Zusammenhang zwischen dem magnetischen Fluss durch einen Stromkreis und der Induktivität? L Schaltung und Stromstärke ICH im Stromkreis?

A. LI . B. . IN. LI ‘ . G. LI 2 . D.

9. Welcher Ausdruck bestimmt die Beziehung zwischen der Selbstinduktions-EMK und der Stromstärke in der Spule?

A. B . IN . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Die Eigenschaften verschiedener Felder sind unten aufgeführt. Welcher von ihnen hat ein elektrostatisches Feld?

Spannungsleitungen sind nicht mit elektrischen Ladungen verbunden.

Das Feld hat Energie.

Das Feld hat keine Energie.

A. 1, 4, 6. B. 1, 3, 5. IN. 1, 3, 6. G. 2, 3, 5. D. 2, 3, 6. E. 2, 4, 6.

11. Ein Stromkreis mit einer Fläche von 1000 cm 2 befindet sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld mit einer Induktion von 0,5 T, dem Winkel zwischen den Vektoren IN

A. 250 Wb. B. 1000 Wb. IN. 0,1 Wb. G. 2,5 · 10 -2 Wb. D. 2,5 Wb.

12. Welche Stromstärke erzeugt in einem Stromkreis mit einer Induktivität von 5 mH einen magnetischen Fluss 2· 10 -2 Wb?

A. 4 mA. B. 4 A. C. 250 A. D. 250 mA. D. 0,1 A. E. 0,1 mA.

13. Der magnetische Fluss durch den Stromkreis nahm in 5 · 10 -2 s gleichmäßig von 10 mWb auf 0 mWb ab. Welchen Wert hat die EMF im Stromkreis zu diesem Zeitpunkt?

A. 5 · 10 -4 V.B. 0,1 V.V. 0,2 V.G. 0,4 V.D. 1 V.E. 2 V.

14. Wie groß ist die Energie des Magnetfeldes einer Spule mit einer Induktivität von 5 H, wenn der Strom darin 400 mA beträgt?

A. 2 J. B. 1 J. B. 0,8 J. G. 0,4 J. D. 1000 J. E. 4 10 5 J.

15. Eine Spule mit n Drahtwindungen wird an eine Gleichstromquelle mit Spannung angeschlossen U am Ausgang. Was ist der maximale Wert der selbstinduktiven EMK in der Spule, wenn die Spannung an ihren Enden von 0 V auf ansteigt? U IN?

A, U V, B. nU V.V. U /P U ,

16. Zwei identische Lampen sind an einen Gleichstromquellenkreis angeschlossen, die erste in Reihe mit einem Widerstand, die zweite in Reihe mit einer Spule. Bei welcher der Lampen (Abb. 1) wird die Stromstärke bei geschlossenem Schalter K später ihren Maximalwert erreichen als bei der anderen?

A. Im ersten Teil. B. Im zweiten. B. Im ersten und zweiten gleichzeitig. D. Im ersten Fall, wenn der Widerstandswert des Widerstands größer ist als der Widerstandswert der Spule. D. Im zweiten Fall, wenn der Spulenwiderstand größer als der Widerstandswiderstand ist.

17. Eine Spule mit einer Induktivität von 2 H ist parallel zu einem Widerstand mit einem elektrischen Widerstand von 900 Ohm geschaltet, der Strom in der Spule beträgt 0,5 A, der elektrische Widerstand der Spule beträgt 100 Ohm. Welche elektrische Ladung fließt im Stromkreis von Spule und Widerstand, wenn sie von der Stromquelle getrennt sind (Abb. 2)?

A. 4000 Cl. B. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 1 10 -2 Cl. D. 1,1 10 -3 Cl. E. 1 10 -3 Cl.

18. Ein Flugzeug fliegt mit einer Geschwindigkeit von 900 km/h, das Modul der vertikalen Komponente des Induktionsvektors des Erdmagnetfeldes beträgt 4 · 10 5 Tesla. Wie groß ist der Potenzialunterschied zwischen den Flügelenden des Flugzeugs, wenn die Flügelspannweite 50 m beträgt?

A. 1,8 B. B. 0,9 C. C. 0,5 C. D. 0,25 C.

19. Wie groß muss die Stromstärke in der Ankerwicklung eines Elektromotors sein, damit eine Kraft von 120 N auf einen 10 cm langen Abschnitt der Wicklung mit 20 Windungen einwirkt, der senkrecht zum Induktionsvektor in einem Magnetfeld liegt? eine Induktion von 1,5 Tesla?

A. 90 A. B. 40 A. C. 0,9 A. D. 0,4 A.

20. Welche Kraft muss auf einen Metallspringer ausgeübt werden, um ihn gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit von 8 m/s entlang zweier paralleler Leiter im Abstand von 25 cm voneinander in einem gleichmäßigen Magnetfeld mit einer Induktion von 2 Tesla zu bewegen? Der Induktionsvektor steht senkrecht zur Ebene, in der sich die Schienen befinden. Die Leiter werden durch einen Widerstand mit einem elektrischen Widerstand von 2 Ohm abgeschlossen.

A. 10000 N. B. 400 N. C. 200 N. G. 4 N. D. 2 N. E. 1 N.

Test 11-1 (elektromagnetische Induktion)

Option 2

1. Wie heißt das Phänomen des Auftretens von elektrischem Strom in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der magnetische Fluss durch den Stromkreis ändert?

A. Elektrostatische Induktion. B. Das Phänomen der Magnetisierung. B. Amperekraft. G. Lorentz-Kraft. D. Elektrolyse. E. Elektromagnetische Induktion.

2. Die Leitungen der Kupferdrahtspule werden an ein empfindliches Galvanometer angeschlossen. In welchem ​​der folgenden Experimente erkennt das Galvanometer das Auftreten einer EMK elektromagnetischer Induktion in der Spule?

In die Spule ist ein Permanentmagnet eingesetzt.

Die Spule wird auf einen Magneten gelegt.

3) Die Spule dreht sich um einen Magneten
in ihr.

A. In den Fällen 1, 2 und 3. B. In den Fällen 1 und 2. C. Nur in Fall 1. D. Nur in Fall 2. E. Nur in Fall 3.

3. Welcher der folgenden Ausdrücke bestimmt den magnetischen Fluss?

A. BScosα. B. . IN. qvBsinα. G. qvBI. D. IBlsina .

4. Was drückt die folgende Aussage aus: Die induzierte EMK in einer geschlossenen Schleife ist proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von der Schleife begrenzte Oberfläche?

A. Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. B. Lenz-Regel. B. Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis. D. Das Phänomen der Selbstinduktion. D. Gesetz der Elektrolyse.

5. Wenn ein Streifenmagnet in einen Metallring hinein- und herausgeschoben wird, entsteht im Ring ein induzierter Strom. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld. Welcher Pol ist dem Magnetfeld des Stroms im Ring zugewandt: 1) dem einziehbaren Südpol des Magneten und 2) dem einziehbaren Südpol des Magneten.

A. 1 – Nord, 2 – Nord. B. 1 – südlich, 2 – südlich.

B. 1 – südlich, 2 – nördlich. G. 1 – Nord, 2 – Süd.

6. Die Maßeinheit welcher physikalischen Größe ist 1 Weber?

A. Magnetfeldinduktion. B. Elektrische Kapazitäten. B. Selbstinduktion. D. Magnetischer Fluss. D. Induktivität.

7. Wie heißt die Maßeinheit der Induktivität?

A. Tesla. B. Weber. V. Gauß. G. Farad. D. Henry.

8. Welcher Ausdruck bestimmt die Beziehung zwischen der Energie des magnetischen Flusses im Stromkreis und der Induktivität? L Schaltung und Stromstärke ICH im Stromkreis?

A . . B . . IN . LI 2 , G . LI ‘ . D . LI.

9.Was ist die physikalische Größe? X wird durch den Ausdruck bestimmt x= für eine Spule von P wendet sich .

A. Induktions-EMK. B. Magnetischer Fluss. B. Induktivität. D. EMF der Selbstinduktion. D. Magnetfeldenergie. E. Magnetische Induktion.

10. Die Eigenschaften verschiedener Felder sind unten aufgeführt. Welche davon hat ein elektrisches Wirbelinduktionsfeld?

Spannungsleitungen sind zwangsläufig mit elektrischen Ladungen verbunden.

Spannungsleitungen sind nicht mit elektrischen Ladungen verbunden.

Das Feld hat Energie.

Das Feld hat keine Energie.

Die Arbeit, die Kräfte leisten, um eine elektrische Ladung entlang einer geschlossenen Bahn zu bewegen, ist möglicherweise nicht gleich Null.

Die Arbeit, die Kräfte leisten, um eine elektrische Ladung entlang eines geschlossenen Pfades zu bewegen, ist Null.

A. 1, 4, 6. B. 1, 3, 5. C. 1, 3, c. G. 2, 3, 5. D. 2, 3, 6. E. 2, 4, 6.

11. Ein Stromkreis mit einer Fläche von 200 cm 2 befindet sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld mit einer Induktion von 0,5 T, dem Winkel zwischen den Vektoren IN Induktion und eine Normale zur Konturoberfläche von 60°. Wie groß ist der magnetische Fluss durch die Schleife?

A. 50 Wb. B. 2 · 10 -2 Wb. V. 5 · 10 -3 Wb. G. 200 Wb. D. 5 Wb.

12. Ein Strom von 4 A erzeugt im Stromkreis einen magnetischen Fluss von 20 mWb. Wie groß ist die Induktivität des Stromkreises?

A. 5 Gn. B. 5 mH. V. 80 Gn. G. 80 mH. D. 0,2 Gn. E. 200 Gn.

13. Der magnetische Fluss durch den Stromkreis nahm in 0,5 s gleichmäßig von 10 mWb auf 0 mWb ab. Welchen Wert hat die EMF im Stromkreis zu diesem Zeitpunkt?

A. 5 · 10 -3 B. B. 5 C. C. 10 C. D. 20 V. D. 0,02 V. E. 0,01 V.

14. Wie groß ist die Energie des Magnetfeldes einer Spule mit einer Induktivität von 500 mH, wenn der Strom darin 4 A beträgt?

A. 2 J. B. 1 J. C. 8 J. D. 4 J. D. 1000 J. E. 4000 J.

15. Spule enthaltend P Drahtwindungen, die an eine Gleichstromquelle mit Spannung angeschlossen sind U auf dem Weg hinaus. Was ist der maximale Wert der selbstinduktiven EMK in der Spule, wenn die Spannung an ihren Enden abnimmt? U V auf 0 V?

A. U V.B. nU V.V. U / N V.G. Vielleicht um ein Vielfaches mehr U , hängt von der Änderungsgeschwindigkeit des Stroms und von der Induktivität der Spule ab.

16. Im in Abbildung 1 gezeigten Stromkreis gibt es vier Tasten 1, 2, 3 Und 4 geschlossen. Welche der vier Möglichkeiten bietet die beste Möglichkeit, das Phänomen der Selbstinduktion zu erkennen?

A. 1. B. 2. V. 3. G. 4. D. Einer der vier.

17. Eine Spule mit einer Induktivität von 2 H ist parallel zu einem Widerstand mit einem elektrischen Widerstand von 100 Ohm geschaltet, der Strom in der Spule beträgt 0,5 A, der elektrische Widerstand der Spule beträgt 900 Ohm. Welche elektrische Ladung fließt im Stromkreis von Spule und Widerstand, wenn sie von der Stromquelle getrennt sind (Abb. 2)?

A. 4000 Cl. B. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 1 10 -2 Cl. D. 1,1 10 -3 Cl. E. 1 10 -3 Cl.

18. Ein Flugzeug fliegt mit einer Geschwindigkeit von 1800 km/h, das Modul der vertikalen Komponente des Induktionsvektors des Erdmagnetfeldes beträgt 4 10 -5 Tesla. Wie groß ist der Potenzialunterschied zwischen den Flügelenden des Flugzeugs, wenn die Flügelspannweite 25 m beträgt?

A. 1,8 B. B. 0,5 B. C. 0,9 V. D. 0,25 V.

19. Rechteckiger Rahmen mit FlächeS Mit elektrischer SchockICH platziert in magnetisch InduktionsfeldIN . Wie groß ist das auf den Rahmen wirkende Kraftmoment, wenn der Winkel zwischen den Vektoren groß ist?IN und die Normale zum Rahmen ist ein?

A. IBS Sünde a. B. IBS. IN. IBS weil a. G. ICH 2 B.S. Sünde a. D. ICH 2 B.S. weil a. .

Option 2

Es sind verschiedene Arten elektrischer Stromphänomene bekannt, die je nach Art der Substanz, in der sie unter geeigneten Bedingungen auftreten, unterschiedlich sind.

Unter elektrischer Leitfähigkeit versteht man die Fähigkeit eines Stoffes, elektrischen Strom zu leiten.

Alle Stoffe werden in drei Klassen eingeteilt: Leiter, Halbleiter und Dielektrika. Es gibt Leiter der ersten und zweiten Art: In Leitern der ersten Art (Metalle) wird der Strom durch Elektronen erzeugt und die Leitfähigkeit wird als elektronisch bezeichnet; in Leitern der zweiten Art (Lösungen von Salzen, Säuren, Laugen) wird der Strom durch erzeugt Ionen.

Das Phänomen der gerichteten Bewegung freier elektrischer Ladungsträger in einer Substanz oder im Vakuum wird als Leitungsstrom bezeichnet.

Die Stärke eines elektrischen Stroms wird durch eine physikalische Größe gemessen, die als elektrische Stromstärke bezeichnet wird. Die Größe des Leitungsstroms wird durch die elektrische Ladung aller Teilchen bestimmt, die pro Zeiteinheit den Querschnitt des Leiters passieren:

In praktischen Berechnungen wird das Konzept der elektrischen Stromdichte verwendet (numerisch bestimmt durch das Verhältnis der Stromstärke zur Querschnittsfläche des Leiters):

;

Experimente haben gezeigt, dass die Intensität des elektrischen Stroms proportional zur elektrischen Feldstärke ist und von den Eigenschaften der leitfähigen Substanz abhängt. Die Abhängigkeit des Stroms von den Eigenschaften eines Stoffes wird als Leitfähigkeit bezeichnet, sein Kehrwert als Widerstand.

;

G – Leitfähigkeit;

R= 1\ G - Widerstand;

Der Widerstand hängt von der Temperatur ab: ;

α – Temperaturkoeffizient des Widerstands.

Halbleiter nehmen eine Zwischenstellung zwischen Leitern und Dielektrika ein; ihre Moleküle sind durch kovalente Bindungen verbunden. Diese Bindungen können unter bestimmten Bedingungen zerstört werden: Wir fügen entweder eine Verunreinigung von Elektronen oder eine Verunreinigung von positiven Ionen hinzu, und dann entsteht die Möglichkeit, eine Elektronen- oder Lochleitfähigkeit zu erhalten. Um Strom in einem Halbleiter bereitzustellen, muss eine Potentialdifferenz angelegt werden.

Die elektrische Leitfähigkeit von Dielektrika ist aufgrund der sehr starken Bindungen zwischen Elektronen und Kern praktisch Null. Wenn ein Dielektrikum in ein externes elektrisches Feld gebracht wird, kommt es aufgrund der Verschiebung positiver Ladungen in eine Richtung und negativer Ladungen in die andere zu einer Polarisation der Atome. Durch ein sehr starkes äußeres elektrisches Feld können Atome auseinandergerissen werden und es entsteht ein Durchschlagsstrom.

Neben dem Leitungsstrom gibt es auch einen Verschiebungsstrom. Der Verschiebungsstrom wird durch eine zeitliche Änderung des elektrischen Feldstärkevektors verursacht.

Elektrischer Strom kann nur in einem geschlossenen System fließen.

Thema 1.2 Einfache und komplexe Stromkreise

Ein Stromkreis ist eine Reihe von Geräten und Objekten, die den Stromfluss von der Quelle zum Verbraucher sicherstellen.

Ein Element eines Stromkreises ist ein separates Objekt oder Gerät. Die Hauptelemente eines Stromkreises sind: Quelle elektrischer Energie, Verbraucher, Geräte zur Übertragung elektrischer Energie. IN Quellen elektrischer Energie Verschiedene Arten nichtelektrischer Energie werden in elektrische Energie umgewandelt. IN Verbraucher Elektrische Energie wird in Wärme, Licht und andere nichtelektrische Energiearten umgewandelt. Geräte zur Übertragung elektrischer Energie von Quellen zu Verbrauchern sind Stromleitungen. Alle Grundelemente von Stromkreisen haben einen elektrischen Widerstand und beeinflussen die Stromstärke im Stromkreis.

Zusätzlich zu den Hauptelementen enthalten elektrische Schaltkreise Hilfselemente: Sicherungen, Schalter, Schalter, Messgeräte und mehr.

Der Stromkreis heißt einfach, wenn es aus einer geschlossenen Schleife besteht. Der Stromkreis heißt Komplex(verzweigt), wenn es aus mehreren geschlossenen Konturen besteht.

Ladung in Bewegung. Dies kann in Form einer plötzlichen Entladung statischer Elektrizität, beispielsweise eines Blitzes, erfolgen. Oder es könnte sich um einen kontrollierten Prozess in Generatoren, Batterien, Solar- oder Brennstoffzellen handeln. Heute werden wir uns mit dem Konzept des „elektrischen Stroms“ und den Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom befassen.

Elektrische Energie

Der Großteil des Stroms, den wir verbrauchen, kommt in Form von Wechselstrom aus dem Stromnetz. Es wird durch Generatoren erzeugt, die nach dem Faradayschen Induktionsgesetz arbeiten, wodurch ein sich änderndes Magnetfeld in einem Leiter einen elektrischen Strom induzieren kann.

Generatoren verfügen über rotierende Drahtspulen, die bei ihrer Rotation Magnetfelder passieren. Wenn sich die Spulen drehen, öffnen und schließen sie sich relativ zum Magnetfeld und erzeugen einen elektrischen Strom, der bei jeder Drehung seine Richtung ändert. Der Strom durchläuft einen vollständigen Zyklus 60 Mal pro Sekunde hin und her.

Generatoren können durch Dampfturbinen angetrieben werden, die mit Kohle, Erdgas, Öl oder einem Kernreaktor erhitzt werden. Vom Generator aus fließt der Strom durch eine Reihe von Transformatoren, wo seine Spannung ansteigt. Der Durchmesser der Drähte bestimmt die Menge und Intensität des Stroms, den sie ohne Überhitzung und Energieverlust führen können, und die Spannung wird nur dadurch begrenzt, wie gut die Leitungen von der Erde isoliert sind.

Interessant ist, dass der Strom nur von einem Draht geleitet wird und nicht von zwei. Seine beiden Seiten werden als positiv und negativ bezeichnet. Da sich die Polarität des Wechselstroms jedoch 60 Mal pro Sekunde ändert, haben sie andere Namen – heiß (Hauptstromleitungen) und Erde (verlegt unter der Erde, um den Stromkreis zu schließen).

Warum wird elektrischer Strom benötigt?

Es gibt viele Verwendungszwecke für elektrischen Strom: Er kann Ihr Zuhause beleuchten, Ihre Kleidung waschen und trocknen, Ihr Garagentor öffnen, Wasser in einem Wasserkocher zum Kochen bringen und andere Haushaltsgegenstände betreiben, die unser Leben viel einfacher machen. Allerdings wird die Fähigkeit des Stroms zur Informationsübertragung immer wichtiger.

Bei der Verbindung mit dem Internet verbraucht ein Computer nur einen kleinen Teil des elektrischen Stroms, ohne den sich der moderne Mensch sein Leben nicht vorstellen kann.

Das Konzept des elektrischen Stroms

Wie ein Fluss, ein Fluss aus Wassermolekülen, ist ein elektrischer Strom ein Fluss geladener Teilchen. Was verursacht es und warum geht es nicht immer in die gleiche Richtung? Woran denken Sie, wenn Sie das Wort „fließend“ hören? Vielleicht wird es ein Fluss sein. Das ist eine gute Assoziation, denn aus diesem Grund hat der elektrische Strom seinen Namen. Es ist dem Wasserfluss sehr ähnlich, aber statt dass sich Wassermoleküle entlang eines Kanals bewegen, bewegen sich geladene Teilchen entlang eines Leiters.

Unter den für die Existenz von elektrischem Strom notwendigen Bedingungen gibt es einen Punkt, der die Anwesenheit von Elektronen erfordert. Bei Atomen in einem leitfähigen Material schweben viele dieser freien geladenen Teilchen um und zwischen den Atomen. Ihre Bewegung ist zufällig, es gibt also keinen Fluss in eine bestimmte Richtung. Was ist nötig, damit elektrischer Strom existiert?

Zu den Bedingungen für das Vorhandensein von elektrischem Strom gehört das Vorhandensein von Spannung. Wenn es an einen Leiter angelegt wird, bewegen sich alle freien Elektronen in die gleiche Richtung und erzeugen so einen Strom.

Neugierig auf elektrischen Strom

Interessant ist, dass sich die Elektronen selbst viel langsamer bewegen, wenn elektrische Energie mit Lichtgeschwindigkeit durch einen Leiter übertragen wird. Wenn Sie langsam neben einem leitenden Draht laufen würden, wäre Ihre Geschwindigkeit tatsächlich 100-mal schneller als die der Elektronen. Dies liegt daran, dass sie keine großen Entfernungen zurücklegen müssen, um Energie untereinander zu übertragen.

Gleich- und Wechselstrom

Heutzutage werden häufig zwei verschiedene Stromarten verwendet: Gleichstrom und Wechselstrom. Im ersten Fall bewegen sich Elektronen in eine Richtung, von der „negativen“ Seite zur „positiven“ Seite. Wechselstrom treibt Elektronen hin und her und ändert dabei mehrmals pro Sekunde die Flussrichtung.

Generatoren, die in Kraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt werden, sind für die Erzeugung von Wechselstrom ausgelegt. Sie haben wahrscheinlich noch nie bemerkt, dass die Lichter in Ihrem Zuhause tatsächlich flackern, weil sich die aktuelle Richtung ändert, aber das geschieht zu schnell, als dass Ihre Augen es erkennen könnten.

Was sind die Bedingungen für die Existenz von Gleichstrom? Warum brauchen wir beide Typen und welcher ist besser? Das sind gute Fragen. Die Tatsache, dass wir immer noch beide Stromarten verwenden, legt nahe, dass beide bestimmten Zwecken dienen. Bereits im 19. Jahrhundert war klar, dass eine effiziente Energieübertragung über große Entfernungen zwischen einem Kraftwerk und einem Wohnhaus nur mit sehr hohen Spannungen möglich war. Das Problem bestand jedoch darin, dass das Senden von wirklich hoher Spannung für Menschen äußerst gefährlich war.

Die Lösung für dieses Problem bestand darin, die Spannung außerhalb des Hauses zu reduzieren, bevor man es hineinschickt. Bis heute wird elektrischer Gleichstrom für die Übertragung über große Entfernungen verwendet, vor allem aufgrund seiner Fähigkeit, sich leicht in andere Spannungen umwandeln zu lassen.

Wie funktioniert elektrischer Strom?

Zu den Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom gehören das Vorhandensein geladener Teilchen, eines Leiters und einer Spannung. Viele Wissenschaftler haben Elektrizität untersucht und herausgefunden, dass es zwei Arten von Elektrizität gibt: statische Elektrizität und Strom.

Es ist die Sekunde, die im täglichen Leben eines jeden Menschen eine große Rolle spielt, da sie einen elektrischen Strom darstellt, der durch den Stromkreis fließt. Wir nutzen es täglich, um unsere Häuser und vieles mehr mit Strom zu versorgen.

Was ist elektrischer Strom?

Wenn elektrische Ladungen in einem Stromkreis von einem Ort zum anderen zirkulieren, entsteht ein elektrischer Strom. Zu den Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom gehört neben geladenen Teilchen auch die Anwesenheit eines Leiters. Meistens ist dies ein Draht. Sein Stromkreis ist ein geschlossener Stromkreis, in dem Strom von der Stromquelle fließt. Wenn der Stromkreis geöffnet ist, kann er die Reise nicht beenden. Wenn beispielsweise das Licht in Ihrem Zimmer ausgeschaltet ist, ist der Stromkreis offen, wenn der Stromkreis jedoch geschlossen ist, ist das Licht an.

Aktuelle Energie

Die Bedingungen für das Vorhandensein von elektrischem Strom in einem Leiter werden stark von Spannungseigenschaften wie der Leistung beeinflusst. Dies ist ein Maß dafür, wie viel Energie über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wird.

Es gibt viele verschiedene Einheiten, mit denen dieses Merkmal ausgedrückt werden kann. Allerdings wird die elektrische Leistung nahezu in Watt gemessen. Ein Watt entspricht einem Joule pro Sekunde.

Elektrische Ladung in Bewegung

Was sind die Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom? Dies kann in Form einer plötzlichen Entladung statischer Elektrizität erfolgen, beispielsweise durch einen Blitz oder einen Funken durch Reibung mit Wollstoff. Wenn wir jedoch über elektrischen Strom sprechen, sprechen wir häufiger von einer kontrollierteren Form von Elektrizität, die dafür sorgt, dass Lichter brennen und Geräte funktionieren. Der größte Teil der elektrischen Ladung wird innerhalb eines Atoms von negativen Elektronen und positiven Protonen getragen. Letztere sind jedoch hauptsächlich im Inneren von Atomkernen immobilisiert, sodass die Arbeit der Ladungsübertragung von einem Ort zum anderen von Elektronen übernommen wird.

Elektronen in einem leitenden Material wie einem Metall können sich entlang ihrer Leitungsbänder, den höchsten Elektronenbahnen, weitgehend frei von einem Atom zum anderen bewegen. Eine ausreichende elektromotorische Kraft oder Spannung erzeugt ein Ladungsungleichgewicht, das dazu führen kann, dass Elektronen in Form eines elektrischen Stroms durch einen Leiter fließen.

Wenn wir eine Analogie zu Wasser ziehen, dann nehmen wir zum Beispiel eine Pfeife. Wenn wir das Ventil an einem Ende öffnen, damit Wasser in das Rohr fließen kann, müssen wir nicht warten, bis das Wasser bis zum Ende gelangt ist. Am anderen Ende erhalten wir fast augenblicklich Wasser, weil das einströmende Wasser das bereits im Rohr befindliche Wasser drückt. Dies geschieht, wenn in einem Kabel elektrischer Strom fließt.

Elektrischer Strom: Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom

Unter elektrischem Strom versteht man üblicherweise einen Elektronenfluss. Wenn die beiden Enden einer Batterie über einen Metalldraht miteinander verbunden sind, wandert diese geladene Masse durch den Draht von einem Ende (Elektrode oder Pol) der Batterie zum gegenüberliegenden Ende. Nennen wir also die Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom:

1. Geladene Partikel.
2. Dirigent.
3. Spannungsquelle.

Allerdings ist nicht alles so einfach. Welche Bedingungen sind für die Existenz von elektrischem Strom notwendig? Diese Frage kann durch die Betrachtung folgender Merkmale genauer beantwortet werden:

• Potentialdifferenz (Spannung). Dies ist eine der zwingenden Bedingungen. Zwischen den beiden Punkten muss ein Potentialunterschied bestehen, was bedeutet, dass die Abstoßungskraft, die die geladenen Teilchen an einem Ort erzeugen, größer sein muss als ihre Kraft an einem anderen Punkt. Spannungsquellen kommen in der Natur in der Regel nicht vor und Elektronen sind in der Umgebung ziemlich gleichmäßig verteilt. Dennoch gelang es den Wissenschaftlern, bestimmte Arten von Geräten zu erfinden, in denen sich diese geladenen Teilchen ansammeln und so die unbedingt notwendige Spannung erzeugen können (z. B. in Batterien).
• Elektrischer Widerstand (Leiter). Dies ist die zweite wichtige Voraussetzung für die Existenz von elektrischem Strom. Dies ist der Weg, auf dem sich geladene Teilchen bewegen. Als Leiter fungieren nur solche Materialien, die den Elektronen eine freie Bewegung ermöglichen. Wer diese Fähigkeit nicht besitzt, nennt man Isolatoren. Beispielsweise ist ein Metalldraht ein hervorragender Leiter, während sein Gummimantel ein hervorragender Isolator ist.

Nachdem die Menschen die Bedingungen für die Entstehung und Existenz von elektrischem Strom sorgfältig untersucht hatten, konnten sie dieses mächtige und gefährliche Element zähmen und zum Wohle der Menschheit einsetzen.

Das Phänomen des Auftretens von elektrischem Strom in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der von diesem Stromkreis abgedeckte magnetische Fluss ändert, wird elektromagnetische Induktion genannt.

Es wurde von Joseph Henry (Beobachtungen 1830, Ergebnisse 1832 veröffentlicht) und Michael Faraday (Beobachtungen und Ergebnisse 1831 veröffentlicht) entdeckt.

Faradays Experimente wurden mit zwei ineinander gesteckten Spulen durchgeführt (die äußere Spule ist ständig mit dem Amperemeter verbunden und die innere über einen Schlüssel mit der Batterie). Der Induktionsstrom in der äußeren Spule wird beobachtet:

A

V

B

Beim Schließen und Öffnen des Stromkreises ist die innere Spule relativ zur äußeren bewegungslos (Abb. a);

Beim Bewegen der inneren Spule mit Gleichstrom relativ zur äußeren (Abb. b);

Bei Bewegung relativ zur äußeren Spule eines Permanentmagneten (Abb. c).

Faraday zeigte, dass sich in allen Fällen des Auftretens eines induzierten Stroms in der äußeren Spule der magnetische Fluss durch diese ändert. In Abb. Die äußere Spule ist als eine Windung dargestellt. Im ersten Fall (Abb. a) fließt bei geschlossenem Stromkreis ein Strom durch die innere Spule, ein Magnetfeld entsteht (ändert sich) und dementsprechend ein magnetischer Fluss durch die äußere Spule. Im zweiten (Abb. b) und dritten (Abb. c) Fall ändert sich der magnetische Fluss durch die äußere Spule aufgrund einer Änderung des Abstands von ihr zur inneren Spule mit Strom oder zum Permanentmagneten während der Bewegung .

A

V

B

ICH

ICH

ICH

Im Jahr 1834 stellte Emilius Christianovich Lenz experimentell eine Regel auf, mit der man die Richtung des Induktionsstroms bestimmen kann: Der Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass er der Ursache entgegenwirkt, die ihn verursacht; Der induzierte Strom hat immer eine solche Richtung, dass die Zunahme des magnetischen Flusses, die er erzeugt, und die Zunahme des magnetischen Flusses, die diesen induzierten Strom verursacht hat, ein entgegengesetztes Vorzeichen haben. Diese Regel wird Lenzsche Regel genannt.

Gesetz der elektromagnetischen Induktion kann in der folgenden Form formuliert werden: Die EMK der elektromagnetischen Induktion in einem Stromkreis ist gleich der zeitlichen Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von diesem Stromkreis begrenzte Oberfläche, angegeben mit einem Minuszeichen

Dabei ist dФ = das Skalarprodukt des magnetischen Induktionsvektors und des Vektors der Oberfläche. Vektor, wobei der Einheitsvektor () der Normalen auf eine infinitesimale Oberfläche der Fläche ist.

Das Minuszeichen im Ausdruck ist mit der Regel zur Auswahl der Richtung der Normalen zur Kontur, die die Oberfläche begrenzt, und der positiven Richtung der Durchquerung dieser verbunden. Gemäß der Definition ist der magnetische Fluss Ф durch eine Oberfläche mit der Fläche S

hängt von der Zeit ab, wenn sich mit der Zeit Folgendes ändert: Oberfläche S;

magnetisches Induktionsvektormodul B; Winkel zwischen Vektoren und normal .

Wenn eine geschlossene Schleife (Spule) aus Windungen besteht, wird der gesamte Fluss durch die von einer solchen komplexen Kontur begrenzte Oberfläche als Flussverknüpfung bezeichnet und ist definiert als

Dabei ist Ф i der magnetische Fluss durch die i-Windung. Wenn alle Wendungen gleich sind, dann

wobei Ф der magnetische Fluss durch eine beliebige Windung ist. In diesem Fall

ICH

ICH

ICH

N Umdrehungen

1 Drehung

2 Umdrehungen

Mit dem Ausdruck können Sie nicht nur die Größe, sondern auch die Richtung des Induktionsstroms bestimmen. Wenn die Werte der EMK und damit des induzierten Stroms positive Werte sind, wird der Strom entlang der positiven Richtung des Stromkreises geleitet, wenn er negativ ist - in die entgegengesetzte Richtung (die Richtung des positiven Stromkreises wird durch Auswahl bestimmt). die Normale zur vom Stromkreis begrenzten Fläche)