რეზერფორდი გაოგნებული იყო. მან ბრწყინვალედ მოახერხა ატომის შინაგანი სტრუქტურის გამოვლენა, თუმცა ამით მეცნიერმა გამოავლინა ფიზიკურ მეცნიერებაში ყველაზე დიდი კონფლიქტი. ოქროს ფოლგის ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ატომი არის პატარა „პლანეტარული“ სისტემა. თუმცა, ელექტრომაგნიტიზმის თეორიამ იწინასწარმეტყველა, რომ ასეთი სისტემა კატეგორიულად არასტაბილური იყო - ის "თვალის დახამხამებასაც" ვერ გაძლებდა. პარადოქსული სიტუაცია იყო და მისგან გამოსავლის პოვნა თითქმის შეუძლებელი ჩანდა. მიუხედავად ამისა, ერთმა კაცმა - ახალგაზრდა დანიელმა ფიზიკოსმა - მიაღწია წარმატებას.

ნილს ბორი (1885–1962) ჩამოვიდა ინგლისში 1911 წელს კოპენჰაგენში დოქტორის მიღების შემდეგ და მას შემდეგ მუშაობდა ჯერ ჯ.ჯ. ტომსონის, შემდეგ კი რეზერფორდის ხელმძღვანელობით. მას ესმოდა, რომ რეზერფორდის ატომის პლანეტარული მოდელი, რომელიც მხარდაჭერილი იყო სერიოზული ექსპერიმენტული მონაცემებით, საკმაოდ დამაჯერებელი იყო. მაგრამ ამავე დროს, მან გააცნობიერა, რომ ელექტრომაგნიტიზმის კანონები, რომლებმაც მსოფლიოს ელექტროძრავები და დინამოები მისცა, არანაკლებ დამაჯერებელია. ბორის რევოლუციური გადაწყვეტილება ატომური პარადოქსის შესახებ მარტივი და თამამი იყო. ბორმა 1913 წელს გამოაცხადა, რომ ელექტრომაგნიტიზმის კანონები უბრალოდ არ მოქმედებს ატომების შიგნით. ბირთვის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონები არ ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს და ამიტომ სპირალურად არ ეცემა ბირთვს. მოკლედ, ფიზიკის ცნობილი კანონები არ ვრცელდება ულტრაპატარა ობიექტების სფეროზე.

სიტყვა "ინდუქცია" რუსულად ნიშნავს აგზნების, ხელმძღვანელობის, რაღაცის შექმნის პროცესებს. ელექტრო ინჟინერიაში ეს ტერმინი ორ საუკუნეზე მეტია გამოიყენება.

1821 წლის პუბლიკაციების გაცნობის შემდეგ, დანიელი მეცნიერის ოერსტედის ექსპერიმენტების აღწერისას, მაგნიტური ნემსის გადახრებზე ელექტრული დენით გამტართან, მაიკლ ფარადეიმ საკუთარ თავს დაავალა: მაგნეტიზმის ელექტროენერგიად გადაქცევა.

10 წლიანი კვლევის შემდეგ მან ჩამოაყალიბა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ძირითადი კანონი და ახსნა ეს ნებისმიერი დახურული მიკროსქემის შიგნით წარმოიქმნება ელექტრომამოძრავებელი ძალა. მისი მნიშვნელობა განისაზღვრება მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სიჩქარით, რომელიც შეაღწევს განხილულ წრეში, მაგრამ აღებულია მინუს ნიშნით.

ელექტრომაგნიტური ტალღების გადაცემა მანძილზე

პირველი ვარაუდი, რომელიც გაჩნდა მეცნიერის ტვინში, არ დაგვირგვინდა პრაქტიკული წარმატებით.

მან გვერდიგვერდ მოათავსა ორი დახურული გამტარი. ერთის მახლობლად დავაყენე მაგნიტური ნემსი, როგორც გამავალი დენის ინდიკატორი, ხოლო მეორე მავთულში მივმართე პულსი იმდროინდელი ძლიერი გალვანური წყაროდან: ვოლტის სვეტი.

მკვლევარმა ივარაუდა, რომ პირველ წრეში დენის იმპულსით, მასში ცვალებადი მაგნიტური ველი გამოიწვევდა დენს მეორე გამტარში, რომელიც გადახრის მაგნიტურ ნემსს. მაგრამ შედეგი უარყოფითი იყო - მაჩვენებელი არ მუშაობდა. უფრო სწორად, სენსიტიურობა აკლდა.

მეცნიერის ტვინმა იწინასწარმეტყველა ელექტრომაგნიტური ტალღების შექმნა და გადაცემა დისტანციებზე, რომლებიც ახლა გამოიყენება რადიომაუწყებლობაში, ტელევიზიაში, უკაბელო კონტროლში, Wi-Fi ტექნოლოგიებში და მსგავს მოწყობილობებში. ის უბრალოდ ძირს უთხრიდა იმდროინდელი საზომი მოწყობილობების არასრულყოფილი ელემენტის ბაზას.

ელექტროენერგიის გამომუშავება

წარუმატებელი ექსპერიმენტის შემდეგ მაიკლ ფარადეიმ შეცვალა ექსპერიმენტის პირობები.

ექსპერიმენტისთვის ფარადეიმ გამოიყენა ორი ხვეული დახურული წრეებით. პირველ წრეში მან ელექტრული დენი მიაწოდა წყაროდან, ხოლო მეორეში დააკვირდა EMF-ის გამოჩენას. No1 გრაგნილის მოხვევებში გამავალი დენი ქმნიდა მაგნიტურ ნაკადს კოჭის ირგვლივ, შეაღწევდა No2 გრაგნილს და ქმნიდა მასში ელექტრომამოძრავებელ ძალას.

ფარადეის ექსპერიმენტის დროს:

• ჩართულია ძაბვის პულსის მიწოდება წრედზე სტაციონარული კოჭებით;
• დენის გამოყენებისას მან ზედა ჩაუშვა ქვედა ხვეულში;
• მუდმივად დამაგრებული გრაგნილი No1 და მასში შემოყვანილია გრაგნილი No2;
• შეცვალეთ ხვეულების მოძრაობის სიჩქარე ერთმანეთთან შედარებით.

ყველა ამ შემთხვევაში, ის აკვირდებოდა ინდუქციური ემფ-ის გამოვლინებას მეორე ხვეულში. და მხოლოდ პირდაპირი დენის გავლისას გრაგნილი No1 და ფიქსირებული ბორბლებით, ელექტრომამოძრავებელი ძალა არ არსებობდა.

მეცნიერმა დაადგინა მეორე ხვეულში გამოწვეული EMF დამოკიდებულია სიჩქარეზე, რომლითაც იცვლება მაგნიტური ნაკადი. მისი ზომების პროპორციულია.

იგივე ნიმუში სრულად ვლინდება დახურული მარყუჟის გავლისას.EMF-ის მოქმედებით მავთულში წარმოიქმნება ელექტრული დენი.

მაგნიტური ნაკადი განსახილველ შემთხვევაში იცვლება დახურული სქემით შექმნილ Sk წრეში.

ამგვარად, ფარადეის მიერ შექმნილმა განვითარებამ შესაძლებელი გახადა მბრუნავი გამტარი ჩარჩოს მოთავსება მაგნიტურ ველში.

შემდეგ იგი გაკეთდა დიდი რაოდენობით მობრუნებისგან, დაფიქსირდა ბრუნვის საკისრებში. გრაგნილის ბოლოებზე დამონტაჟდა მათ გასწვრივ მოცურების რგოლები და ჯაგრისები, ხოლო ტვირთი უერთდებოდა კორპუსის ტერმინალებით. შედეგი იყო თანამედროვე ალტერნატორი.

მისი მარტივი დიზაინი შეიქმნა მაშინ, როდესაც გრაგნილი დამაგრდა სტაციონარულ კორპუსზე და მაგნიტურმა სისტემამ ბრუნა დაიწყო. ამ შემთხვევაში ხარჯზე დენების წარმოქმნის მეთოდი არანაირად არ დაირღვა.

ელექტროძრავების მუშაობის პრინციპი

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი, რომელიც მაიკლ ფარადეიმ დაასაბუთა, შესაძლებელი გახადა ელექტროძრავების სხვადასხვა დიზაინის შექმნა. მათ აქვთ მსგავსი მოწყობილობა გენერატორებთან: მოძრავი როტორი და სტატორი, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველების გამო.

ელექტროენერგიის ტრანსფორმაცია

მაიკლ ფარადეიმ დაადგინა ინდუქციური ელექტრომოძრავი ძალისა და ინდუქციური დენის წარმოქმნა ახლომდებარე გრაგნილში, როდესაც იცვლება მაგნიტური ველი მიმდებარე ხვეულში.

დენი მიმდებარე გრაგნილის შიგნით გამოწვეულია გადართვის წრედის გადართვის კოჭში 1 და ყოველთვის იმყოფება გენერატორის მუშაობის დროს გრაგნილ 3-ზე.

ამ თვისებაზე, რომელსაც ეწოდება ურთიერთ ინდუქცია, ეფუძნება ყველა თანამედროვე სატრანსფორმატორო მოწყობილობის მოქმედება.

მაგნიტური ნაკადის გავლის გასაუმჯობესებლად, მათ აქვთ იზოლირებული გრაგნილები, რომლებიც დაყენებულია საერთო ბირთვზე, რომელსაც აქვს მინიმალური მაგნიტური წინააღმდეგობა. იგი მზადდება სპეციალური კლასების ფოლადისგან და ყალიბდება თხელი ფურცლების აკრეფით, გარკვეული ფორმის მონაკვეთების სახით, რომელსაც მაგნიტური წრე ეწოდება.

ტრანსფორმატორები გადასცემენ, ურთიერთინდუქციის გამო, ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიას ერთი გრაგნილიდან მეორეზე ისე, რომ მოხდეს ცვლილება, ძაბვის მნიშვნელობის ტრანსფორმაცია მის შემავალ და გამომავალ ტერმინალებზე.

გრაგნილებში ბრუნთა რაოდენობის თანაფარდობა განსაზღვრავს ტრანსფორმაციის კოეფიციენტი, და მავთულის სისქე, ძირითადი მასალის დიზაინი და მოცულობა - გადაცემული სიმძლავრის რაოდენობა, სამუშაო დენი.

ინდუქტორების მუშაობა

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის გამოვლინება შეინიშნება ხვეულში მასში გამავალი დენის სიდიდის ცვლილების დროს. ამ პროცესს თვითინდუქცია ეწოდება.

როდესაც გადამრთველი ჩართულია ზემოთ მოცემულ დიაგრამაში, ინდუქციური დენი ცვლის ოპერაციული დენის სწორხაზოვანი ზრდის ბუნებას წრეში, ისევე როგორც მოგზაურობის დროს.

როდესაც ალტერნატიული ძაბვა, ვიდრე მუდმივი ძაბვა, გამოიყენება დირიჟორზე, რომელიც გადაჭრილია კოჭში, მასში გადის ინდუქციური წინააღმდეგობით შემცირებული დენი. თვითინდუქციის ენერგია ცვლის დენის ფაზას გამოყენებული ძაბვის მიმართ.

ეს ფენომენი გამოიყენება ჩოკებში, რომლებიც შექმნილია მაღალი დენების შესამცირებლად, რომლებიც წარმოიქმნება აღჭურვილობის გარკვეულ სამუშაო პირობებში. ასეთი მოწყობილობები, კერძოდ, გამოიყენება.

ინდუქტორზე მაგნიტური წრედის დიზაინის მახასიათებელია ფირფიტების გაჭრა, რომელიც იქმნება მაგნიტური ნაკადის მიმართ მაგნიტური წინააღმდეგობის შემდგომი გაზრდის მიზნით, ჰაერის უფსკრული წარმოქმნის გამო.

ჩოხები მაგნიტური წრედის გაყოფილი და რეგულირებადი პოზიციით გამოიყენება ბევრ რადიოინჟინერიაში და ელექტრო მოწყობილობებში. ხშირად ისინი გვხვდება შედუღების ტრანსფორმატორების დიზაინში. ისინი ამცირებენ ელექტროდში გავლილი ელექტრული რკალის სიდიდეს ოპტიმალურ მნიშვნელობამდე.

ინდუქციური ღუმელები

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი ვლინდება არა მხოლოდ მავთულხლართებში და გრაგნილებში, არამედ ნებისმიერი მასიური ლითონის ობიექტის შიგნით. მათში გამოწვეულ დინებებს მორევი ეწოდება. ტრანსფორმატორების და ჩოკების მუშაობის დროს ისინი იწვევენ მაგნიტური წრედის და მთელი სტრუქტურის გათბობას.

ამ ფენომენის თავიდან ასაცილებლად, ბირთვები დამზადებულია თხელი ლითონის ფურცლებისაგან და იზოლირებულია ერთმანეთთან ლაქის ფენით, რომელიც ხელს უშლის ინდუცირებული დენების გავლას.

გათბობის სტრუქტურებში, მორევის დენები არ ზღუდავს, მაგრამ ქმნის ყველაზე ხელსაყრელ პირობებს მათი გავლისთვის. ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო წარმოებაში მაღალი ტემპერატურის შესაქმნელად.

ელექტრო საზომი მოწყობილობები

ინდუქციური მოწყობილობების დიდი კლასი აგრძელებს მუშაობას ენერგეტიკულ სექტორში. ელექტრო მრიცხველები მბრუნავი ალუმინის დისკით, სიმძლავრის რელეების დიზაინის მსგავსი, მაჩვენებლების მრიცხველების დასვენების სისტემები მუშაობს ელექტრომაგნიტური ინდუქციის პრინციპის საფუძველზე.

გაზის მაგნიტური გენერატორები

თუ დახურული ჩარჩოს ნაცვლად, გამტარი აირი, სითხე ან პლაზმა გადაადგილდება მაგნიტის ველში, მაშინ ელექტროენერგიის მუხტები მაგნიტური ველის ხაზების მოქმედებით გადაიხრება მკაცრად განსაზღვრულ მიმართულებებში და წარმოქმნის ელექტრო დენს. მისი მაგნიტური ველი დამონტაჟებული ელექტროდის საკონტაქტო ფირფიტებზე იწვევს ელექტრომამოძრავებელ ძალას. მისი მოქმედებით, MHD გენერატორთან დაკავშირებულ წრეში იქმნება ელექტრული დენი.

ასე ვლინდება ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი MHD გენერატორებში.

არ არსებობს ისეთი რთული მბრუნავი ნაწილები, როგორიცაა როტორი. ეს ამარტივებს დიზაინს, საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად გაზარდოთ სამუშაო გარემოს ტემპერატურა და, ამავე დროს, ელექტროენერგიის გამომუშავების ეფექტურობა. MHD გენერატორები მოქმედებენ როგორც სარეზერვო ან გადაუდებელი წყაროები, რომლებსაც შეუძლიათ მოკლე დროში წარმოქმნან ელექტროენერგიის მნიშვნელოვანი ნაკადები.

ამრიგად, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი, რომელიც ერთ დროს ამართლებდა მაიკლ ფარადეის მიერ, დღესაც აქტუალურია.

ელექტრომაგნიტიზმის პირველი კანონი აღწერს ელექტრული ველის დინებას:

სადაც ε 0 არის რაღაც მუდმივი (წაიკითხეთ ეპსილონი ნული). თუ ზედაპირის შიგნით არ არის მუხტები, მაგრამ არის მუხტები მის გარეთ (თუნდაც ძალიან ახლოს), მაშინ ერთი და იგივეა. საშუალო E-ის ნორმალური კომპონენტი არის ნულოვანი, ამიტომ არ არის ნაკადი ზედაპირზე. ამ ტიპის განცხადების სარგებლიანობის საჩვენებლად, ჩვენ დავამტკიცებთ, რომ განტოლება (1.6) ემთხვევა კულონის კანონს, თუ მხოლოდ მხედველობაში მივიღებთ, რომ ინდივიდუალური მუხტის ველი სფერულად სიმეტრიული უნდა იყოს. დახაზეთ სფერო წერტილის მუხტის გარშემო. მაშინ საშუალო ნორმალური კომპონენტი ზუსტად უდრის E-ის მნიშვნელობას ნებისმიერ წერტილში, რადგან ველი უნდა იყოს მიმართული რადიუსის გასწვრივ და ჰქონდეს იგივე სიდიდე სფეროს ყველა წერტილში. შემდეგ ჩვენი წესი ამბობს, რომ სფეროს ზედაპირის ველი გამრავლებულია სფეროს ფართობზე (ანუ სფეროდან გამომავალი ნაკადი) პროპორციულია მის შიგნით მუხტისა. თუ თქვენ გაზრდით სფეროს რადიუსს, მაშინ მისი ფართობი იზრდება რადიუსის კვადრატში. ელექტრული ველისა და ამ ფართობის საშუალო ნორმალური კომპონენტის ნამრავლი მაინც უნდა იყოს შიდა მუხტის ტოლი, ამიტომ ველი უნდა შემცირდეს მანძილის კვადრატად; ამგვარად მიიღება „შებრუნებული კვადრატების“ ველი.

თუ ავიღებთ თვითნებურ მრუდს სივრცეში და გავზომავთ ელექტრული ველის ცირკულაციას ამ მრუდის გასწვრივ, მაშინ გამოდის, რომ ზოგად შემთხვევაში ის არ არის ნულის ტოლი (თუმცა ასეა კულონის ველში). ამის ნაცვლად, მეორე კანონი მოქმედებს ელექტროენერგიაზე, სადაც ნათქვამია

და ბოლოს, ელექტრომაგნიტური ველის კანონების ფორმულირება დასრულდება, თუ დავწერთ B მაგნიტური ველის ორ შესაბამის განტოლებას:

და ზედაპირისთვის ს, შემოსაზღვრული მრუდი თან:

მუდმივი c 2, რომელიც გამოჩნდა განტოლებაში (1.9) არის სინათლის სიჩქარის კვადრატი. მისი გამოჩენა გამართლებულია იმით, რომ მაგნეტიზმი არსებითად ელექტროენერგიის რელატივისტური გამოვლინებაა. და მუდმივი ε 0 დაყენდა იმისათვის, რომ წარმოიქმნას ელექტრული დენის სიძლიერის ჩვეულებრივი ერთეულები.

განტოლებები (1.6) - (1.9), ისევე როგორც განტოლება (1.1) - ეს არის ელექტროდინამიკის ყველა კანონი. როგორც გახსოვთ, ნიუტონის კანონები ძალიან ადვილი დასაწერი იყო, მაგრამ მათ ბევრი რთული შედეგი მოჰყვა, ამიტომ ყველა მათგანის შესწავლას დიდი დრო დასჭირდა. ელექტრომაგნიტიზმის კანონები შეუდარებლად უფრო რთული დასაწერია და უნდა ველოდოთ, რომ მათი შედეგები ბევრად უფრო რთული იქნება და ახლა ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში მოგვიწევს მათი გაგება.

ელექტროდინამიკის ზოგიერთი კანონის ილუსტრირება შეგვიძლია მარტივი ექსპერიმენტების სერიით, რომლებსაც შეუძლიათ ხარისხობრივად მაინც დაგვანახონ ელექტრულ და მაგნიტურ ველებს შორის ურთიერთობა. თქვენ გაიგებთ (1.1) განტოლების პირველ ტერმინს თმის ვარცხნით, ამიტომ ამაზე არ ვისაუბრებთ. მეორე წევრი განტოლებაში (1.1) შეიძლება აჩვენოს დენის გავლის გზით, რომელიც შეჩერებულია მაგნიტურ ზოლზე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1.6. როდესაც დენი ჩართულია, მავთული მოძრაობს იმის გამო, რომ მასზე ძალა მოქმედებს F = qvXB. როდესაც მავთულში დენი გადის, მასში არსებული მუხტები მოძრაობენ, ანუ აქვთ v სიჩქარე და მათზე მოქმედებს მაგნიტის მაგნიტური ველი, რის შედეგადაც მავთული შორდება.

როდესაც მავთული მარცხნივ მიიწევს, მოსალოდნელია, რომ თავად მაგნიტი განიცდის ბიძგს მარჯვნივ. (წინააღმდეგ შემთხვევაში, მთელი ეს მოწყობილობა შეიძლება დამონტაჟდეს პლატფორმაზე და მიიღოს რეაქტიული სისტემა, რომელშიც იმპულსი არ იქნება შენარჩუნებული!) მიუხედავად იმისა, რომ ძალა ძალიან მცირეა მაგნიტური ჯოხის მოძრაობის შესამჩნევად, უფრო მგრძნობიარე მოწყობილობის მოძრაობა, ვთქვათ. კომპასის ნემსი, საკმაოდ შესამჩნევია.

როგორ უბიძგებს მაგნიტს მავთულის დენი? მავთულში გამავალი დენი მის გარშემო ქმნის საკუთარ მაგნიტურ ველს, რომელიც მოქმედებს მაგნიტზე. (1.9) განტოლების ბოლო წევრის შესაბამისად, დენი უნდა გამოიწვიოს წრკულაციებივექტორი B; ჩვენს შემთხვევაში, ველის ხაზები B დახურულია მავთულის გარშემო, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1.7. სწორედ ეს ველი B არის პასუხისმგებელი მაგნიტზე მოქმედ ძალაზე.

განტოლება (1.9) გვეუბნება, რომ დენის მოცემული რაოდენობით, რომელიც მიედინება მავთულში, B ველის ცირკულაცია იგივეა. ნებისმიერიმავთულის მიმდებარე მრუდი. იმ მოსახვევებს (წრეებს, მაგალითად), რომლებიც მავთულისგან შორს მდებარეობს, უფრო გრძელი აქვთ, ამიტომ ტანგენტური კომპონენტი B უნდა შემცირდეს. თქვენ ხედავთ, რომ მოსალოდნელია, რომ B წრფივად შემცირდება გრძელი სწორი მავთულიდან დაშორებით.

ჩვენ ვთქვით, რომ მავთულში გამავალი დენი მის ირგვლივ ქმნის მაგნიტურ ველს და თუ არის მაგნიტური ველი, მაშინ ის გარკვეული ძალით მოქმედებს მავთულზე, რომლითაც დენი გადის. ასე რომ, უნდა ვიფიქროთ, რომ თუ მაგნიტური ველი იქმნება ერთ მავთულში გამავალი დენით, მაშინ ის გარკვეული ძალით იმოქმედებს მეორე მავთულზე, რომლის მეშვეობითაც დენი გადის. ამის ჩვენება შესაძლებელია ორი თავისუფლად შეკიდული მავთულის გამოყენებით (ნახ. 1.8). როდესაც დინების მიმართულება ერთნაირია, მავთულები იზიდავს, ხოლო როდესაც მიმართულებები საპირისპიროა, ისინი მოგერიდებიან.

მოკლედ, ელექტრული დენები, მაგნიტების მსგავსად, ქმნის მაგნიტურ ველებს. მაგრამ მაშინ რა არის მაგნიტი? ვინაიდან მაგნიტური ველები წარმოიქმნება მოძრავი მუხტების შედეგად, განა არ შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ რკინის ნაჭრის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველი რეალურად არის დენების მოქმედების შედეგი? როგორც ჩანს, ეს ასეა. ჩვენს ექსპერიმენტებში შესაძლებელია მაგნიტური ჯოხის შეცვლა ჭრილობის მავთულის ხვეულით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1.9. როდესაც დენი გადის ხვეულში (ისევე როგორც მის ზემოთ სწორ მავთულს), გამტარის ზუსტად იგივე მოძრაობა შეინიშნება, როგორც ადრე, როდესაც მაგნიტი იყო კოჭის ადგილას. ყველაფერი ისე გამოიყურება, თითქოს დენი მუდმივად ტრიალებს რკინის ნაჭერში. მართლაც, მაგნიტების თვისებები შეიძლება გავიგოთ, როგორც უწყვეტი დენი რკინის ატომებში. მაგნიტზე მოქმედი ძალა ნახ. 1.7 აიხსნება მეორე წევრით (1.1) განტოლებაში.

საიდან მოდის ეს დინებები? ერთ-ერთი წყაროა ელექტრონების მოძრაობა ატომურ ორბიტებში. რკინაში ეს ასე არ არის, მაგრამ ზოგიერთ მასალაში მაგნეტიზმის წარმოშობა სწორედ ეს არის. გარდა იმისა, რომ ელექტრონი ბრუნავს ატომის ბირთვის გარშემო, ასევე ბრუნავს საკუთარი ღერძის გარშემო (რაღაც დედამიწის ბრუნვის მსგავსი); სწორედ ამ ბრუნვისგან წარმოიქმნება დენი, რომელიც ქმნის რკინის მაგნიტურ ველს. (ჩვენ ვთქვით „რაღაც დედამიწის ბრუნვის მსგავსი“, რადგან სინამდვილეში, კვანტურ მექანიკაში საკითხი იმდენად ღრმაა, რომ კარგად არ ჯდება კლასიკურ ცნებებში.) უმეტეს ნივთიერებებში, ზოგიერთი ელექტრონი ტრიალებს ერთი მიმართულებით, ზოგი კი. მეორეში ისე, რომ მაგნეტიზმი ქრება, ხოლო რკინაში (იდუმალი მიზეზის გამო, რომელზეც მოგვიანებით ვისაუბრებთ) მრავალი ელექტრონი ბრუნავს ისე, რომ მათი ღერძი ერთი და იმავე მიმართულებით არის მიმართული და ეს არის მაგნიტიზმის წყარო.

ვინაიდან მაგნიტების ველები წარმოიქმნება დენებისაგან, არ არის საჭირო დამატებითი ტერმინების ჩასმა განტოლებებში (1.8) და (1.9), რომლებიც ითვალისწინებენ მაგნიტების არსებობას. ეს განტოლებები დაახლოებით ყველადენები, მათ შორის მბრუნავი ელექტრონების წრიული დენები და კანონი სწორი აღმოჩნდება. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ განტოლების (1.8) მიხედვით, (1.6) განტოლების მარჯვენა მხარეს არ არსებობს ელექტრული მუხტების მსგავსი მაგნიტური მუხტები. ისინი არასოდეს აღმოაჩინეს.

პირველი წევრი განტოლების მარჯვენა მხარეს (1.9) თეორიულად აღმოაჩინა მაქსველმა; ის არის ძალიან მნიშვნელოვანი. ის ამბობს, რომ შეიცვალოს ელექტროველები იწვევს მაგნიტურ მოვლენებს. ფაქტობრივად, ამ ტერმინის გარეშე, განტოლება დაკარგავს თავის მნიშვნელობას, რადგან მის გარეშე გაქრება დენები ღია წრეებში. მაგრამ სინამდვილეში, ასეთი მიმდინარეობები არსებობს; შემდეგი მაგალითი ამაზე მეტყველებს. წარმოიდგინეთ კონდენსატორი, რომელიც შედგება ორი ბრტყელი ფირფიტისგან. ის იტენება დენით, რომელიც მიედინება ერთ ფირფიტაში და გამოდის მეორედან, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1.10. დახაზეთ მრუდი ერთ-ერთი მავთულის გარშემო თანდა გაიყვანეთ მასზე ზედაპირი (ზედაპირი S 1), რომელიც გადაკვეთს მავთულს. (1.9) განტოლების შესაბამისად, B ველის ცირკულაცია მრუდის გასწვრივ თანმოცემულია მავთულში დენის ოდენობით (გამრავლებული 2-დან).მაგრამ რა მოხდება, თუ მრუდზე გავჭიმავთ სხვაზედაპირი ს 2 ჭიქის სახით, რომლის ფსკერი მდებარეობს კონდენსატორის ფირფიტებს შორის და არ ეხება მავთულს? ასეთ ზედაპირზე, რა თქმა უნდა, დენი არ გადის. მაგრამ წარმოსახვითი ზედაპირის პოზიციისა და ფორმის უბრალო ცვლილებამ არ უნდა შეცვალოს რეალური მაგნიტური ველი! B ველის მიმოქცევა იგივე უნდა დარჩეს. მართლაც, პირველი წევრი (1.9) განტოლების მარჯვენა მხარეს შერწყმულია მეორე წევრთან ისე, რომ ორივე ზედაპირისთვის S1 და S 2 იგივე ეფექტი ხდება. ამისთვის ს 2 B ვექტორის მიმოქცევა გამოიხატება E ვექტორის დინების ცვლილების ხარისხით ერთი ფირფიტიდან მეორეზე. და გამოდის, რომ E-ს ცვლილება დაკავშირებულია დენთან მხოლოდ ისე, რომ განტოლება (1.9) დაკმაყოფილებულია. მაქსველმა დაინახა ამის საჭიროება და პირველმა დაწერა სრული განტოლება.

ნახ. 1.6, ელექტრომაგნიტიზმის კიდევ ერთი კანონის ჩვენება შეიძლება. ჩამოკიდებული მავთულის ბოლოები გამორთეთ ბატარეისგან და მიამაგრეთ გალვანომეტრზე – მოწყობილობას, რომელიც აღრიცხავს მავთულში დენის გავლას. დგას მხოლოდ მაგნიტის ველში საქანელამავთული, რადგან დენი დაუყოვნებლივ გაივლის მასში. ეს არის (1.1) განტოლების ახალი შედეგი: ელექტრონები მავთულში შეიგრძნობენ ძალის მოქმედებას F=qv X B. მათი სიჩქარე ახლა მიმართულია გვერდით, რადგან ისინი გადახრილი არიან მავთულთან ერთად. ეს v, მაგნიტის ვერტიკალურად მიმართულ ველთან B, იწვევს ელექტრონებზე მოქმედ ძალას გასწვრივმავთულები და ელექტრონები იგზავნება გალვანომეტრში.

თუმცა, დავუშვათ, რომ ჩვენ დავტოვებთ მავთულს მარტო და დავიწყებთ მაგნიტის მოძრაობას. ჩვენ ვგრძნობთ, რომ განსხვავება არ უნდა იყოს, რადგან ფარდობითი მოძრაობა იგივეა და მართლაც დენი გადის გალვანომეტრში. მაგრამ როგორ მოქმედებს მაგნიტური ველი მუხტებზე მოსვენებულ მდგომარეობაში? განტოლების შესაბამისად (1.1) უნდა წარმოიშვას ელექტრული ველი. მოძრავმა მაგნიტმა უნდა შექმნას ელექტრული ველი. კითხვაზე, თუ როგორ ხდება ეს, რაოდენობრივად პასუხობს განტოლება (1.7). ეს განტოლება აღწერს ბევრ პრაქტიკულად ძალიან მნიშვნელოვან მოვლენას, რომელიც ხდება ელექტრო გენერატორებსა და ტრანსფორმატორებში.

ჩვენი განტოლებების ყველაზე თვალსაჩინო შედეგი ის არის, რომ განტოლებების (1.7) და (1.9) გაერთიანებით შეიძლება გავიგოთ, რატომ ვრცელდება ელექტრომაგნიტური ფენომენი დიდ მანძილზე. ამის მიზეზი, უხეშად რომ ვთქვათ, არის დაახლოებით ასეთი: დავუშვათ, რომ სადღაც არის მაგნიტური ველი, რომელიც იზრდება მასშტაბით, ვთქვათ, იმის გამო, რომ დენი მოულოდნელად გაივლის მავთულს. შემდეგ (1.7) განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ ელექტრული ველის ცირკულაცია უნდა მოხდეს. როდესაც ელექტრული ველი იწყებს თანდათან ზრდას, რათა მოხდეს ცირკულაცია, მაშინ, განტოლების (1.9) მიხედვით, ასევე უნდა მოხდეს მაგნიტური ცირკულაცია. მაგრამ აწევა ესმაგნიტური ველი შექმნის ელექტრული ველის ახალ ცირკულაციას და ა.შ. ამ გზით ველები ვრცელდება სივრცეში და არ საჭიროებს არც მუხტს და არც დენებს სადმე, გარდა ველების წყაროსა. სწორედ ამ გზით ჩვენ იხილეთერთმანეთი! ეს ყველაფერი იმალება ელექტრომაგნიტური ველის განტოლებებში.

სტატიის თარგმანიhttp://www.coilgun.eclipse.co.uk/მიერ რომაული.

ელექტრომაგნიტიზმის საფუძვლები

ამ განყოფილებაში განვიხილავთ ზოგად ელექტრომაგნიტურ პრინციპებს, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება ინჟინერიაში. ეს არის ძალიან მოკლე შესავალი ასეთი რთული თემისთვის. თქვენ უნდა იპოვოთ კარგი წიგნი მაგნეტიზმისა და ელექტრომაგნიტიზმის შესახებ, თუ გსურთ უკეთ გაიგოთ ეს განყოფილება. თქვენ ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ ამ კონცეფციების უმეტესობა დეტალურად Fizzics Fizzle-ში (http://library.thinkquest.org/16600/advanced/electricityandmagnetism.shtml).

ელექტრომაგნიტური ველებიდაძალა

სანამ განვიხილავთ განსაკუთრებულ შემთხვევას -თოფი -ა, მოკლედ უნდა გავეცნოთ ელექტრომაგნიტური ველების და ძალების საფუძვლებს. როდესაც არის მოძრავი მუხტი, მასთან დაკავშირებულია შესაბამისი მაგნიტური ველი. ის შეიძლება წარმოიშვას დირიჟორში დენის, მის ორბიტაზე ელექტრონის ბრუნვის, პლაზმის ნაკადის და ა.შ. ელექტრომაგნიტიზმის გაგების გასაადვილებლად ჩვენ ვიყენებთ ელექტრომაგნიტური ველის და მაგნიტური პოლუსების კონცეფციას. შემუშავებულია დიფერენციალური ვექტორული განტოლებები, რომლებიც აღწერს ამ ველსჯეიმს კლარკ მაქსველი.

1. საზომი სისტემები

მხოლოდ იმისთვის, რომ ცხოვრება გაართულოს, არსებობს სამი საზომი სისტემა, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება. მათ ეძახიანსომერფილდი, კენელი და გაუსიანი . ვინაიდან თითოეულ სისტემას აქვს სხვადასხვა ელემენტები (სახელები) მრავალი ერთი და იგივე ნივთისთვის, ეს შეიძლება დამაბნეველი იყოს. გამოვიყენებსომერფილდი სისტემა ნაჩვენებია ქვემოთ:

რაოდენობა
ველი (დაძაბულობა)
მაგნიტური ნაკადი		ვებერი (W)
ინდუქცია		ტესლა (T)
მაგნიტიზაცია
მაგნიტიზაციის ინტენსივობა
მომენტი

ცხრილი 1 Საზომი სისტემა

2. Კანონიბიო- სავარა

ბიო-სავარტის კანონის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ ელემენტარული დენით შექმნილი მაგნიტური ველი .

სურათი 2.1

მაგ.. 2.1

სადაც ჰ ველის კომპონენტი მანძილზერ , შექმნილი მიმდინარეობითმე , დენი სიგრძის გამტარის ელემენტარულ მონაკვეთში ლ . u რადიალურად მიმართული ერთეული ვექტორი ლ .

ამ კანონის გამოყენებით შეგვიძლია განვსაზღვროთ რამდენიმე ელემენტარული დენის კომბინაციით შექმნილი მაგნიტური ველი. განვიხილოთ უსასრულოდ გრძელი გამტარი, რომელიც ატარებს დენსმე . ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ბიო-სავარტის კანონი, რომ მივიღოთ ველის ძირითადი ამოხსნა გამტარიდან ნებისმიერ მანძილზე. ამ ამოხსნის წარმოშობას აქ არ მოვიყვან, ელექტრომაგნიტიზმის ნებისმიერი წიგნი ამას დეტალურად აჩვენებს. ძირითადი გადაწყვეტა:

მაგ.. 2.2

სურათი 2.2

ველი დენის გამტარის მიმართ არის ციკლური და კონცენტრული.

(მაგნიტური ხაზების მიმართულება (ვექტორები ჰ, ბ) განისაზღვრება გიმლეტის (საცობიანი) წესით. თუ გიმლეტის გადამყვანი მოძრაობა შეესაბამება დირიჟორში დენის მიმართულებას, მაშინ სახელურის ბრუნვის მიმართულება მიუთითებს ვექტორების მიმართულებაზე.)

კიდევ ერთი შემთხვევა, რომელსაც აქვს ანალიტიკური გამოსავალი, არის კოჭის ღერძული ველი დენით. ჯერჯერობით, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ ღერძული ველის ანალიტიკური გადაწყვეტა, მაგრამ ეს არ შეიძლება გაკეთდეს მთლიანად ველისთვის. ველის პოვნა რაიმე თვითნებურ წერტილში, ჩვენ უნდა ამოხსნათ რთული ინტეგრალური განტოლებები, რაც საუკეთესოდ კეთდება ციფრული მეთოდების გამოყენებით.

3. ამპერის კანონი

ეს არის მაგნიტური ველის განსაზღვრის ალტერნატიული მეთოდი დენის გამტარების ჯგუფის გამოყენებით. კანონი შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

მაგ. 3.1

სადაც ნ დენის გამტარის ნომერიმე და ლხაზოვანი ვექტორი. ინტეგრაციამ უნდა შექმნას დახურული ხაზი დენის გამტარის გარშემო. უსასრულო დენის გამტარის გათვალისწინებით, ჩვენ შეგვიძლია კვლავ გამოვიყენოთ ამპერის კანონი, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ:

სურათი 3.1

ჩვენ ვიცით, რომ ველი არის ციკლური და კონცენტრირებული დენის გამტარის გარშემო, ასე რომჰშეიძლება ინტეგრირებული იყოს რგოლის გარშემო (დირიჟორის გარშემო) მანძილზე r, რომელიც გვაძლევს:

მაგ. 3.2

ინტეგრაცია ძალიან მარტივია და გვიჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება ამპერის კანონის გამოყენება ზოგიერთ შემთხვევაში (კონფიგურაციები) სწრაფი გადაწყვეტის მისაღებად. ამ კანონის გამოყენებამდე აუცილებელია სფეროს სტრუქტურის ცოდნა.

(ველი (სიძლიერე) წრიული ველის ცენტრში (სპირალი დენით))

4. სოლენოიდის ველი

როდესაც მუხტი ხვეულში მოძრაობს, ის ქმნის მაგნიტურ ველს, რომლის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს მარჯვენა ხელის წესის გამოყენებით (აიღეთ მარჯვენა ხელი, მოხარეთ თითები დენის მიმართულებით, მოხარეთ ცერა თითი, მითითებული მიმართულება ცერა თითი მიუთითებს თქვენი ხვეულის მაგნიტურ ჩრდილოეთით). მაგნიტური ნაკადის კონვენცია ამბობს, რომ მაგნიტური ნაკადი იწყება ჩრდილოეთ პოლუსზე და მთავრდება სამხრეთით. (ნაკადის მიმართულების კონვენციას აქვს ნაკადი აღმოცენებულიჩრდილოეთ პოლუსიდან და წყვეტს სამხრეთ პოლუსზე ). ველის და ნაკადის ხაზები დახურულია მონაცვლეობით კოჭის გარშემო. გახსოვდეთ, რომ ეს ხაზები ნამდვილად არ არსებობს, ისინი უბრალოდ აკავშირებენ თანაბარი მნიშვნელობის წერტილებს. ეს ოდნავ ჰგავს რუკაზე არსებულ კონტურებს, სადაც ხაზები აჩვენებს იმავე სიმაღლის წერტილებს. ამ კონტურებს შორის მიწის სიმაღლე მუდმივად იცვლება. ანალოგიურად, ველი და მაგნიტური ნაკადი უწყვეტია (ცვლილება სულაც არ არის გლუვი - გამტარიანობის დისკრეტული ცვლილება იწვევს ველის მნიშვნელობის მკვეთრ ცვლილებას, ოდნავ ჰგავს ქანებს რუკაზე).

სურათი 4.1

თუ სოლენოიდი გრძელი და თხელია, მაშინ სოლენოიდის შიგნით არსებული ველი შეიძლება ჩაითვალოს თითქმის ერთგვაროვნად.

5. ფერომაგნიტური მასალები

ალბათ ყველაზე ცნობილი ფერომაგნიტური მასალა არის რკინა, მაგრამ არსებობს სხვა ელემენტები, როგორიცაა კობალტი და ნიკელი, ისევე როგორც მრავალი შენადნობი, როგორიცაა სილიკონის ფოლადი. თითოეულ მასალას აქვს განსაკუთრებული თვისება, რაც მას შესაფერისია მისი გამოყენებისთვის. Ისერას ვგულისხმობთ ფერომაგნიტურ მასალაში? ეს მარტივია, ფერომაგნიტური მასალა იზიდავს მაგნიტს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მართალია, ძნელად გამოსადეგი განმარტებაა და ის არ გვეუბნება, რატომ ხდება მიზიდულობა. მასალების მაგნიტიზმის დეტალური თეორია არის ძალიან რთული თემა, რომელიც მოიცავს კვანტურ მექანიკას, ამიტომ ჩვენ მივყვებით მარტივ კონცეპტუალურ აღწერას. მოგეხსენებათ, მუხტების ნაკადი ქმნის მაგნიტურ ველს, ასე რომ, როდესაც ჩვენ აღმოვაჩენთ მუხტის მოძრაობას, უნდა ველოდოთ დაკავშირებულ მაგნიტურ ველს. ფერომაგნიტურ მასალებში ელექტრონების ორბიტები ნაწილდება ისე, რომ იქმნება მცირე მაგნიტური ველი. მაშინ ეს ნიშნავს, რომ მასალა შედგება მრავალი პაწაწინა სპირალისაგან დენით, რომლებსაც აქვთ საკუთარი მაგნიტური ველები. ჩვეულებრივ, იმავე მიმართულებით ორიენტირებული კოჭები გაერთიანებულია მცირე ჯგუფებად, სახელწოდებით დომენები. დომენები მასალაში თვითნებური მიმართულებით მიუთითებენ, ამიტომ მასალაში არ არის საერთო მაგნიტური ველი (მიღებული ველი არის ნული). თუმცა, თუ ფერომაგნიტურ მასალას გარე ველს მივაყენებთ ხვეულიდან ან მუდმივი მაგნიტიდან, დენების მქონე ხვეულები ამ ველის მიმართულებით ბრუნდებიან.(თუმცა, თუ გარე ველს მივმართავთ ფერომაგნიტურ მასალას ხვეულიდან ან მუდმივი მაგნიტიდან, მიმდინარე მარყუჟები ცდილობენ ამ ველთან გასწორებას - დომიანები, რომლებიც ყველაზე მეტად შეესაბამება ველს, „იზრდებიან“ ნაკლებად კარგად გასწორებული დომენების ხარჯზე. ).როდესაც ეს მოხდება, შედეგი იქნება მაგნიტიზაცია და მიზიდულობა მასალასა და მაგნიტს/სპირალს შორის.

6. მაგნიტურიინდუქციადაგამტარიანობა

მაგნიტური ველის მიღებას აქვს დაკავშირებული მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივე, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მაგნიტური ინდუქცია. ინდუქციაბ დაკავშირებულია ველთან იმ საშუალების გამტარიანობით, რომლის მეშვეობითაც ველი ვრცელდება.

მაგ. 6.1

სადაც 0 არის გამტარიანობა ვაკუუმში დარ შედარებითი გამტარიანობა. ინდუქციაიზომება ტესლასში (T).

(მაგნიტური ველის ინტენსივობა დამოკიდებულია გარემოზე, რომელშიც ის ჩნდება. მოცემულ გარემოში და ვაკუუმში მდებარე მავთულში მაგნიტური ველის შედარებისას აღმოჩნდა, რომ საშუალო (მასალის) თვისებებიდან გამომდინარე, ველი უფრო ძლიერია ვიდრე ვაკუუმში (პარამაგნიტური მასალები ან მედია), ან, პირიქით, სუსტი (დიამაგნიტური მასალები და მედია). გარემოს მაგნიტური თვისებები ხასიათდება აბსოლუტური მაგნიტური გამტარიანობით μ a.

ვაკუუმის აბსოლუტურ მაგნიტურ გამტარიანობას მაგნიტური მუდმივა μ 0 ეწოდება. სხვადასხვა ნივთიერების (მედია) აბსოლუტური მაგნიტური გამტარიანობა შედარებულია მაგნიტურ მუდმივთან (ვაკუუმის მაგნიტური გამტარიანობა) ნივთიერების აბსოლუტური მაგნიტური გამტარიანობის თანაფარდობას მაგნიტურ მუდმივთან ეწოდება მაგნიტური გამტარიანობა (ან ფარდობითი მაგნიტური გამტარიანობა). რომ

ფარდობითი მაგნიტური გამტარიანობა არის აბსტრაქტული რიცხვი. დიამაგნიტური ნივთიერებებისთვის μ რ < 1, например для меди μ რ= 0.999995. პარამაგნიტური ნივთიერებებისთვის μ რ> 1, მაგ. ჰაერისთვის μ რ= 1.0000031. ტექნიკური გამოთვლებისას დიამაგნიტური და პარამაგნიტური ნივთიერებების ფარდობითი მაგნიტური გამტარიანობა მიჩნეულია 1.

ფერომაგნიტური მასალებისთვის, რომლებიც უაღრესად მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ელექტროტექნიკაში, მაგნიტურ გამტარიანობას აქვს სხვადასხვა მნიშვნელობები, რაც დამოკიდებულია მასალის თვისებებზე, მაგნიტური ველის სიდიდეზე, ტემპერატურაზე და მიღწევის მნიშვნელობებზე. ათიათასობით.)

7. მაგნიტიზაცია

მასალის მაგნიტიზაცია არის მისი მაგნიტური "სიძლიერის" საზომი. მაგნიტიზაცია შეიძლება თანდაყოლილი იყოს მასალაში, როგორიცაა მუდმივი მაგნიტი, ან შეიძლება გამოწვეული იყოს გარე მაგნიტური ველის წყაროთ, როგორიცაა სოლენოიდი. მაგნიტური ინდუქცია მასალაში შეიძლება გამოისახოს მაგნიტიზაციის ვექტორების ჯამითმ და მაგნიტური ველიჰ .

მაგ. 7.1

(ატომებში ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ დახურული ორბიტების ან ატომის ბირთვის გარშემო ელემენტარული სქემების გასწვრივ, წარმოიქმნება ელემენტარული დინებებიან მაგნიტური დიპოლები. მაგნიტური დიპოლი შეიძლება დახასიათდეს ვექტორით - მაგნიტური მომენტიდიპოლური ან ელემენტარული ელექტრული დენი მ , რომლის ღირებულება უდრის ელემენტარული დენის ნამრავლს მე და ელემენტარული პლატფორმა ს , სურ.8e.0.1, შეზღუდული ელემენტარული სტრუქტურით.

ბრინჯი. 8d.0.1

ვექტორიმ მიმართულია საიტის პერპენდიკულარულად ს ; , მისი მიმართულება განისაზღვრება გიმლეტის წესით. ვექტორული სიდიდე, რომელიც ტოლია განხილულ სხეულში ყველა ელემენტარული მოლეკულური დენის მაგნიტური მომენტების გეომეტრიული ჯამის (ნივთიერების მოცულობა) სხეულის მაგნიტური მომენტი

ვექტორული სიდიდე განისაზღვრება მაგნიტური მომენტის შეფარდებით მ ’ მოცულობამდევ , საშუალოდ წოდებული სხეულის მაგნიტიზაციაან საშუალო მაგნიტიზაციის ინტენსივობა

თუ ფერომაგნიტი არ არის გარე მაგნიტურ ველში, მაშინ ცალკეული დომენების მაგნიტური მომენტები მიმართულია სულ სხვაგვარად, ისე, რომ სხეულის მთლიანი მაგნიტური მომენტი გამოდის ნულის ტოლი, ე.ი. ფერომაგნიტი არ არის მაგნიტიზებული. ფერომაგნიტის გარე მაგნიტურ ველში შეყვანა იწვევს: მაგნიტური დომენების 1-მობრუნებას გარე ველის მიმართულებით - ორიენტაციის პროცესი; 2-იმ დომენების ზომის ზრდა, რომელთა მომენტები ახლოსაა ველის მიმართულებასთან და საპირისპირო მიმართული მაგნიტური მომენტების დომენების შემცირება - დომენის საზღვრების გადაადგილების პროცესი. შედეგად, ფერომაგნიტი მაგნიტირდება. თუ გარე მაგნიტური ველის მატებასთან ერთად, ყველა სპონტანურად მაგნიტიზებული მონაკვეთი ორიენტირებულია გარე ველის მიმართულებით და დომენების ზრდა ჩერდება, მაშინ ფერომაგნიტის შემზღუდველი მაგნიტიზაციის მდგომარეობა, ე.წ. მაგნიტური გაჯერება.

ველის სიძლიერის H, მაგნიტური ინდუქცია არაფერომაგნიტურ გარემოში (μ რ= 1) ტოლი იქნება ბ 0 =μ 0 ჰ. ფერომაგნიტურ გარემოში ამ ინდუქციას ემატება დამატებითი მაგნიტური ველის ინდუქცია ბდ= μ 0 მფერომაგნიტურ მასალაში მაგნიტური ინდუქციის შედეგად ბ= ბ 0 + ბდ=μ 0 ( ჰ+ მ).)

8. მაგნიტომოძრავი ძალა (mfs)

ეს არის ელექტრომოძრავი ძალის (EMF) ანალოგი და გამოიყენება მაგნიტურ წრეებში მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივის დასადგენად მიკროსქემის სხვადასხვა მიმართულებით. MDSიზომება ამპერ-ბრუნებში ან უბრალოდ ამპერებში. მაგნიტური წრე წინააღმდეგობის ტოლფასია და ეწოდება მაგნიტური წინააღმდეგობა, რომელიც განისაზღვრება როგორც

მაგ. 8.1

სადაც ლჯაჭვის ბილიკის სიგრძე, გამტარიანობა დააგანივი ფართობი.

მოდით შევხედოთ მარტივ მაგნიტურ წრეს:

ბრინჯი . 8.1

ტორუსს აქვს საშუალო რადიუსირ და განივი ფართობია . MDS წარმოიქმნება კოჭითნ ხვეულები, რომლებშიც დენი მიედინებამე . მაგნიტური წინააღმდეგობის გაანგარიშება გართულებულია მასალის გამტარიანობის არაწრფივობით.

მაგ. 8.2

თუ მაგნიტური წინააღმდეგობა განისაზღვრება, მაშინ ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ მაგნიტური ნაკადი, რომელიც იმყოფება წრედში.

9. დემაგნიტირებადი ველები

თუ ფერომაგნიტური მასალის ნაჭერი, ზოლის სახით, მაგნიტიზებულია, მაშინ მის ბოლოებზე გამოჩნდება ბოძები. ეს პოლუსები წარმოქმნიან შიდა ველს, რომელიც ცდილობს მასალის დემაგნიტიზაციას - ის მოქმედებს ველის საპირისპირო მიმართულებით, რაც ქმნის მაგნიტიზაციას. შედეგად, შიდა ველი გაცილებით მცირე იქნება, ვიდრე გარე. მასალის ფორმას დიდი მნიშვნელობა აქვს დემაგნიტირების ველისთვის, გრძელ თხელ ღეროს (დიდი სიგრძის/დიამეტრის თანაფარდობა) აქვს მცირე დემაგნიტიზებელი ველი, ვთქვათ, სფეროს მსგავსი ფართო ფორმასთან შედარებით. განვითარების პერსპექტივაშითოფი ეს ნიშნავს, რომ მცირე სიგრძის/დიამეტრის თანაფარდობის მქონე ჭურვი მოითხოვს უფრო ძლიერ გარე ველს, რათა მიაღწიოს მაგნიტიზაციის გარკვეულ მდგომარეობას. Შეხედექვემოთ მოცემულ გრაფიკზე. იგი გვიჩვენებს მიღებულ შიდა ველს ორი ჭურვის ღერძის გასწვრივ - ერთი 20 მმ სიგრძისა და 10 მმ დიამეტრის და მეორე 10 მმ სიგრძისა და 20 მმ დიამეტრის. ერთი და იგივე გარე ველისთვის, ჩვენ ვხედავთ დიდ განსხვავებას შიდა ველებში, მოკლე ჭურვს აქვს გრძელი ჭურვის პიკის დაახლოებით 40%. ეს არის ძალიან წარმატებული შედეგი, რომელიც აჩვენებს განსხვავებას ჭურვების სხვადასხვა ფორმებს შორის.

ბრინჯი . 9.1

უნდა აღინიშნოს, რომ ბოძები იქმნება მხოლოდ იქ, სადაც არის მასალის უწყვეტი გამტარიანობა. დახურულ მაგნიტურ გზაზე, ტორუსის მსგავსად, ბოძები არ წარმოიქმნება და არ არის დემაგნიტიზებული ველი.

10. დამუხტულ ნაწილაკზე მოქმედი ძალა

მაშ, როგორ გამოვთვალოთ ძალა, რომელიც მოქმედებს დირიჟორზე დენით? დავიწყოთ მაგნიტურ ველში მოძრავ მუხტზე მოქმედი ძალის დათვალიერებით. (მე მივიღებ ზოგად მიდგომას 3 განზომილებაში).

მაგ. 10.1

ეს ძალა განისაზღვრება სიჩქარის ვექტორების გადაკვეთითვდა მაგნიტური ინდუქციაბ, და ეს მუხტის სიდიდის პროპორციულია. განიხილეთ ბრალდება q = -1,6x 10 -19 კ, მოძრაობს 500 მ/წმ სიჩქარით მაგნიტურ ველში 0,1 ინდუქციით.თ l როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ.

ბრინჯი . 10.1. ძალის მოქმედება მოძრავ მუხტზე

მუხტის მიერ განცდილი ძალა შეიძლება უბრალოდ გამოითვალოს, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ:

სიჩქარის ვექტორი 500მემ/წმ და ინდუქცია 0.1 კ T, ასე რომ ჩვენ გვაქვს:

ცხადია, თუ არაფერი ეწინააღმდეგება ამ ძალას, ნაწილაკი გაუძლებსგადახრა (მას მოუწევს სიბრტყეში წრის აღწერა x-y ზემოთ მოყვანილი შემთხვევისთვის). ბევრი საინტერესო სპეციალური შემთხვევაა, რომლის მიღებაც უფასო მუხტითა და მაგნიტური ველებით არის შესაძლებელი – მათგან მხოლოდ ერთი წაიკითხეთ.

11. გამტარზე მოქმედი ძალა დენით

ახლა მოდით მივმართოთ რა ვისწავლეთ ძალაზე, რომელიც მოქმედებს დირიჟორზე დენით. Იქ არისთანაფარდობის მისაღებად ორი განსხვავებული გზა.

ჩვენ შეგვიძლია აღვწეროთ პირობითი დენი, როგორც მუხტის ცვლილების საზომი

მაგ. 11.1

ახლა ჩვენ შეგვიძლია განვასხვავოთ ზემოთ მოცემული ძალის განტოლება, რომ მივიღოთ

მაგ. 11.2

ჩვენ ვაკავშირებთ მათ განტოლებები, მივიღებთ

მაგ. 11.3

დ ლ არის ვექტორი, რომელიც გვიჩვენებს პირობითი დენის მიმართულებას. გამოთქმა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფიზიკური ორგანიზაციის გასაანალიზებლად, როგორიცაა DC ძრავა. Თუდირიჟორი სწორია, მაშინ ეს შეიძლება გამარტივდეს

მაგ. 11.4

ძალის მიმართულება ყოველთვის ქმნის სწორ კუთხეს მაგნიტურ ნაკადთან და დენის მიმართულებასთან. როდის გამოიყენება გამარტივებული ფორმა?, ძალის მიმართულება განისაზღვრება მარჯვენა ხელის წესით.

12. ინდუცირებული ძაბვა, ფარადეის კანონი, ლენცის კანონი

ბოლო რაც უნდა გავითვალისწინოთ არის ინდუცირებული ძაბვა. Ეს არისუბრალოდ დატვირთულ ნაწილაკზე ძალის გავლენის გაფართოებული ანალიზი. თუ ავიღებთ გამტარს (რაღაც მობილური მუხტით) და მივცემთ გარკვეულ სიჩქარესვ , მაგნიტურ ველთან შედარებით, ძალა იმოქმედებს თავისუფალ მუხტებზე, რომელიც უბიძგებს მათ გამტარის ერთ-ერთ ბოლოში. ლითონის ზოლში იქნება მუხტის განცალკევება, სადაც ელექტრონები შეგროვდება ზოლის ერთ-ერთ ბოლოზე. Სურათიქვემოთ მოცემულია ზოგადი იდეა.

ბრინჯი. 12.1 ინდუცირებული ძაბვა გამტარი ზოლის განივი მოძრაობისას

ნებისმიერი ფარდობითი მოძრაობა გამტარსა და მაგნიტური ველის ინდუქციას შორის გამოიწვევს ინდუცირებულ ძაბვას, რომელიც წარმოიქმნება მუხტების მოძრაობით. თუმცა, თუ გამტარი მოძრაობს მაგნიტური ნაკადის პარალელურად (ღერძის გასწვრივზ ზემოთ მოცემულ ფიგურაში), მაშინ არანაირი ძაბვა არ იქნება გამოწვეული.

ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ სხვა სიტუაცია, როდესაც ღია პლანშეტური ზედაპირი შეიჭრება მაგნიტური დენით. თუ იქ დახურულ მარყუჟს მოვათავსებთ C , მაშინ მაგნიტური ნაკადის ნებისმიერი ცვლილება დაკავშირებული C ირგვლივ დაძაბულობას გამოიწვევს C.

ბრინჯი . 12.2 მაგნიტური ნაკადი დაკავშირებული წრედთან

ახლა თუ წარმოვიდგენთ დირიჟორს, როგორც დახურულ მარყუჟს ადგილზე C , მაშინ მაგნიტური ნაკადის ცვლილება გამოიწვევს ძაბვას ამ გამტარში, რომელიც დენს წრეში ამოძრავებს ამ კოჭში. დენის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს ლენცის კანონის გამოყენებით, რომელიც, მარტივი სიტყვებით, აჩვენებს, რომ მოქმედების შედეგი მიმართულია თავად მოქმედების საწინააღმდეგოდ. ამ შემთხვევაში, ინდუცირებული ძაბვა ამოძრავებს დენს, რომელიც ხელს შეუშლის მაგნიტური ნაკადის შეცვლას - თუ მაგნიტური ნაკადი მცირდება, მაშინ დენი შეეცდება შეინარჩუნოს მაგნიტური ნაკადი უცვლელი (საათის ისრის საწინააღმდეგო მიმართულებით), თუ მაგნიტური ნაკადი გაიზრდება, მაშინ დენი ხელს შეუშლის ეს ზრდა (საათის ისრის მიმართულებით) (მიმართულება განისაზღვრება გიმლეტის წესით) . ფარადეის კანონი ადგენს ურთიერთობას ინდუცირებულ ძაბვას, მაგნიტური ნაკადის ცვლილებასა და დროს შორის:

განტოლება 12.1

მინუსი ითვალისწინებს ლენცის კანონს.

13. ინდუქციურობა

ინდუქციურობა შეიძლება შეფასდეს, როგორც დაკავშირებული მაგნიტური ნაკადის თანაფარდობა დენთან, რომელსაც ეს მაგნიტური ნაკადი ქმნის. მაგალითად, განიხილეთ მავთულის ხვეული კვეთის ფართობითა რომელშიც მიედინებაᲛᲔ.

ბრინჯი. 13.1

თავად ინდუქციურობა შეიძლება განისაზღვროს როგორც

განტოლება 13.1

თუ ერთზე მეტი ბრუნია, მაშინ გამოხატულება ხდება

განტოლება 13.2

სადაც N-მონაცვლეობის რაოდენობა.

მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ინდუქციურობა მხოლოდ მუდმივია, თუ კოჭა გარშემორტყმულია ჰაერით. როდესაც ფერომაგნიტური მასალა ჩნდება მაგნიტური წრის ნაწილად, მაშინ არსებობს სისტემის არაწრფივი ქცევა, რომელიც იძლევა ცვლადი ინდუქციურობას.

14. ტრანსფორმაციაელექტრომექანიკური ენერგია

ელექტრომექანიკური ენერგიის გარდაქმნის პრინციპები ვრცელდება ყველა ელექტრო მანქანაზე დათოფი არ არის გამონაკლისი. განხილვამდეთოფი წარმოვიდგინოთ მარტივი წრფივი ელექტრული "ძრავა", რომელიც შედგება სტატორის ველისა და ამ ველში მოთავსებული არმატურისგან. Ეს არისნაჩვენებია ნახ. 14.1. გაითვალისწინეთ, რომ ამ გამარტივებულ ანალიზში, ძაბვის წყაროს და არმატურის დენს არ გააჩნიათ მათთან დაკავშირებული ინდუქცია. ეს ნიშნავს, რომ მხოლოდ ინდუცირებული ძაბვა სისტემაში არის არმატურის მოძრაობის შედეგი მაგნიტური ინდუქციის მიმართ.

ბრინჯი. 14.1. პრიმიტიული ხაზოვანი ძრავა

როდესაც ძაბვა გამოიყენება არმატურის ბოლოებზე, დენი განისაზღვრება მისი წინააღმდეგობის მიხედვით. ეს დენი განიცდის ძალას (მე x B ), რის შედეგადაც წამყვანის აჩქარება ხდება. ახლა, ადრე განხილული განყოფილების გამოყენებით ( 12 ინდუცირებული ძაბვა, ფარადეის კანონი, ლენცის კანონი ), ჩვენ ვაჩვენეთ ის ფაქტი, რომ ძაბვა გამოწვეულია მაგნიტურ ველში მოძრავ გამტარში. ეს ინდუცირებული ძაბვა მოქმედებს გამოყენებული ძაბვის საწინააღმდეგოდ (ლენცის კანონის მიხედვით). ბრინჯი. 14.2 გვიჩვენებს ეკვივალენტურ წრედს, რომელშიც ელექტრული ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად P T და მექანიკური ენერგიაპ მ.

ბრინჯი . 14.2. ძრავის ეკვივალენტური წრე

ახლა ჩვენ უნდა განვიხილოთ, თუ როგორ უკავშირდება არმატურის მექანიკური ენერგია მასზე გადაცემულ ელექტრულ ენერგიას. ვინაიდან არმატურა მდებარეობს მაგნიტური ინდუქციის ველთან სწორი კუთხით, ძალა განისაზღვრება გამარტივებული გამოხატულებით 1. 1.4

მაგ. 14.1

ვინაიდან მყისიერი მექანიკური ენერგია ძალისა და სიჩქარის პროდუქტია, გვაქვს

მაგ. 14.2

სადაც v-წამყვანის სიჩქარე. თუ კირჩჰოფის კანონს გამოვიყენებთ დახურულ წრეზე, მივიღებთ დენის შემდეგ გამონათქვამებსᲛᲔ.

მაგ. 14.3

ახლა, ინდუცირებული ძაბვა შეიძლება გამოიხატოს არმატურის სიჩქარის ფუნქციით

მაგ. 14.4

vyp ჩანაცვლება. 14.4 1 4.3-ში ვიღებთ

მაგ. 14.5

და vyp.14.5-ის ჩანაცვლება 14.2-ში ვიღებთ

მაგ. 14.6

ახლა განვიხილოთ წამყვანში გამოთავისუფლებული თერმული ენერგია. იგი განისაზღვრება vyp-ით. 14.7

მაგ. 14.7

და ბოლოს, ჩვენ შეგვიძლია გამოვხატოთ წამყვანისთვის მიწოდებული ენერგია როგორც

მაგ. 14.8

ასევე გაითვალისწინეთ, რომ მექანიკური ენერგია (vyp.14.2) არის დენის ექვივალენტიმე გამრავლებული ინდუცირებულ ძაბვაზე (vyr.14.4).

ჩვენ შეგვიძლია დავხატოთ ეს მრუდები, რათა დავინახოთ, როგორ არის შერწყმული წამყვანისთვის მიწოდებული ენერგია სიჩქარის დიაპაზონთან.(ჩვენ შეგვიძლია გამოვსახოთ ეს მრუდები იმის საჩვენებლად, თუ როგორ ნაწილდება არმატურისთვის მიწოდებული სიმძლავრე სიჩქარის დიაპაზონზე).იმისათვის, რომ ეს ანალიზი იყოს შესაბამისითოფი , ჩვენ მივცემთ ჩვენს ცვლადებს მნიშვნელობებს, რომლებიც ემთხვევა ამაჩქარებელსთოფი . დავიწყოთ მავთულის დენის სიმკვრივით, საიდანაც განვსაზღვრავთ დარჩენილი პარამეტრების მნიშვნელობებს. მაქსიმალური დენის სიმკვრივე ტესტირების დროს იყო 90ა /მმ 2, ასე რომ, თუ ავირჩევთ მავთულის სიგრძეს და დიამეტრს როგორც

ლ = 10 მ

D = 1.5x10 -3 მ

მაშინ მავთულის წინააღმდეგობა და დენი იქნება

R = 0.1

I = 160A

ახლა ჩვენ გვაქვს წინააღმდეგობისა და დენის მნიშვნელობები, შეგვიძლია განვსაზღვროთ ძაბვა

V=16V

ყველა ეს პარამეტრი აუცილებელია ძრავის სტატიკური მახასიათებლების შესაქმნელად.

ბრინჯი. 14.3 შესრულების მრუდები უხახუნის ძრავის მოდელისთვის

ჩვენ შეგვიძლია ეს მოდელი ცოტა უფრო რეალისტური გავხადოთ, ვთქვათ, 2N ხახუნის ძალის დამატებით, ისე, რომ მექანიკური ენერგიის შემცირება არმატურის სიჩქარის პროპორციული იყოს. ამ ხახუნის მნიშვნელობა მიზანმიმართულად არის აღებული, რათა უფრო აშკარა გახდეს ამის ეფექტი. მრუდების ახალი ნაკრები ნაჩვენებია სურათზე 14.4.

ბრინჯი . 14.4. შესრულების მრუდები მუდმივი ხახუნით

ხახუნის არსებობა ოდნავ ცვლის ენერგიის მოსახვევებს ისე, რომ არმატურის მაქსიმალური სიჩქარე ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე ნულოვანი ხახუნის შემთხვევაში. ყველაზე შესამჩნევი განსხვავება არის ეფექტურობის მრუდის ცვლილება, რომელიც ახლა აღწევს პიკს და შემდეგ მკვეთრად იშლება, როდესაც წამყვანი მიაღწევს.დატვირთვის გარეშე ეფექტურობის მრუდის ეს ფორმა დამახასიათებელია მუდმივი მაგნიტის DC ძრავისთვის.

ასევე აღსანიშნავია, თუ რამდენად არის დამოკიდებული ძალა და, შესაბამისად, აჩქარება სიჩქარეზე. თუ ex.14.5 ჩავანაცვლებთ ex.14.1-ით მივიღებთ გამონათქვამსფ სიჩქარის თვალსაზრისითვ.

მაგ. 14.9

ამ დამოკიდებულების აშენების შემდეგ, ჩვენ მივიღებთ შემდეგ გრაფიკს

ბრინჯი. 14.5. წამყვანზე მოქმედი ძალის დამოკიდებულება სიჩქარეზე

გასაგებია, რომ არმატურა იწყება მაქსიმალური ამაჩქარებელი ძალით, რომელიც იწყებს კლებას არმატურის მოძრაობის დაწყებისთანავე. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მახასიათებლები იძლევა ფაქტობრივი პარამეტრების მყისიერ მნიშვნელობებს გარკვეული სიჩქარისთვის, ისინი სასარგებლო უნდა იყოს იმისათვის, რომ ნახოთ, როგორ იქცევა ძრავა დროთა განმავლობაში, ე.ი. დინამიურად.

ძრავის დინამიური პასუხი შეიძლება განისაზღვროს დიფერენციალური განტოლების ამოხსნით, რომელიც აღწერს მის ქცევას. ბრინჯი. 14.6 გვიჩვენებს წამყვანზე ძალების ზემოქმედების დიაგრამას, საიდანაც შეგიძლიათ განსაზღვროთ მიღებული ძალა, რომელიც აღწერილია დიფერენციალური განტოლებით.

ბრინჯი. 14.6 ძალების ზემოქმედების დიაგრამა წამყვანზე

F m და F d არის მაგნიტური და დაპირისპირებული ძალები, შესაბამისად. ვინაიდან სტრესი არის მუდმივი მნიშვნელობა, შეგვიძლია გამოვიყენოთ განტოლება 14.1 და მიღებული ძალაფა წამყვანზე მოქმედი იქნება

. 14.11

თუ გადაადგილების წარმოებულებად დავწერთ აჩქარებას და სიჩქარეს xდროის მიმართ და გამოთქმის გადაწყობა, მივიღებთ დიფერენციალურიმოძრაობის განტოლება წამყვანები

vyr. 14.12

ეს არის არაერთგვაროვანი მეორე რიგის დიფერენციალური განტოლება მუდმივი კოეფიციენტებით და მისი ამოხსნა შესაძლებელია დამატებითი ფუნქციის და ნაწილობრივი ინტეგრალის განსაზღვრით. სწორი ხაზის ამოხსნის მეთოდი (მათემატიკური უნივერსიტეტების ყველა პროგრამა განიხილავს დიფერენციალურ განტოლებებს), ამიტომ შედეგს უბრალოდ მივცემ. ერთი შენიშვნა - ეს კონკრეტული გამოსავალი იყენებს საწყის პირობებს:

vyr. 14.14

ჩვენ უნდა მივცეთ მნიშვნელობა ხახუნის ძალას, მაგნიტურ ინდუქციას და არმატურის მასას. მოდით ავირჩიოთ ხახუნი. მე გამოვიყენებ 2H მნიშვნელობას იმის საილუსტრაციოდ, თუ როგორ ცვლის ის ძრავის დინამიურ მუშაობას. ინდუქციის მნიშვნელობის განსაზღვრა, რომელიც გამოიმუშავებს იგივე აჩქარების ძალას მოდელში, როგორც ეს ხდება სატესტო კოჭში მოცემული დენის სიმკვრივისთვის, მოითხოვს, რომ გავითვალისწინოთ მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივის განაწილების რადიალური კომპონენტი, რომელიც წარმოიქმნება მაგნიტიზებული ჭურვით.თოფი(ეს რადიალური კომპონენტი ქმნის ღერძულ ძალას). ამისათვის საჭიროა დენის სიმკვრივის გამრავლებით მიღებული გამოხატვის ინტეგრირებარადიალური მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივის მოცულობის ინტეგრალის განსაზღვრა გამოყენებითFEMM

ჭურვი მაგნიტიზდება, როდესაც ჩვენ განვსაზღვრავთ მასბ- ჰმრუდი დაჰკღირებულებებშიFEMMმასალის თვისებების დიალოგი. ღირებულებებიიყვნენარჩეულიამისთვისმკაცრიშესაბამისობათანმაგნიტიზებულირკინის. FEMMიძლევა 6.74 მნიშვნელობასx10 -7 თმ 3 მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივის მოცულობითი ინტეგრალისთვისB კოჭა, ასე რომ გამოყენებითფ= /4 ვიღებთB მოდელი = 3.0 x10 -2 თლ. მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივის ეს მნიშვნელობა შეიძლება ძალიან მცირე ჩანდეს, თუ გავითვალისწინებთ ჭურვის შიგნით მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივეს, რომელიც არის დაახლოებით 1,2-ზე.თთუმცა, უნდა გვესმოდეს, რომ მაგნიტური ნაკადი ბევრად უფრო დიდი მოცულობით იშლება ჭურვის ირგვლივ, რადიალურ კომპონენტში ნაჩვენები მაგნიტური ნაკადის მხოლოდ ნაწილი. ახლა გესმით, რომ ჩვენი მოდელის მიხედვით,თოფი- ეს"შიგნითგარეთ"(აღმობრუნდა შიგნით) და"უკანრომწინა", სხვა სიტყვებით,თოფიუძრავი სპილენძი გარშემორტყმულია მაგნიტიზებულ ნაწილს, რომელიც მოძრაობს. ეს არანაირ პრობლემას არ ქმნის. ამრიგად, სისტემის არსი არის დაკავშირებული წრფივი ძალა, რომელიც მოქმედებს სტატორსა და არმატურაზე, ასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია დავაფიქსიროთ სპილენძის ნაწილი და მივცეთ სტატორის ველს მოძრაობის შექმნის საშუალება. სტატორის ველის გენერატორი არის ჩვენი გარსი, მივუწეროთ მას 12გრ მასა.

ახლა ჩვენ შეგვიძლია გამოვსახოთ გადაადგილება და სიჩქარე დროის მიხედვით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 14.8

ბრინჯი. 14.8. ხაზოვანი ძრავის დინამიური ქცევა

ჩვენ ასევე შეგვიძლია გავაერთიანოთ სიჩქარისა და გადაადგილების გამონათქვამები, რათა მივიღოთ სიჩქარის ფუნქცია გადაადგილებიდან, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 14.9.

ბრინჯი. 14.9. სიჩქარის გადაადგილებაზე დამოკიდებულების მახასიათებელი

აქ მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ შედარებით გრძელი ამაჩქარებელია საჭირო იმისათვის, რომ წამყვანმა მაქსიმალური სიჩქარის მიღწევა დაიწყოს. Ეს არისᲛას აქვსმნიშვნელობაამისთვისშენობამაქსიმუმ ეფექტურიპრაქტიკულიამაჩქარებელი.

თუ მოსახვევებს გავადიდებთ, შეგვიძლია განვსაზღვროთ, რა სიჩქარეს მიაღწევს ამაჩქარებლის იარაღის კოჭაში არსებული აქტიური მასალის სიგრძის ტოლ მანძილზე (78 მმ).

ბრინჯი. 14.10. გაზრდილი სიჩქარე გადაადგილების მრუდის მიმართ

ისინი საოცრად ახლოსაა რეალურ 3-საფეხურიან ამაჩქარებლებთან, თუმცა ეს მხოლოდ დამთხვევაა, რადგან ამ მოდელსა და რეალურს შორის რამდენიმე მნიშვნელოვანი განსხვავებაა.თოფი. მაგალითად, inთოფიძალა სიჩქარისა და გადაადგილების კოორდინატების ფუნქციაა, ხოლო წარმოდგენილ მოდელში ძალა მხოლოდ სიჩქარის ფუნქციაა.

ბრინჯი. 14.11 - ძრავის, როგორც ჭურვის ამაჩქარებლის მთლიანი ეფექტურობის დამოკიდებულება.

ბრინჯი. 14.11. კუმულაციური ეფექტურობა, როგორც გადაადგილების ფუნქცია ხახუნის დაკარგვის გარეშე

ბრინჯი. 14.11. კუმულაციური ეფექტურობა, როგორც გადაადგილების ფუნქცია მუდმივი ხახუნის დანაკარგების გათვალისწინებით

კუმულაციური ეფექტურობა გვიჩვენებს ამ ტიპის ელექტრო მანქანების ფუნდამენტურ მახასიათებელს - ენერგიას იძენს არმატურა, როდესაც ის აჩქარებს პირველ რიგში და "მდე"არა- დატვირთვასიჩქარე არის მანქანისთვის მიწოდებული მთლიანი ენერგიის ზუსტად ნახევარი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, იდეალური (ხახუნის გარეშე) ამაჩქარებლის მაქსიმალური შესაძლო ეფექტურობა იქნება 50%. თუ არის ხახუნი, მაშინ კუმულაციური ეფექტურობა აჩვენებს მაქსიმალურ ეფექტურ წერტილს, რომელიც წარმოიქმნება მანქანის ხახუნის წინააღმდეგ მუშაობის გამო.

და ბოლოს, მოდით შევხედოთ გავლენასბსიჩქარე-გადაადგილების დინამიურ მახასიათებლებზე, როგორც ნაჩვენებია სურათებზე 14.10 და 14.11.

ბრინჯი. 14.11. გავლენაბგრადიენტის სიჩქარე-გადაადგილებაზე

ბრინჯი. 14.12. მცირე გადაადგილების არე, სადაც ინდუქციის გაზრდა უფრო მეტ სიჩქარეს იძლევა

მრუდების ეს ნაკრები აჩვენებს ამ მოდელის საინტერესო მახასიათებელს, რომელშიც ველის დიდი ინდუქციურობა საწყის ეტაპზე იძლევა უფრო დიდ სიჩქარეს კონკრეტულ წერტილში, მაგრამ სიჩქარის მატებასთან ერთად ქვედა ინდუქციურობის შესაბამისი მრუდები ეწევა ამას. მრუდი. ეს ხსნის შემდეგს: თქვენ გადაწყვიტეთ, რომ უფრო მაღალი ინდუქცია მისცემს უფრო დიდ საწყის აჩქარებას, თუმცა, იმის გათვალისწინებით, რომ უფრო დიდი ინდუცირებული ძაბვა იქნება გამოწვეული, აჩქარება უფრო მკვეთრად შემცირდება, რაც საშუალებას მისცემს მრუდი ქვედა ინდუქციისთვის. დაეწიოს ამ მრუდს.

რა ვისწავლეთ ამ მოდელისგან? ვფიქრობ, მთავარი გასაგებად არის ის, რომ დაწყებული გაჩერებიდან, ასეთი ძრავის ეფექტურობა ძალიან დაბალია, განსაკუთრებით თუ ძრავა მოკლეა. მყისიერი ეფექტურობა იზრდება მას შემდეგ, რაც ჭურვი აიმაღლებს სიჩქარეს ინდუცირებული ძაბვის გამო, რომელიც ამცირებს დენს. ეს ზრდის ეფექტურობას წინააღმდეგობის ენერგიის დაკარგვის გამო (აშკარად სითბოს დაკარგვა) მცირდება და მექანიკური ენერგია იზრდება (იხ. ნახ. 14.3, 14.4), თუმცა, ვინაიდან აჩქარებაც ეცემა, თანდათან უფრო დიდი გადაადგილება მიიღება, ამიტომ გამოყენებული იქნება ეფექტურობის საუკეთესო მრუდი.(მოკლედ, წრფივი ძრავა, რომელიც ექვემდებარება საფეხურზე ძაბვის "იძულების ფუნქციას" იქნება საკმაოდ არაეფექტური მანქანა, თუ ეს არ არის ძალიანგრძელი.)

ეს პრიმიტიული ძრავის მოდელი სასარგებლოა იმით, რომ იგი აჩვენებს ტიპიური სუსტი ეფექტურობის შემთხვევასთოფი, კერძოდ დაბალი დონის მამოძრავებელი გამოწვეული ძაბვა. მოდელი გამარტივებულია და არ ითვალისწინებს პრაქტიკული წრედის არაწრფივ და ინდუქციურ ელემენტებს, ამიტომ მოდელის გასამდიდრებლად ეს ელემენტები უნდა ჩავრთოთ ჩვენს ელექტრული მოდელის წრეში. შემდეგ განყოფილებაში შეისწავლით ძირითად დიფერენციალურ განტოლებებს ერთსაფეხურისთვისთოფი. ანალიზის დროს ჩვენ შევეცდებით მივიღოთ განტოლება, რომელიც შეიძლება ამოხსნას ანალიტიკურად (რამდენიმე გამარტივების დახმარებით). თუ ეს ვერ მოხერხდა, გამოვიყენებ Runge Kutta-ს რიცხვითი ინტეგრაციის ალგორითმს.

თერმისტორის სითბოს ბალანსის განტოლებას აქვს ფორმა

I2 R =ξ (Qп – Qс ) S,

სადაც ξ - სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი, დამოკიდებულია საშუალო სიჩქარეზე; Qp და Qc - შესაბამისად, თერმისტორის ტემპერატურა; (კონვერტორი) და გარემო;

S არის თერმისტორის ზედაპირის ფართობი.

თუ თერმისტორს აქვს ცილინდრის ფორმა და განლაგებულია ნაკადის გასწვრივ ისე, რომ კუთხე ცილინდრის ღერძსა და დინების სიჩქარის ვექტორს შორის არის 90°, მაშინ აირებისა და სითხეების სითბოს გადაცემის კოეფიციენტები განისაზღვრება ფორმულებით.

cλ

cλ

Vd n

cλ

ξg =

ξl =

სადაც V და υ არის, შესაბამისად, საშუალო სიჩქარისა და თბოგამტარობის, d არის თერმისტორის დიამეტრი;

c და n არის კოეფიციენტები, რომლებიც დამოკიდებულია რეინოლდსის რიცხვზე Re = Vd/υ;

P r = υ d - Prandtl რიცხვი, დამოკიდებულია კინემატიკური სიბლანტის და

საშუალო თბოგამტარობა.

ასეთი გადამყვანი (თერმისტორი) ჩვეულებრივ შედის ხიდის საზომ წრეში. ზემოაღნიშნული გამონათქვამების გამოყენებით შესაძლებელია V სიჩქარის გაზომვა.

5.2. ელექტრომაგნიტიზმის კანონების გამოყენება გაზომვის ტექნოლოგიაში

დამუხტული სხეულების ელექტრული მოგერიების ფენომენზე მოწყობილია ელექტროსკოპის მოწყობილობა - მოწყობილობა ელექტრული მუხტების გამოსავლენად. ელექტროსკოპი შედგება ლითონის ღეროსგან, რომელსაც

ეკიდა თხელი ალუმინის ან ქაღალდის ფურცელი. ბირთვი გამაგრებულია ებონიტის ან ქარვისფერი საცობით შუშის ქილაში, რომელიც იცავს ფურცელს ჰაერის მოძრაობისგან.

ელექტრომეტრი არის ელექტროსკოპი ლითონის კორპუსით. თუ ამ მოწყობილობის კორპუსს დააკავშირებთ მიწას, შემდეგ კი მის ღეროს შეეხებით რაიმე დამუხტულ სხეულს, მაშინ მუხტის ნაწილი გადავა ღეროზე და ელექტრომეტრის ფოთლები გარკვეული კუთხით განსხვავდებიან. ასეთი მოწყობილობა ზომავს პოტენციურ განსხვავებას გამტარსა და მიწას შორის.

ოსილოსკოპი არის მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია შესასწავლი სიგნალის პარამეტრების დასაკვირვებლად, ჩასაწერად და გასაზომად, როგორც წესი, ძაბვაზე, რომელიც დამოკიდებულია დროზე. სინათლის სხივის ოსილოსკოპები იყენებენ სინათლის სხივის ელექტრომექანიკურ გადახრას გამოკვლევის ქვეშ მყოფი ძაბვის გავლენის ქვეშ.

კათოდური სხივის ოსილოსკოპები (CBE) აგებულია კათოდური სხივების მილების საფუძველზე. ელექტრონული სხივის გადახრა ხორციელდება უშუალოდ ელექტრული სიგნალით.

ELO-ს მთავარი ერთეულია კათოდური სხივის მილი (CRT), რომელიც წარმოადგენს მინის ევაკუირებულ ნათურას (ნახ. 10), რომლის შიგნით არის ოქსიდის კათოდი 1 გამათბობლით 2, მოდულატორი 3, ანოდები 4 და სისტემა. გადახრის ფირფიტები 5 და 6. CRT-ის ნაწილს, მათ შორის კათოდის, მოდულატორისა და ანოდების ჩათვლით, ეწოდება ელექტრონული იარაღი.

ბრინჯი. 10 კათოდური სხივის მილი

თუ ძაბვა გამოიყენება გადახრის ფირფიტებზე, ელექტრონული სხივი გადაიხრება, როგორც ნაჩვენებია ნახ. თერთმეტი.

გამოკვლეული ძაბვა Uy ჩვეულებრივ გამოიყენება ვერტიკალურად გადახრილ ფირფიტებზე, ხოლო განვითარებადი ძაბვა (ამ შემთხვევაში, წრფივი ცვალებადი პერიოდული პერიოდით Tr) გამოიყენება ჰორიზონტალურად გადახრილ ფირფიტებზე.

ბრინჯი. 11. სურათის მიღება CRT ეკრანზე

მაგნიტოელექტრული სისტემის მოწყობილობები (ამპერმეტრები, ვოლტმეტრები და ომმეტრები) შესაფერისია DC სქემებში გამოსაყენებლად და დეტექტორების გამოყენებისას, ასევე AC მიზნებისთვის. საზომი მექანიზმის მუშაობის პრინციპიმაგნიტოელექტრული სისტემა იყენებს მუდმივი მაგნიტის ველის ურთიერთქმედების ეფექტს ხვეულთან (ჩარჩოში), რომლის მეშვეობითაც დენი მიედინება. ნახ. 12 გვიჩვენებს ტიპურ დიზაინს (მოძრავი კოჭა).

ბრინჯი. 12. ტიპიური მოძრავი კოჭის დიზაინი მუდმივი მაგნიტი 1, ბირთვი ბოძებით 2 და

ფიქსირებული ბირთვი 3 წარმოადგენს მექანიზმის მაგნიტურ სისტემას. ბოძის ნაწილებსა და ბირთვს შორის უფსკრული იქმნება ძლიერი ერთგვაროვანი რადიალური მაგნიტური ველი, რომელშიც არის მოძრავი მართკუთხა ხვეული (ჩარჩო) 4, დახვეული სპილენძის ან ალუმინის მავთულით ჩარჩოზე. ხვეული ფიქსირდება ღერძების 5 და 6 ლილვებს შორის. კოჭის ზამბარები 7 და 8 შექმნილია საწინააღმდეგო მომენტის შესაქმნელად და, ამავე დროს, გაზომილი დენის მიწოდებისთვის.

ჩარჩო მყარად არის დაკავშირებული ისრთან 9. მოძრავი ნაწილის დასაბალანსებლად ანტენებზე 10 არის მოძრავი წონა.

კონვერტაციის განტოლება:

α = I (ВnS / W),

სადაც B არის მაგნიტური ინდუქცია უფსკრულიში;

α - მოძრავი ნაწილის ბრუნვის კუთხე; S არის ჩარჩოს ფართობი;

n არის ხვეული მობრუნების რაოდენობა;

W არის კონკრეტული საპირისპირო მომენტი. 51

ელექტრომაგნიტური, ელექტროდინამიკური, ფეროდინამიკური და ელექტროსტატიკური სისტემების მოწყობილობები ფართოდ გამოიყენება როგორც ტიპიური ელექტრომექანიკური ამპერმეტრები, ვოლტმეტრები, ვატმეტრები და სიხშირის მრიცხველები.

ელექტროდინამიკური მოწყობილობების მუშაობის პრინციპი ემყარება ორი კოჭის მაგნიტური ველის ურთიერთქმედებას, რომლის მეშვეობითაც დენი მიედინება.

ასეთი საზომი მექანიზმის მოწყობილობა ნაჩვენებია ნახ. ცამეტი.

ბრინჯი. 13. ელექტროდინამიკური სისტემის ელექტრომექანიკური გადამყვანი

ფიქსირებული კოჭის 1-ის შიგნით მოძრავი ხვეული 2 შეიძლება ბრუნდეს, რომლის დენი მიეწოდება ზამბარებით.

კოჭის ბრუნვა ხორციელდება ბრუნვით, რომელიც გამოწვეულია 1 და 2 ხვეულების მაგნიტური ველების ურთიერთქმედებით. საწინააღმდეგო მომენტი იქმნება სპეციალური ზამბარებით (არ არის ნაჩვენები სურ. 13-ზე).

ამ მექანიზმის ტრანსფორმაციის განტოლებაა:

α = W 1 ∂ ∂ M α I 1 I 2,

სადაც W არის კონკრეტული საპირისპირო მომენტი;

α - მოძრავი ნაწილის ბრუნვის კუთხე; M არის კოჭების ურთიერთ ინდუქციურობა.

ეს მექანიზმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მუდმივების გასაზომად

და ალტერნატიული დენები, ძაბვები და სიმძლავრე.

ფეროდინამიკური საზომი მექანიზმები არსებითად არის

არის ერთგვარი ელექტროდინამიკური მოწყობილობა, საიდანაც ისინი განსხვავდებიან მხოლოდ დიზაინით, ვინაიდან ხვეულს აქვს მაგნიტურად რბილი ბირთვი (მაგნიტური წრე), რომლის ზოლებს შორის მოძრავი ხვეულია მოთავსებული. ბირთვის არსებობა მნიშვნელოვნად ზრდის ფიქსირებული კოჭის მაგნიტურ ველს და, შესაბამისად, მგრძნობელობას.

ელექტროსტატიკურ მოწყობილობებში ხორციელდება ელექტრული დამუხტული გამტარების ურთიერთქმედების პრინციპი.

დეტალური საზომი მექანიზმის ერთ-ერთი საერთო დიზაინი ნაჩვენებია ნახ. თოთხმეტი.

სურ.14. ელექტროსტატიკური გადამყვანი მოძრავი ალუმინის ფირფიტა 1 ფიქსირდება ისრთან ერთად

3 ღერძზე, შეუძლია გადაადგილება, ურთიერთქმედებით ორ ელექტრულად დაკავშირებულ ფიქსირებულ ფირფიტასთან 2. შეყვანის ტერმინალები (არ არის ნაჩვენები), რომლებზეც გამოიყენება გაზომილი ძაბვა, დაკავშირებულია მოძრავ და ფიქსირებულ ფირფიტებთან.

ელექტროსტატიკური ძალების მოქმედებით, მოძრავი ფირფიტა იჭრება ფიქსირებულ ფირფიტებს შორის არსებულ სივრცეში. მოძრაობა

ჩერდება, როდესაც დაგრეხილი ფირფიტის საწინააღმდეგო მომენტი ბრუნვის ტოლი ხდება.

ასეთი მექანიზმის ტრანსფორმაციის განტოლებას აქვს ფორმა

α = 2 1 W ∂ d C α U 2,

სადაც U არის გაზომილი ძაბვა;

W არის კონკრეტული საპირისპირო მომენტი; C არის ტევადობა ფირფიტებს შორის.

მსგავსი გადამყვანები გამოიყენება განვითარებისთვის პირდაპირი და ალტერნატიული დენების ვოლტმეტრები.

ელექტრომაგნიტური სისტემის მოწყობილობების მუშაობის პრინციპი ემყარება მაგნიტური ველის ურთიერთქმედებას, რომელიც წარმოიქმნება დენის მიერ ფიქსირებულ კოჭში მოძრავ ფერომაგნიტურ ბირთვთან. ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული დიზაინი ნაჩვენებია ნახ. თხუთმეტი.

ბრინჯი. 15. ელექტრომაგნიტური სისტემის გადამყვანი:

I - ხვეული, 2 - ბირთვი, 3 - სპირალური ზამბარა, რომელიც ქმნის საპირისპირო მომენტს, 4 - ჰაერის ამორტიზატორი

მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ, ბირთვი იზიდება შიგნით