Elektromagnetickú indukciu objavil Michael Faraday v roku 1831. Zistil, že elektromotorická sila vznikajúca v uzavretom vodivom obvode je úmerná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený týmto obvodom. Veľkosť EMF nezávisí od toho, či príčinou zmeny toku je zmena samotného magnetického poľa alebo pohyb obvodu (alebo jeho časti) v magnetickom poli. Elektrický prúd spôsobený týmto emf sa nazýva indukovaný prúd.

Faradayov zákon Podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie elektromotorická sila pôsobiaca pozdĺž ľubovoľne zvoleného obvodu Znamienko mínus vo vzorci odráža Lenzovo pravidlo, pomenované po ruskom fyzikovi E. H. Lenzovi: Indukčný prúd vznikajúci v uzavretom vodivom obvode má nasledujúci smer. , že magnetické pole, ktoré vytvára, pôsobí proti zmene magnetického toku, ktorý spôsobil prúd.

Magnetický tok V rovnomernom magnetickom poli je veľkosť vektora indukcie rovná B, je umiestnená plochá uzavretá slučka oblasti S. Normála n k rovine obrysu zviera uhol a so smerom vektora magnetickej indukcie B ( pozri obr. 1). Magnetický tok povrchom je veličina Ф, určená vzťahom: Ф = В·S·cos a. Jednotkou merania magnetického toku v sústave SI je 1 Weber (1 Wb).

Indukčné emf v pohybujúcom sa vodiči Nech sa vodič dĺžky L pohybuje rýchlosťou V v rovnomernom magnetickom poli a križuje siločiary. Náboje vo vodiči sa pohybujú spolu s vodičom. Na náboj pohybujúci sa v magnetickom poli pôsobí Lorentzova sila. Voľné elektróny sú posunuté na jeden koniec vodiča a nekompenzované kladné náboje zostávajú na druhom konci. Vzniká potenciálny rozdiel, ktorý predstavuje indukované emf ei. Jeho hodnotu možno určiť výpočtom práce vykonanej Lorentzovou silou pri pohybe náboja pozdĺž vodiča: ei = A/q = F·L/q. Z toho vyplýva, že ei = B·V·L·sin a.

Samoindukcia Samoindukcia je špeciálny prípad rôznych prejavov elektromagnetickej indukcie. Uvažujme obvod pripojený k zdroju prúdu (obr. 6). Po obvode tečie elektrický prúd I. Tento prúd vytvára v okolitom priestore magnetické pole. Výsledkom je, že obvod preniká vlastným magnetickým tokom F. Je zrejmé, že vlastný magnetický tok je úmerný prúdu v obvode, ktorý vytvoril magnetické pole: Ф = L·I. Faktor úmernosti L sa nazýva indukčnosť slučky. Indukčnosť závisí od veľkosti, tvaru vodiča a magnetických vlastností média. Jednotkou SI indukčnosti je 1 Henry (H). Ak sa zmení prúd v obvode, zmení sa aj vlastný magnetický tok Fs. Zmena hodnoty Fs vedie k vzniku indukčného emf v obvode. Tento jav sa nazýva samoindukcia a zodpovedajúca hodnota je emf eiс samoindukcie. Zo zákona elektromagnetickej indukcie vyplýva, že eiс = dФс/dt. Ak L = konšt., potom eiс= - L·dI/dt.

Transformátor Transformátor je statické elektromagnetické zariadenie s dvoma (alebo viacerými) vinutiami, najčastejšie určené na premenu striedavého prúdu jedného napätia na striedavý prúd iného napätia. Premena energie v transformátore sa uskutočňuje striedavým magnetickým poľom. Transformátory sú široko používané pri prenose elektrickej energie na veľké vzdialenosti, jej distribúcii medzi prijímačmi, ako aj v rôznych usmerňovacích, zosilňovacích, signalizačných a iných zariadeniach.

Výkonové transformátory Výkonové transformátory premieňajú striedavý prúd jedného napätia na striedavý prúd iného napätia na zásobovanie spotrebiteľov elektrickou energiou. V závislosti od účelu sa môžu zvyšovať alebo znižovať. V distribučných sieťach sa spravidla používajú trojfázové znižovacie transformátory s dvomi vinutiami, ktoré menia napätie 6 a 10 kV na napätie 0,4 kV.

Prúdový transformátor Prúdový transformátor je pomocné zariadenie, v ktorom je sekundárny prúd prakticky úmerný primárnemu prúdu a je určený na pripojenie meracích prístrojov a relé k elektrickým obvodom striedavého prúdu. Prúdové transformátory slúžia na premenu prúdu ľubovoľnej hodnoty a napätia na prúd vhodný na meranie bežnými prístrojmi (5 A), napájanie prúdových vinutí relé, odpájacích zariadení, ako aj oddeľovania zariadení a ich obsluhy od vysokého napätia.

Prístrojové transformátory napätia Prístrojové transformátory napätia sú medzitransformátory, cez ktoré sa zapínajú meracie prístroje pri vysokých napätiach.Vďaka tomu sú meracie prístroje izolované od siete, čo umožňuje použitie štandardných prístrojov (s premenenou stupnicou) resp. tým rozširuje limity meraných napätí. Napäťové transformátory sa používajú ako na meranie napätia, výkonu, energie, tak aj na napájanie automatizačných obvodov, alarmov a reléovej ochrany elektrických vedení pred zemnými poruchami. V niektorých prípadoch môžu byť napäťové transformátory použité ako nízkoenergetické zostupné výkonové transformátory alebo ako zvyšovacie skúšobné transformátory (na testovanie izolácie elektrických zariadení)

Klasifikácia transformátorov napätia Transformátory napätia sa líšia: a) počtom fáz - jednofázové a trojfázové; b) podľa počtu závitov dvojvinutie a trojvinutie; c) podľa triedy presnosti, t.j. podľa hodnôt dovolených chýb; d) metódou chladenia transformátory s olejovým chladením (olej), s prirodzeným chladením vzduchom (suché a s liatou izoláciou); e) podľa typu inštalácie pre vnútornú inštaláciu, pre vonkajšiu inštaláciu a pre kompletný rozvádzač (rozvádzač)

Klasifikácia prúdových transformátorov Prúdové transformátory sa klasifikujú podľa rôznych kritérií: 1. Prúdové transformátory sa podľa účelu delia na meracie, ochranné, medziľahlé (na zaradenie meracích prístrojov do reléových ochranných prúdových obvodov, na vyrovnávanie prúdov v obvodoch diferenciálnej ochrany, napr. atď.) a laboratórne (vysoká presnosť, ako aj s mnohými transformačnými pomermi). 2. Podľa typu inštalácie sa prúdové transformátory rozlišujú: a) pre vonkajšiu inštaláciu (v otvorených rozvádzačoch); b) pre vnútornú inštaláciu; c) zabudované do elektrických zariadení a strojov: spínače, transformátory, generátory atď.; d) vrchné kryty umiestnené na vrchnej časti priechodky (napríklad na vysokonapäťovom vstupe výkonového transformátora); e) prenosné (na kontrolné merania a laboratórne testy). 3. Prúdové transformátory sa podľa konštrukcie primárneho vinutia delia na: a) viacotáčkové (cievka, slučkové vinutie a osmičkové vinutie); b) jednootáčkový (tyč); c) pneumatiky.

4. Podľa spôsobu inštalácie sa prúdové transformátory pre vnútornú a vonkajšiu inštaláciu delia na: a) priechodné; b) podpora. 5. Prúdové transformátory možno na základe izolácie rozdeliť do skupín: a) so suchou izoláciou (porcelán, bakelit, liata epoxidová izolácia a pod.); b) s izoláciou papier-olej as izoláciou kondenzátora-papier-olej; c) naplnené zmesou. 6. Podľa počtu transformačných stupňov sa rozlišujú prúdové transformátory: a) jednostupňové; b) dvojstupňové (kaskádové). 7. Transformátory sa rozlišujú podľa prevádzkového napätia: a) pre menovité napätie nad 1000 V; b) pre menovité napätie do 1000 V.

Generátory elektrickej energie Elektrický prúd sa generuje v generátoroch - zariadeniach, ktoré premieňajú energiu jedného alebo druhého druhu na elektrickú energiu. Medzi generátory patria galvanické články, elektrostatické stroje, termočlánky, solárne panely atď. Rozsah použitia každého z uvedených typov generátorov elektriny je určený ich charakteristikami. Elektrostatické stroje teda vytvárajú vysoký potenciálny rozdiel, ale nie sú schopné vytvoriť v obvode žiadny významný prúd. Galvanické články môžu produkovať veľký prúd, ale ich pôsobenie je krátke. Prevládajúcu úlohu v našej dobe zohrávajú elektromechanické indukčné generátory striedavého prúdu. V týchto generátoroch sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu. Ich pôsobenie je založené na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Takéto generátory majú pomerne jednoduchú konštrukciu a umožňujú získať veľké prúdy pri dostatočne vysokom napätí

Generátor striedavého prúdu Generátor striedavého prúdu (alternátor) je elektromechanické zariadenie, ktoré premieňa mechanickú energiu na elektrickú energiu striedavého prúdu. Medzi generátory patria galvanické články, elektrostatické stroje, termočlánky, solárne panely atď. Rozsah použitia každého z uvedených typov generátorov elektriny je určený ich charakteristikami. Elektrostatické stroje teda vytvárajú vysoký potenciálny rozdiel, ale nie sú schopné vytvoriť v obvode žiadny významný prúd.

Test 11-1 (elektromagnetická indukcia)

možnosť 1

1. Kto objavil fenomén elektromagnetickej indukcie?

A. X. Oersted. Prívesok B. Sh. V. A. Volta. G. A. Ampere. D. M. Faraday. E . D. Maxwell.

2. Vodiče cievky medeného drôtu sú pripojené k citlivému galvanometru. V ktorom z nasledujúcich experimentov galvanometer zistí výskyt emf elektromagnetickej indukcie v cievke?

Z cievky je odstránený permanentný magnet.

Permanentný magnet sa otáča okolo svojej pozdĺžnej osi vo vnútri cievky.

A. Len v prípade 1. B. Len v prípade 2. C. Len v prípade 3. D. V prípadoch 1 a 2. E. V prípadoch 1, 2 a 3.

3.Ako sa nazýva fyzikálna veličina rovnajúca sa súčinu modulu B indukcie magnetického poľa plochou S povrchu preniknutej magnetickým poľom a kosínusom?
uhol a medzi vektorom B indukcie a normálou n k tomuto povrchu?

A. Indukčnosť. B. Magnetický tok. B. Magnetická indukcia. D. Samoindukcia. D. Energia magnetického poľa.

4. Ktorý z nasledujúcich výrazov určuje indukované emf v uzavretej slučke?

A. B. IN. G. D.

5. Keď sa pásový magnet zatlačí do kovového krúžku a von z neho, v krúžku vznikne indukovaný prúd. Tento prúd vytvára magnetické pole. Ktorý pól smeruje k magnetickému poľu prúdu v prstenci smerom k: 1) zaťahovaciemu severnému pólu magnetu a 2) výsuvnému severnému pólu magnetu.

6. Ako sa volá jednotka merania magnetického toku?

7. Mernou jednotkou akej fyzikálnej veličiny je 1 Henry?

A. Indukcia magnetického poľa. B. Elektrické kapacity. B. Samoindukcia. D. Magnetický tok. D. Indukčnosť.

8. Aký výraz určuje súvislosť medzi magnetickým tokom obvodom a indukčnosťou L obvod a sila prúdu ja v okruhu?

A. LI . B. IN. LI ‘ . G. LI 2 . D.

9. Aký výraz určuje vzťah medzi samoindukčným emf a silou prúdu v cievke?

A. B . IN . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Vlastnosti rôznych polí sú uvedené nižšie. Ktorý z nich má elektrostatické pole?

Napínacie vedenia nie sú spojené s elektrickými nábojmi.

Pole má energiu.

Pole nemá energiu.

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. Obvod s plochou 1000 cm 2 je v rovnomernom magnetickom poli s indukciou 0,5 T, uhol medzi vektorom IN

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

12. Aká sila prúdu v obvode s indukčnosťou 5 mH vytvára magnetický tok 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. Magnetický tok obvodom za 5 · 10 -2 s rovnomerne klesol z 10 mWb na 0 mWb. Aká je hodnota EMF v obvode v tomto čase?

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

14. Aká je hodnota energie magnetického poľa cievky s indukčnosťou 5 H, keď je v nej prúd 400 mA?

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

15. Cievka obsahujúca n závitov drôtu je pripojená k zdroju jednosmerného prúdu s napätím U pri východe. Aká je maximálna hodnota samoindukčného emf v cievke, keď sa napätie na jej koncoch zvýši z 0 V na U IN?

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

16. Dve rovnaké lampy sú zapojené do obvodu zdroja jednosmerného prúdu, prvé v sérii s rezistorom, druhé v sérii s cievkou. V ktorej zo svietidiel (obr. 1) dosiahne sila prúdu pri zopnutom spínači K svoju maximálnu hodnotu neskôr ako v druhej?

A. V prvom. B. V druhom. B. V prvom a druhom súčasne. D. V prvom, ak je odpor odporu väčší ako odpor cievky. D. V druhom, ak je odpor cievky väčší ako odpor odporu.

17. Cievka s indukčnosťou 2 H je zapojená paralelne s rezistorom s elektrickým odporom 900 Ohm, prúd v cievke je 0,5 A, elektrický odpor cievky je 100 Ohm. Aký elektrický náboj bude prúdiť v obvode cievky a rezistora, keď budú odpojené od zdroja prúdu (obr. 2)?

A. 4000 Cl. B. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 110-2 Cl. D. 1,110-3 Cl. E. 110-3 Cl.

18. Lietadlo letí rýchlosťou 900 km/h, modul vertikálnej zložky vektora indukcie magnetického poľa Zeme je 4 10 5 Tesla. Aký je potenciálny rozdiel medzi koncami krídel lietadla, ak je rozpätie krídel 50 m?

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

19. Aká musí byť sila prúdu vo vinutí kotvy elektromotora, aby sila 120 N pôsobila na úsek vinutia 20 závitov dlhý 10 cm, umiestnený kolmo na vektor indukcie v magnetickom poli s. indukcia 1,5 tesla?

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

20. Aká sila musí pôsobiť na kovovú prepojku, aby sa rovnomerne pohybovala rýchlosťou 8 m/s po dvoch paralelných vodičoch umiestnených vo vzdialenosti 25 cm od seba v rovnomernom magnetickom poli s indukciou 2 Tesla? Indukčný vektor je kolmý na rovinu, v ktorej sú umiestnené koľajnice. Vodiče sú uzavreté odporom s elektrickým odporom 2 ohmy.

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

Test 11-1 (elektromagnetická indukcia)

Možnosť 2

1. Ako sa nazýva jav výskytu elektrického prúdu v uzavretom obvode pri zmene magnetického toku obvodom?

A. Elektrostatická indukcia. B. Fenomén magnetizácie. B. Ampérová sila. sila G. Lorentza. D. Elektrolýza. E. Elektromagnetická indukcia.

2. Vodiče cievky medeného drôtu sú pripojené k citlivému galvanometru. V ktorom z nasledujúcich experimentov galvanometer zistí výskyt emf elektromagnetickej indukcie v cievke?

Do cievky je vložený permanentný magnet.

Cievka je umiestnená na magnete.

3) Cievka sa otáča okolo umiestneného magnetu
v jej vnútri.

A. V prípadoch 1, 2 a 3. B. V prípadoch 1 a 2. C. Len v prípade 1. D. Len v prípade 2. E. Len v prípade 3.

3. Ktorý z nasledujúcich výrazov určuje magnetický tok?

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

4. Čo vyjadruje nasledujúce tvrdenie: indukované emf v uzavretej slučke je úmerné rýchlosti zmeny magnetického toku povrchom ohraničeným slučkou?

A. Zákon elektromagnetickej indukcie. B. Lenzove pravidlo. B. Ohmov zákon pre úplný obvod. D. Fenomén samoindukcie. D. Zákon elektrolýzy.

5. Keď sa pásový magnet zatlačí do kovového krúžku a von z neho, v krúžku vznikne indukovaný prúd. Tento prúd vytvára magnetické pole. Ktorý pól je obrátený k magnetickému poľu prúdu v prstenci smerom k: 1) výsuvnému južnému pólu magnetu a 2) výsuvnému južnému pólu magnetu.

A. 1 - severný, 2 - severný. B. 1 - južná, 2 - južná.

B. 1 - južná, 2 - severná. G. 1 - severná, 2 - južná.

6. Mernou jednotkou akej fyzikálnej veličiny je 1 Weber?

A. Indukcia magnetického poľa. B. Elektrické kapacity. B. Samoindukcia. D. Magnetický tok. D. Indukčnosť.

7. Ako sa nazýva merná jednotka indukčnosti?

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

8. Aký výraz určuje vzťah medzi energiou magnetického toku v obvode a indukčnosťou L obvod a sila prúdu ja v okruhu?

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

9.Čo je fyzikálna veličina X je určený výrazom x= pre cievku P otočí .

A. Indukčné emf. B. Magnetický tok. B. Indukčnosť. D. EMP samoindukcie. D. Energia magnetického poľa. E. Magnetická indukcia.

10. Vlastnosti rôznych polí sú uvedené nižšie. Ktoré z nich má vírivé indukčné elektrické pole?

Napínacie vedenia sú nevyhnutne spojené s elektrickými nábojmi.

Napínacie vedenia nie sú spojené s elektrickými nábojmi.

Pole má energiu.

Pole nemá energiu.

Práca vykonaná silami na pohyb elektrického náboja pozdĺž uzavretej dráhy sa nemusí rovnať nule.

Práca vykonaná silami na pohyb elektrického náboja pozdĺž akejkoľvek uzavretej dráhy je nulová.

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. Obvod s plochou 200 cm 2 je v rovnomernom magnetickom poli s indukciou 0,5 T, uhol medzi vektorom IN indukcia a normála k povrchu obrysu 60°. Aký je magnetický tok cez slučku?

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

12. Prúd 4 A vytvára v obvode magnetický tok 20 mWb Aká je indukčnosť obvodu?

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

13. Magnetický tok obvodom za 0,5 s rovnomerne klesol z 10 mWb na 0 mWb. Aká je hodnota EMF v obvode v tomto čase?

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

14. Aká je hodnota energie magnetického poľa cievky s indukčnosťou 500 mH, keď je v nej prúd 4 A?

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

15. Cievka obsahujúca P závity drôtu, pripojené k zdroju jednosmerného prúdu s napätím U na ceste von. Aká je maximálna hodnota samoindukčného emf v cievke, keď napätie na jej koncoch klesá z U V na 0 V?

A. U V.B. nU V.V. U / n V.G. Možno mnohokrát viac U , závisí od rýchlosti zmeny prúdu a od indukčnosti cievky.

16. V elektrickom obvode znázornenom na obrázku 1 sú štyri kľúče 1, 2, 3 A 4 ZATVORENÉ. Otvorenie, ktorý zo štyroch poskytne najlepšiu príležitosť na odhalenie fenoménu samoindukcie?

A. 1. B. 2. V. 3. G. 4. D. Ktorýkoľvek zo štyroch.

17. Cievka s indukčnosťou 2 H je zapojená paralelne s odporom s elektrickým odporom 100 Ohm, prúd v cievke je 0,5 A, elektrický odpor cievky je 900 Ohm. Aký elektrický náboj bude prúdiť v obvode cievky a rezistora, keď budú odpojené od zdroja prúdu (obr. 2)?

A. 4000 Cl. B. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 110-2 Cl. D. 1,110-3 Cl. E. 110-3 Cl.

18. Lietadlo letí rýchlosťou 1800 km/h, modul vertikálnej zložky vektora indukcie magnetického poľa Zeme je 4 10 -5 Tesla. Aký je potenciálny rozdiel medzi koncami krídel lietadla, ak je rozpätie krídel 25 m?

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

19. Obdĺžnikový rám s plochouS s elektrický šokja umiestnený v magnetické indukčné poleIN . Aký je moment sily pôsobiaci na rám, ak je uhol medzi vektoromIN a normálna k rámu je a?

A. IBS hriech a. B. IBS. IN. IBS cos a. G. ja 2 B.S. hriech a. D. ja 2 B.S. cos a. .

Možnosť 2

Je známych niekoľko typov javov elektrického prúdu, ktoré sa líšia v závislosti od druhu látky, v ktorej sa za vhodných podmienok vyskytuje.

Elektrická vodivosť je schopnosť látky viesť elektrický prúd.

Všetky látky sú rozdelené do troch tried: vodiče, polovodiče a dielektriká. Vodiče sú prvého a druhého druhu: vo vodičoch prvého druhu (kovy) je prúd tvorený elektrónmi a vodivosť sa nazýva elektrónová, vo vodičoch druhého druhu (roztoky solí, kyselín, zásad) je prúd tvorený ióny.

Jav usmerneného pohybu voľných nosičov elektrického náboja v látke alebo vo vákuu sa nazýva vodivý prúd.

Intenzita elektrického prúdu sa meria fyzikálnou veličinou nazývanou sila elektrického prúdu. Veľkosť vodivého prúdu je určená elektrickým nábojom všetkých častíc prechádzajúcich prierezom vodiča za jednotku času:

V praktických výpočtoch sa používa pojem hustoty elektrického prúdu (číselne určený pomerom sily prúdu k ploche prierezu vodiča):

;

Experimenty ukázali, že intenzita elektrického prúdu je úmerná sile elektrického poľa a závisí od vlastností vodivej látky. Závislosť prúdu od vlastností látky sa nazýva vodivosť a jej prevrátená hodnota sa nazýva odpor.

;

G - vodivosť;

R= 1\ G - odpor;

Odolnosť závisí od teploty: ;

α – teplotný koeficient odporu.

Polovodiče zaberajú strednú polohu medzi vodičmi a dielektrikami, ich molekuly sú spojené kovalentnými väzbami. Tieto väzby môžu byť za určitých podmienok zničené: pridáme buď prímes elektrónov alebo prímes kladných iónov, a potom vzniká možnosť získania elektrónovej alebo dierovej vodivosti. Na zabezpečenie prúdu v polovodiči sa musí použiť potenciálny rozdiel.

Elektrická vodivosť dielektrika je prakticky nulová kvôli veľmi silným väzbám medzi elektrónmi a jadrom. Ak je dielektrikum umiestnené vo vonkajšom elektrickom poli, dôjde k polarizácii atómov v dôsledku premiestnenia kladných nábojov v jednom smere a záporných nábojov v druhom smere. Pri veľmi silnom vonkajšom elektrickom poli môžu byť atómy roztrhnuté a dochádza k poruchovému prúdu.

Okrem vodivého prúdu existuje aj posuvný prúd. Posuvný prúd je spôsobený zmenou vektora intenzity elektrického poľa v priebehu času.

Elektrický prúd môže prúdiť iba v uzavretom systéme.

Téma 1.2 Jednoduché a zložité elektrické obvody

Elektrický obvod je súbor zariadení a predmetov, ktoré zabezpečujú tok elektrického prúdu od zdroja k spotrebiteľovi.

Prvok elektrického obvodu je samostatný predmet alebo zariadenie. Hlavné prvky elektrického obvodu sú: zdroj elektrickej energie, spotrebitelia, zariadenia na prenos elektrickej energie. IN zdrojov elektrickej energie rôzne druhy neelektrickej energie sa premieňajú na elektrickú energiu. IN spotrebiteľov Elektrická energia sa premieňa na teplo, svetlo a iné neelektrické druhy energie. Zariadenia na prenos elektrickej energie zo zdrojov k spotrebiteľom sú elektrické vedenia. Všetky základné prvky elektrických obvodov majú elektrický odpor a ovplyvňujú množstvo prúdu v elektrickom obvode.

Okrem hlavných prvkov elektrické obvody obsahujú pomocné prvky: poistky, vypínače, vypínače, meracie prístroje a iné.

Elektrický obvod je tzv jednoduché, ak pozostáva z jednej uzavretej slučky. Elektrický obvod je tzv komplexné(rozvetvený), ak pozostáva z niekoľkých uzavretých obrysov.

Nabíjanie v pohybe. Môže mať podobu náhleho výboja statickej elektriny, napríklad blesku. Alebo to môže byť riadený proces v generátoroch, batériách, solárnych alebo palivových článkoch. Dnes sa pozrieme na samotný pojem „elektrický prúd“ a podmienky existencie elektrického prúdu.

Elektrická energia

Väčšina elektriny, ktorú používame, prichádza vo forme striedavého prúdu z elektrickej siete. Vytvárajú ho generátory, ktoré pracujú podľa Faradayovho zákona indukcie, vďaka čomu môže meniace sa magnetické pole indukovať vo vodiči elektrický prúd.

Generátory majú rotujúce cievky drôtu, ktoré pri rotácii prechádzajú cez magnetické polia. Keď sa cievky otáčajú, otvárajú a zatvárajú sa vzhľadom na magnetické pole a vytvárajú elektrický prúd, ktorý pri každom otočení mení smer. Prúd prechádza celým cyklom tam a späť 60-krát za sekundu.

Generátory môžu byť poháňané parnými turbínami vykurovanými uhlím, zemným plynom, ropou alebo jadrovým reaktorom. Z generátora prúd prechádza cez sériu transformátorov, kde sa zvyšuje jeho napätie. Priemer drôtov určuje množstvo a intenzitu prúdu, ktorý môžu prenášať bez prehriatia a straty energie a napätie je obmedzené iba tým, ako dobre sú vedenia izolované od zeme.

Je zaujímavé poznamenať, že prúd je prenášaný iba jedným drôtom a nie dvoma. Jeho dve strany sú označené ako pozitívne a negatívne. Keďže sa však polarita striedavého prúdu mení 60-krát za sekundu, majú iné názvy - horúce (hlavné elektrické vedenia) a zem (bežiace pod zemou, aby dokončili okruh).

Prečo je potrebný elektrický prúd?

Elektrický prúd má mnoho využití: dokáže osvetliť váš domov, vyprať a vysušiť oblečenie, zdvihnúť garážovú bránu, zovrieť vodu v rýchlovarnej kanvici a umožniť ďalšie domáce potreby, ktoré nám výrazne uľahčujú život. Schopnosť prúdu prenášať informácie je však čoraz dôležitejšia.

Počítač pri pripojení na internet využíva len malú časť elektrického prúdu, no je to niečo, bez čoho si moderný človek nevie predstaviť svoj život.

Pojem elektrického prúdu

Podobne ako tok rieky, tok molekúl vody, aj elektrický prúd je tok nabitých častíc. Čo to spôsobuje a prečo to nejde vždy tým istým smerom? Čo sa vám vybaví, keď počujete slovo „tečie“? Možno to bude rieka. Toto je dobrá asociácia, pretože z tohto dôvodu dostal elektrický prúd svoje meno. Je to veľmi podobné prúdeniu vody, ale namiesto toho, aby sa molekuly vody pohybovali pozdĺž kanála, nabité častice sa pohybovali pozdĺž vodiča.

Medzi podmienkami nevyhnutnými pre existenciu elektrického prúdu je bod, ktorý vyžaduje prítomnosť elektrónov. Atómy vo vodivom materiáli majú veľa z týchto voľných nabitých častíc plávajúcich okolo a medzi atómami. Ich pohyb je náhodný, takže nedochádza k žiadnemu toku v žiadnom danom smere. Čo je potrebné na existenciu elektrického prúdu?

Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí prítomnosť napätia. Keď sa aplikuje na vodič, všetky voľné elektróny sa budú pohybovať rovnakým smerom a vytvárajú prúd.

Zaujíma vás elektrický prúd

Zaujímavé je, že keď sa elektrická energia prenáša cez vodič rýchlosťou svetla, samotné elektróny sa pohybujú oveľa pomalšie. V skutočnosti, ak by ste kráčali pomaly vedľa vodivého drôtu, vaša rýchlosť by bola 100-krát vyššia ako rýchlosť elektrónov. Je to spôsobené tým, že nepotrebujú prekonávať obrovské vzdialenosti, aby si navzájom odovzdávali energiu.

Jednosmerný a striedavý prúd

Dnes sú široko používané dva rôzne typy prúdu - jednosmerný a striedavý. V prvom sa elektróny pohybujú jedným smerom, z „negatívnej“ strany na „pozitívnu“. Striedavý prúd tlačí elektróny tam a späť a mení smer toku niekoľkokrát za sekundu.

Generátory používané v elektrárňach na výrobu elektriny sú určené na výrobu striedavého prúdu. Pravdepodobne ste si nikdy nevšimli, že svetlá vo vašej domácnosti skutočne blikajú, pretože sa mení aktuálny smer, ale deje sa to príliš rýchlo na to, aby to vaše oči rozpoznali.

Aké sú podmienky pre existenciu jednosmerného elektrického prúdu? Prečo potrebujeme oba typy a ktorý z nich je lepší? Toto sú dobré otázky. Skutočnosť, že stále používame oba typy prúdu, naznačuje, že oba slúžia na špecifické účely. Ešte v 19. storočí bolo jasné, že efektívny prenos energie na veľké vzdialenosti medzi elektrárňou a domom je možný len pri veľmi vysokom napätí. Problémom však bolo, že posielanie skutočne vysokého napätia bolo pre ľudí mimoriadne nebezpečné.

Riešením tohto problému bolo zníženie napätia mimo domova pred jeho odoslaním dovnútra. Dodnes sa jednosmerný elektrický prúd používa na prenos na veľké vzdialenosti, najmä kvôli jeho schopnosti ľahko sa premieňať na iné napätia.

Ako funguje elektrický prúd?

Podmienky existencie elektrického prúdu zahŕňajú prítomnosť nabitých častíc, vodiča a napätia. Mnohí vedci študovali elektrinu a zistili, že existujú dva typy elektriny: statická a prúdová.

Je to druhý, ktorý hrá obrovskú úlohu v každodennom živote každého človeka, pretože predstavuje elektrický prúd, ktorý prechádza obvodom. Používame ho denne na napájanie našich domovov a oveľa viac.

Čo je elektrický prúd?

Keď elektrické náboje cirkulujú v obvode z jedného miesta na druhé, vzniká elektrický prúd. Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí okrem nabitých častíc aj prítomnosť vodiča. Najčastejšie ide o drôt. Jeho obvod je uzavretý obvod, v ktorom prúd prechádza zo zdroja energie. Keď je okruh otvorený, nemôže cestu dokončiť. Napríklad, keď je svetlo vo vašej izbe vypnuté, okruh je otvorený, ale keď je okruh zatvorený, svetlo svieti.

Aktuálny výkon

Podmienky existencie elektrického prúdu vo vodiči sú značne ovplyvnené napäťovými charakteristikami, ako je výkon. Toto je miera toho, koľko energie sa spotrebuje za určité časové obdobie.

Existuje mnoho rôznych jednotiek, ktoré možno použiť na vyjadrenie tejto charakteristiky. Elektrický výkon sa však takmer meria vo wattoch. Jeden watt sa rovná jednému joulu za sekundu.

Elektrický náboj v pohybe

Aké sú podmienky pre existenciu elektrického prúdu? Môže mať podobu náhleho výboja statickej elektriny, ako je blesk alebo iskra z trenia o vlnenú tkaninu. Častejšie však, keď hovoríme o elektrickom prúde, hovoríme o viac kontrolovanej forme elektriny, pri ktorej svietia svetlá a fungujú spotrebiče. Väčšinu elektrického náboja nesú negatívne elektróny a kladné protóny v atóme. Posledne menované sú však hlavne imobilizované vo vnútri atómových jadier, takže prácu na prenose náboja z jedného miesta na druhé vykonávajú elektróny.

Elektróny vo vodivom materiáli, akým je kov, sa môžu vo veľkej miere voľne pohybovať z jedného atómu na druhý pozdĺž svojich vodivých pásov, ktoré sú najvyššími dráhami elektrónov. Dostatočná elektromotorická sila alebo napätie vytvára nerovnováhu náboja, ktorá môže spôsobiť tok elektrónov cez vodič vo forme elektrického prúdu.

Ak nakreslíme analógiu s vodou, vezmite si napríklad potrubie. Keď otvoríme ventil na jednom konci, aby voda mohla tiecť do potrubia, nemusíme čakať, kým sa voda dostane až na koniec. Na druhom konci dostaneme vodu takmer okamžite, pretože prichádzajúca voda tlačí vodu, ktorá je už v potrubí. To sa stane, keď je v drôte elektrický prúd.

Elektrický prúd: podmienky existencie elektrického prúdu

Elektrický prúd sa zvyčajne považuje za tok elektrónov. Keď sú dva konce batérie navzájom spojené pomocou kovového drôtu, táto nabitá hmota prechádza drôtom z jedného konca (elektródy alebo pólu) batérie na opačný. Vymenujme teda podmienky existencie elektrického prúdu:

1. Nabité častice.
2. Dirigent.
3. Zdroj napätia.

Nie všetko je však také jednoduché. Aké podmienky sú potrebné pre existenciu elektrického prúdu? Na túto otázku možno podrobnejšie odpovedať zvážením nasledujúcich charakteristík:

• Potenciálny rozdiel (napätie). Toto je jedna z povinných podmienok. Medzi týmito 2 bodmi musí byť potenciálny rozdiel, čo znamená, že odpudivá sila, ktorú vytvárajú nabité častice na jednom mieste, musí byť väčšia ako ich sila v inom bode. Zdroje napätia sa v prírode spravidla nevyskytujú a elektróny sú v prostredí rozmiestnené pomerne rovnomerne. Napriek tomu sa vedcom podarilo vynájsť určité typy zariadení, kde sa tieto nabité častice môžu hromadiť, čím sa vytvorí veľmi potrebné napätie (napríklad v batériách).
• Elektrický odpor (vodič). Toto je druhá dôležitá podmienka, ktorá je nevyhnutná pre existenciu elektrického prúdu. Toto je dráha, po ktorej sa pohybujú nabité častice. Ako vodiče pôsobia len tie materiály, ktoré umožňujú voľný pohyb elektrónov. Tí, ktorí túto schopnosť nemajú, sa nazývajú izolanty. Napríklad kovový drôt bude vynikajúcim vodičom, zatiaľ čo jeho gumený plášť bude vynikajúcim izolantom.

Po starostlivom preštudovaní podmienok pre vznik a existenciu elektrického prúdu dokázali ľudia skrotiť tento silný a nebezpečný prvok a nasmerovať ho v prospech ľudstva.

Jav výskytu elektrického prúdu v uzavretom vodivom obvode pri zmene magnetického toku pokrytého týmto obvodom sa nazýva elektromagnetická indukcia.

Objavili ho Joseph Henry (pozorovania uskutočnené v roku 1830, výsledky publikované v roku 1832) a Michael Faraday (pozorovania uskutočnené a výsledky publikované v roku 1831).

Faradayove experimenty sa uskutočňovali s dvomi do seba vloženými cievkami (vonkajšia cievka je neustále spojená s ampérmetrom a vnútorná cez kľúč s batériou). Indukčný prúd vo vonkajšej cievke je pozorovaný:

A

V

b

Pri zatváraní a otváraní okruhu vnútornej cievky nehybne voči vonkajšej (obr. a);

Pri pohybe vnútornej cievky jednosmerným prúdom vzhľadom na vonkajšiu (obr. b);

Pri pohybe vzhľadom na vonkajšiu cievku permanentného magnetu (obr. c).

Faraday ukázal, že vo všetkých prípadoch výskytu indukovaného prúdu vo vonkajšej cievke sa mení magnetický tok cez ňu. Na obr. Vonkajšia cievka je znázornená ako jedna otáčka. V prvom prípade (obr. a), keď je obvod uzavretý, preteká prúd vnútornou cievkou, vzniká (zmení sa) magnetické pole a podľa toho magnetický tok cez vonkajšiu cievku. V druhom (obr. b) a treťom (obr. c) prípade sa magnetický tok cez vonkajšiu cievku mení v dôsledku zmeny vzdialenosti od nej k vnútornej cievke prúdom alebo k permanentnému magnetu počas pohybu. .

A

V

b

ja

ja

ja

V roku 1834 Emilius Christianovich Lenz experimentálne stanovil pravidlo, ktoré umožňuje určiť smer indukčného prúdu: indukčný prúd je vždy smerovaný tak, aby pôsobil proti príčine, ktorá ho spôsobuje; indukovaný prúd má vždy taký smer, že prírastok magnetického toku, ktorý vytvára, a prírastok magnetického toku, ktorý spôsobil tento indukovaný prúd, sú opačného znamienka. Toto pravidlo sa nazýva Lenzovo pravidlo.

Zákon elektromagnetickej indukcie možno formulovať v nasledujúcom tvare: emf elektromagnetickej indukcie v obvode sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku v čase cez povrch ohraničený týmto obvodom, brané so znamienkom mínus

Tu dФ = je skalárny súčin vektora magnetickej indukcie a vektora plochy povrchu. Vektor , kde je jednotkový vektor () normály k nekonečne malému povrchu plochy.

Znamienko mínus vo výraze je spojené s pravidlom pre výber smeru normály k obrysu, ktorý ohraničuje povrch, a kladného smeru prechádzania pozdĺž neho. V súlade s definíciou magnetický tok Ф cez povrch plochy S

závisí od času, ak sa v priebehu času mení: plocha povrchu S;

vektorový modul magnetickej indukcie B; uhol medzi vektormi a normálne .

Ak sa uzavretá slučka (cievka) skladá zo závitov, potom celkový tok cez povrch ohraničený takým zložitým obrysom sa nazýva tok väzba a je definovaný ako

kde Ф i je magnetický tok cez i otáčku. Ak sú všetky otáčky rovnaké, potom

kde Ф je magnetický tok cez ktorýkoľvek závit. V tomto prípade

ja

ja

ja

N otáčok

1 otočenie

2 otáčky

Výraz umožňuje určiť nielen veľkosť, ale aj smer indukčného prúdu. Ak sú hodnoty emf a teda aj indukovaného prúdu kladné hodnoty, potom je prúd smerovaný pozdĺž kladného smeru obvodu, ak je záporný - v opačnom smere (smer kladného obvodu je určený výberom normála k povrchu ohraničenému obvodom)