So erkennen Sie geschlossene Schleifen

Wenn Physik an Ihrer Schule gut unterrichtet wurde, erinnern Sie sich wahrscheinlich an die Erfahrung, die das Phänomen der elektromagnetischen Induktion klar erklärt hat.

Äußerlich sah es ungefähr so ​​aus: Der Lehrer kam ins Klassenzimmer, die Begleiter brachten einige Geräte mit und stellten sie auf den Tisch. Nach der Erklärung des theoretischen Materials begann eine Demonstration von Experimenten, die die Geschichte klar illustriert.

Elektromagnetische Induktion

Zur Demonstration des Phänomens der elektromagnetischen Induktion erforderlich Induktor Sehr großer, leistungsstarker Direktmagnet, Verbindungsdrähte und ein Gerät namens Galvanometer.

Das Erscheinungsbild des Galvanometers war eine flache Box, die etwas größer als ein Standard-A4-Blatt war, und hinter der Vorderwand, die mit Glas verschlossen war, wurde eine Skala mit einer Null in der Mitte platziert. Hinter demselben Glas konnte man einen dicken schwarzen Pfeil sehen. All dies war selbst von den neuesten Schreibtischen durchaus zu unterscheiden.

Die Galvanometerleitungen wurden über Drähte mit der Spule verbunden, wonach sich der Magnet einfach von Hand innerhalb der Spule auf und ab bewegte. Die Galvanometernadel bewegte sich im Takt des Magneten von einer Seite zur anderen, was darauf hinwies, dass ein Strom durch die Spule floss. Zwar erzählte mir ein Freund des Physiklehrers nach dem Abschluss, dass sich an der Rückwand des Galvanometers ein versenkter Griff befand, mit dem der Schütze manuell bewegt werden konnte, wenn das Experiment fehlschlug.

Jetzt scheinen solche Experimente einfach und fast nicht bemerkenswert zu sein. Die elektromagnetische Induktion wird heute jedoch in vielen elektrischen Maschinen und Geräten verwendet. Im Jahr 1831 war Michael Faraday mit seiner Studie beschäftigt.

Zu dieser Zeit gab es noch nicht genügend empfindliche und genaue Instrumente, daher dauerte es viele Jahre, um zu erraten, dass sich der Magnet innerhalb der Spule bewegen sollte. Es wurden Magnete verschiedener Formen und Stärken ausprobiert, die Wicklungsdaten der Spulen änderten sich ebenfalls, der Magnet wurde auf unterschiedliche Weise auf die Spule aufgebracht, aber nur der durch die Bewegung des Magneten erzielte magnetische Wechselfluss führte zu positiven Ergebnissen.

Faradays Studien haben gezeigt, dass die elektromotorische Kraft, die in einem geschlossenen Kreislauf (nach unserer Erfahrung Spule und Galvanometer) auftritt, von der Änderungsrate des Magnetflusses abhängt, die durch den Innendurchmesser der Spule begrenzt ist. In diesem Fall ist es absolut gleichgültig, wie die Änderung des Magnetflusses auftritt: entweder aufgrund einer Änderung des Magnetfelds oder aufgrund der Bewegung der Spule in einem konstanten Magnetfeld.

Selbstinduktion, EMF der Selbstinduktion

Das Interessanteste ist, dass sich die Spule in einem eigenen Magnetfeld befindet, das durch den durch sie fließenden Strom erzeugt wird. Wenn sich der Strom in dem betrachteten Stromkreis (Spule und externe Stromkreise) aus irgendeinem Grund ändert, ändert sich auch der Magnetfluss, der EMF verursacht.

Diese EMF wird als Selbstinduktions-EMF bezeichnet. Ein bemerkenswerter russischer Wissenschaftler, E.Kh., untersuchte dieses Phänomen. Lenz. 1833 entdeckte er das Gesetz der Wechselwirkung von Magnetfeldern in einer Spule, das zur Selbstinduktion führte. Dieses Gesetz ist heute als das Gesetz von Lenz bekannt. (Nicht zu verwechseln mit dem Joule-Lenz-Gesetz)!

Das Lenzsche Gesetz besagt, dass die Richtung des Induktionsstroms, der in einem leitenden geschlossenen Stromkreis entsteht, so ist, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, das der Änderung des Magnetflusses entgegenwirkt, die das Auftreten des Induktionsstroms verursacht hat.

In diesem Fall befindet sich die Spule in einem eigenen Magnetfluss, der direkt proportional zur Stromstärke ist: Ф = L * I.

In dieser Formel gibt es einen Proportionalitätskoeffizienten L, der auch als Induktivitäts- oder Selbstinduktivitätskoeffizient der Spule bezeichnet wird. Im SI-System heißt die Induktivitätseinheit Henry (GN).Wenn die Spule bei einem Gleichstrom von 1A einen eigenen Magnetfluss von 1 VB erzeugt, hat eine solche Spule eine Induktivität von 1H.

Wie ein geladener Kondensator mit elektrischer Energieversorgung liefert die Spule, durch die Strom fließt, magnetische Energie. Aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion wird der Strom mit einer Verzögerung eingestellt, wenn die Spule mit einem Stromkreis mit einer EMF-Quelle verbunden ist, wenn der Stromkreis geschlossen ist.

Auf die gleiche Weise stoppt es nicht sofort, wenn die Verbindung getrennt wird. In diesem Fall wirkt die selbstinduktive EMF auf die Spulenanschlüsse, deren Wert deutlich (zehnfach) höher ist als die EMF der Stromquelle. Ein ähnliches Phänomen wird beispielsweise bei Zündspulen von Autos, bei horizontalen Scans von Fernsehgeräten sowie im Standardschema zum Einschalten von Leuchtstofflampen verwendet. Dies sind alles nützliche Manifestationen der EMF-Selbstinduktion.

In einigen Fällen ist die Selbstinduktions-EMK schädlich: Wenn der Transistorschalter mit einer Spule einer Relaisspule oder einem Elektromagneten belastet ist, wird parallel zur Wicklung eine Schutzdiode installiert, um die EMK der Selbstinduktion durch die Polarität der Gegen-EMK der Stromquelle zu schützen. Diese Aufnahme ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Schutz des Transistorschalters gegen EMF-Selbstinduktion.

So erkennen Sie geschlossene Schleifen

Oft treten Zweifel auf, aber gibt es Kurzschlüsse in den Transformator- oder Motorwicklungen? Für solche Überprüfungen werden verschiedene Geräte verwendet, beispielsweise RLC - Bridges oder hausgemachte Geräte - Sonden. Es ist jedoch möglich, mit einer einfachen Neonlampe auf Kurzschlüsse zu prüfen. Jede Lampe kann passen - auch von einem defekten chinesischen Wasserkocher.

Um eine Messung durchzuführen, muss eine Lampe ohne Begrenzungswiderstand an die untersuchte Wicklung angeschlossen werden. Die Wicklung sollte die größte Induktivität haben; Wenn es sich um einen Netztransformator handelt, schließen Sie die Lampe an die Netzwicklung an. Danach sollte ein Strom von mehreren Milliampere durch die Wicklung geleitet werden. Zu diesem Zweck können Sie eine Stromquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand verwenden, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Sie können Batterien als Stromquelle verwenden. Wenn zum Zeitpunkt des Öffnens des Versorgungskreises eine Lampe blinkt, kann die Spule gewartet werden, es gibt keine kurzgeschlossenen Windungen. (Um die Abfolge der Vorgänge klarer zu gestalten, ist der Schalter in Abbildung 2 dargestellt.)

Solche Messungen können mit einem Zeiger-Avometer als Batterie durchgeführt werden, beispielsweise mit einem TL-4 im Widerstandsmessmodus * 1 Ohm. In diesem Modus liefert das angegebene Gerät einen Strom von etwa eineinhalb Milliampere, was für die beschriebenen Messungen völlig ausreicht. Digitalmultimeter kann für diese Zwecke nicht verwendet werden - sein Strom reicht nicht aus, um die erforderliche Magnetfeldstärke zu erzeugen.

Ähnliche Messungen können auch genau durchgeführt werden, wenn die Neonlampe durch Ihre eigenen Finger ersetzt wird: Um die Auflösung des "Messgeräts" zu erhöhen, sollten Ihre Finger leicht geschlitzt sein. Mit einer Arbeitsspule spüren Sie einen ziemlich starken elektrischen Schlag, der sicherlich nicht tödlich, aber auch nicht sehr angenehm ist.

Abbildung 2. Erkennung kurzgeschlossener Windungen mit einer Neonlampe.