Получение переменного тока

Самоиндукция

Самоиндукцией называется появление в проводнике электродвижущей силы (ЭДС), направленной в противоположную сторону относительно напряжения источника питания при протекании тока. При этом оно возникает в момент, когда сила тока в цепи изменяется. Изменяющийся электрической ток порождает изменяющееся магнитное поле, оно в свою очередь наводит ЭДС в проводнике.

Допустим, что форма контура, его размеры и магнитные свойства среды остаются постоянными (например, наш контур — это катушка, в которую не вводится сердечник); изменение магнитного потока через контур вызвано только изменением силы тока.

Тогда ,

и закон Фарадея приобретает вид:

Катушка индуктивности – это элемент, который представляет собой катушку из изолированного проводника. Для увеличения индуктивности увеличивают число витков или внутрь катушки помещают сердечник из магнитомягкого или другого материала.

Единица измерения индуктивности – Генри (Гн). Индуктивность характеризует то, насколько сильно проводник противодействует электрическому току. Так как вокруг каждого проводника, по которому протекает ток, образуется магнитное поле, и, если поместить проводник в переменное поле – в нем возникнет ток. В свою очередь магнитные поля каждого витка катушки складываются. Тогда вокруг катушки, по которой протекает ток, возникнет сильное магнитное поле. При изменении его силы в катушке будет изменяться и магнитный поток вокруг неё.

Вихревые токи

В 1824 году французский физик Даниэль Араго впервые наблюдал действие вихревых токов на медный диск, расположенный под магнитной стрелкой на одной оси. При вращении стрелки в диске наводились вихревые токи, приводя его в движение. Это явление получило название «эффекта Араго» в честь его первооткрывателя.
Исследования вихревых токов были продолжены французским физиком Жаном Фуко. Он подробно описал их природу и принцип действия, а также наблюдал явление нагрева токопроводящего ферромагнетика, вращаемого в статическом магнитном поле. Токи новой природы были тоже названы в честь исследователя
Токи Фуко могут иметь место при воздействии на проводник переменного магнитного поля, либо при перемещении проводника в статическом магнитном поле. Природа вихревых токов аналогична индукционным, которые возникают в линейных проводах при прохождении через них электрического тока. Направление вихревых токов замкнуто по кругу и противоположно вызывающей их силе.
Самый простой пример проявления токов Фуко в обыденной жизни - их воздействие на магнитопровод обмоточного трансформатора. Из-за воздействия наведенных токов появляется низкочастотная вибрация (трансформатор гудит), способствующая сильному нагреву. В этом случае энергия тратится впустую, а КПД установки падает. Для предотвращения значительных потерь сердечники трансформаторов не изготовляют цельными, а набирают из тонких полос электротехнической стали с низкой удельной электропроводностью. Полосы изолированы между собой электротехническим лаком или слоем окалины. Появление ферритовых элементов позволило выполнять малогабаритные магнитопроводы цельными.

Эффект от действия вихревых токов используется повсеместно в промышленности и машиностроении. Поезда на магнитной подвеске используют токи Фуко для торможения, высокоточные приборы имеют систему демпфирования указывающей стрелки, основанной на действии вихревых токов. В металлургии широко распространены индукционные печи, имеющие целый комплекс преимуществ перед аналогичными установками. В индукционной печи нагреваемый металл можно поместить в безвоздушное пространство, добиваясь его полной дегазации. Индукционная плавка черных металлов также получила широкое распространение в металлургии ввиду высокой экономичности установок.

Еще один интересный вид использования вихревых токов – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

ЗАДАНИЕ К УРОКУ №13

Ответить на следующие вопросы и отправить ответы в ЦОПП.

1.Что такое катушка индуктивности?
2. Что является единицей измерения индуктивности?
3. От чего зависит ЭДС самоиндукции?
4. Из-за чего появляется низкочастотная вибрация трансформатора?
5. Используют ли вихревые токи в электросчетчиках?

Урок №14

Тема урока: Получение переменного тока и его характеристики

Получение переменного тока

В промышленности в основном применяют синусоидальный переменный ток, который в отличие от постоянного каждое мгновение изменяет свое значение и периодически направление. Для получения такого тока используют источники электрической энергии, создающие переменную э. д. с, периодически изменяющуюся по величине и направлению; такие источники называются генераторами переменного тока.

Принцип получения переменного тока. Простейшим генератором переменного тока может служить виток, вращающийся в равномерном магнитном поле. Пользуясь правилом правой руки, легко определить, что в процессе вращения витка направление э. д.с. е, индуцированной в рабочих участках витка, непрерывно изменяется, следовательно, изменяется и направление проходящего по замкнутой цепи тока i

График переменного тока

Ток, который протекает по цепи, меняя своё направление и величину, называется переменным. Непрерывно меняясь по величине, он создаёт переменное магнитное поле. Наибольшее распространение получил периодический синусоидальный переменный ток. Он меняется по закону кривой – «синусоиды», изменения эти повторяются через равные промежутки времени.

Параметры переменного тока:

· Период – время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока, после чего изменения повторяются. Обозначается Т, единицы изменения – секунды.

· Частота – число периодов в одну секунду. Обозначается f, единицы изменения – Гц (одно колебание в секунду), КГц (1000 Гц), МГц (1000000 Гц). Частота – величина, обратная периоду. f =1/Т.

Мгновенным значением переменного тока называется значение переменного тока (напряжения или э.д.с.) в данный период времени.

Циклическая частота ω колебаний силы тока I − количество полных колебаний силы тока I за 2π секунд. В системе СИ единица измерения ω − радиан в секунду, то есть размерность радс[ω]=рад/с. Поскольку радиан − безразмерная величина, то размерность циклической частоты ω можно представить в виде с[ω]=с−1.

Задача.

Рассчитать характеристики переменного тока, если он изменяется по закону i=141sin(628t – 45^°). Определить силу тока при t=0 c.

ЗАДАНИЕ К УРОКУ №14

Ответить на следующие вопросы и отправить ответы в ЦОПП.

1. Какой переменный ток в основном применяют в промышленности?
2. Какой ток называется переменным?
3. Как называют время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока, после чего изменения повторяются?
4. Что такое мгновенное значениепеременного тока?
5. Что такое частота?