Elektrizität und Magnetismus
Elektrizität und Magnetismus
Der Abschnitt der Physik, der Wissen über statische Elektrizität, elektrische Ströme und magnetische Phänomene abdeckt.
ELEKTROSTATIK
Elektrostatik adressiert Phänomene, die mit ruhender elektrischer Ladung verbunden sind. Das Vorhandensein von Kräften, die zwischen solchen Ladungen wirken, wurde während der Zeit der Homer festgestellt. Das Wort "Elektrizität" stammt aus dem griechischen Elektron (Bernstein), da die ersten reibungsförmigen Reibmit diesem Material verbunden sind. 1733 sh. Dufe (1698-1739) entdeckte, dass es elektrische Gebühren von zwei Arten gibt. Die Ladungen desselben Typs sind auf der Überspannung gebildet, wenn er es mit einem Wolltuch gerieben hat, die Ladungen eines anderen Typs - auf dem Glas, wenn sie es mit Seide reiben. Die gleichen Gebühren werden abgestoßen, anders - anziehen. Die Anklagen verschiedener Typen, Verbinden, neutralisieren Sie einander. 1750 b. Franklin (1706-1790) entwickelte die Theorie der elektrischen Phänomene, basierend auf der Annahme, dass alle Materialien eine Art "elektrische Flüssigkeit" enthalten. Er glaubte, dass mit der Reibung zweier Materialien ein Teil dieses elektrischen Fluids von einem von ihnen zu einem anderen bewegt (während die Gesamtmenge an elektrischer Flüssigkeit eingespart wird). Der Überschuss an elektrischer Flüssigkeit im Körper informiert ihn über die Ladung eines Typs, und ihr Nachteil zeigt sich als das Vorhandensein einer Ladung eines anderen Typs. Franklin entschied, dass die Wollwolle beim Rubboning Surgue eine Menge elektrischer Flüssigkeit nimmt. Daher rief er die Gebühr von Surguche negativ an. Die Ansichten von Franklin sind sehr nahe an modernen Ideen, sofern die Elektrifizierung durch Reibung auf den Elektronenstrom von einem der Antriebskörpern zu einem anderen zurückzuführen ist. Da jedoch in der Realität die Elektronen von Wolle auf der Surgasse fließen, tritt ein Überschuss in der Operium auf, und kein Fehlen dieser elektrischen Flüssigkeit, die nun mit Elektronen identifiziert wird. In Franklin gab es keine Möglichkeit, in welcher Richtung die elektrische Flüssigkeit fließt, und wir sind von ihrer erfolglosen Wahl dadurch verpflichtet, dass Elektronengebühren sich als "negativ" herausstellen. Obwohl ein solches Ladungszeichen in der Untersuchung des Subjekts einige Verwirrung verursacht, ist diese Honenten in der Literatur zu fest verwurzelt, um über das Ändern des Ladungszeichens in einem Elektron nachdem seine Eigenschaften bereits untersucht wurden. С помощью крутильных весов, разработанных Г. Кавендишем (1731-1810), в 1785 Ш.Кулон (1736-1806) показал, что сила, действующая между двумя точечными электрическими зарядами, пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, nämlich:
Wobei f die Kraft ist, mit der die Ladung q die Ladung desselben Zeichens Qў abträgt, und R ist der Abstand zwischen ihnen. Wenn die Anzeichen von Gebühren gegenüberliegen, ist die Kraft f negativ und die Ladungen werden nicht abgestoßen, sondern ziehen sich an. Der Proportionalitätskoeffizient K hängt davon ab, von welchen Einheiten gemessen werden F, R, Q und Q. "
Einheiten der Ladungsmessung bestehen zunächst nicht, aber das Gesetz der Coulon ermöglicht es, eine solche Einheit einzuführen. Diese Einheit der elektrischen Ladungsmessung wird dem Namen "Anhänger" und abgekürzte Bezeichnung CL zugewiesen. Ein Anhänger (1 cl) ist eine Ladung, die auf einem anfänglich elektrisch neutralen Körper nach dem Entfernen von 6,242 * 1018-Elektronen davon bleibt. Wenn in der Formel (1) der Ladungen q und q "in den Coulons, F - in Newton und R - in Meter ausgedrückt werden, dann K" 8.9876 * 10 9 H * M2 / CL2, d. H. Ungefähr 9 * 10 9n * m2 / cl2. Normalerweise verwenden Sie anstelle von k die E0 \u003d 1 / 4pk konstant. Obwohl der Ausdruck für das Culon-Gesetz etwas kompliziert ist, können wir uns ohne einen 4P-Multiplizierer in anderen Formeln verzichten, die öfter als das Culon-Gesetz verwendet werden.
Elektrostatische Maschinen und Leidenbank. Die Maschine zum Erhalten einer statischen Ladung einer großen Größe durch Reibung erfasste etwa 1660 O. Herica (1602-1686), die ihre neuen Experimente auf dem leeren Raum (de vacuo spatio, 1672) beschrieb. Bald erschienen andere Optionen für ein solches Auto. Im Jahr 1745 fand E. Kleist aus Cammin und unabhängig von ihm, P. Muschelbruck aus Leiden, herauszufordern, dass der aus der Innenseite und außerhalb des leitfähige Materials legte Glaser-Arschs verwendet werden kann, um die elektrische Ladung anzunehmen und zu speichern. Gläser, die von innen und außen angelegt werden, sind die sogenannten Leidenbänke - die ersten elektrischen Kondensatoren waren die ersten elektrischen Kondensatoren. Franklin zeigte, dass beim Laden von Leidens Bank die äußere Beschichtung der Blechfolie (Outdoor) die Ladung eines Zeichens, und das interne Ereignis ist gleich dem Wert des entgegengesetzten Zeichens. Wenn sowohl aufgeladene Platten in Kontakt oder durch den Leiter angeschlossen sind, verschwinden die Ladungen vollständig, was ihre gegenseitige Neutralisation anzeigt. Von hier aus folgt, dass die Gebühren frei entlang des Metalls bewegt werden, können sich jedoch nicht um das Glas bewegen. Materialien für Materialien für Gebühren werden frei bewegt, wurden als Kabel genannt, und Glasmaterialien, durch die keine Ladungen bestehen, sind Isolatoren (Dielectrics).
Dielektrika. Das perfekte Dielektrikum ist das Material, dessen interne elektrische Ladungen so festgehalten werden, dass er keinen elektrischen Strom ausführen kann. Daher kann es als guter Isolator dienen. Obwohl es keine idealen Dielektrika in der Natur gibt, überschreitet die Leitfähigkeit vieler Isoliermaterialien bei Raumtemperatur keine 10-23 Kupferleitfähigkeit; In vielen Fällen kann eine solche Leitfähigkeit gleich Null betrachtet werden.
Bedingungen. Die Kristallstruktur und die Verteilung von Elektronen in festen Leitern und Dielektrika sind miteinander ähnlich. Der Hauptunterschied liegt in der Tatsache, dass in dielektrischen Alle Elektronen fest mit den entsprechenden Kernen verbunden sind, während in dem Leiter Elektronen Elektronen sind, die sich in der äußeren Hülle von Atomen befinden, die sich frei auf dem Kristall bewegen können. Solche Elektronen werden freie Elektronen oder Leitungselektronen genannt, da sie Stromkosten sind. Die Anzahl der Leitfähigkeitselektronen pro Mettle-Atom hängt von der Elektronenstruktur von Atomen und dem Störungsgrad der äußeren elektronischen Muscheln des Atoms seiner Nachbarn entlang des Kristallgitters ab. An den Elementen der ersten Gruppe des periodischen Systems von Elementen (Lithium, Natrium, Kalium, Kupfer, Rubidium, Silber, Cäsium, Kupfer, Rubidium, Silber, Cäsium und Gold) sind interne elektronische Schalen mit vollständig gefüllt, und in der äußeren Hülle gibt es ein einzelnes Elektron. Das Experiment bestätigte, dass diese Metalle ein Atom aufweisen, wobei die Anzahl der Leitfähigkeitselektronen ungefähr einem gleich ist. Für die meisten Metalle zeichnen sich jedoch andere Gruppen durch durchschnittliche Fraktionalwerte der Anzahl der Elektronen der Leitfähigkeit pro Atom aus. Beispielsweise beträgt transiente Elemente - Nickel, Kobalt, Palladium, Rhenium und die meisten ihrer Legierungen - die Anzahl der Leitfähigkeitselektronen pro Atom beträgt ungefähr 0,6. Die Anzahl der aktuellen Träger in Halbleitern ist viel kleiner. Beispielsweise ist es in Deutschland bei Raumtemperatur etwa 10-9. Die extrem kleine Anzahl von Medien in Halbleitern führt zum Entstehen vieler interessanter Eigenschaften.
Siehe feste Physik;
Halbleiter-elektronische Geräte;
Transistor. Die thermischen Schwankungen des Kristallgitters in der Metallstütze tragen die konstante Bewegung der Leitfähigkeitselektronen, deren Geschwindigkeit bei Raumtemperatur 106 m / s erreicht. Da dies chaotisch ist, führt dies nicht zu einem elektrischen Strom. Wenn das elektrische Feld überlappt, erscheint ein kleiner gemeinsamer Drift. Diese Drift von freien Elektronen im Explorer ist ein elektrischer Strom. Da Elektronen negativ aufgeladen werden, ist die Stromrichtung der Richtung ihrer Drift entgegengesetzt.
Potenzieller unterschied. Um die Eigenschaften des Kondensators zu beschreiben, ist es notwendig, das Konzept des potentiellen Unterschieds einzuführen. Wenn auf einem Kondensator eine positive Ladung vorliegt und andererseits eine negative Ladung desselben Werts ist, dann ist es für die Übertragung eines zusätzlichen Teils einer positiven Ladung mit einer negativen Befestigung an einen positiven, dagegen erforderlich die Anziehungskräfte aus negativen Anklagen und Abstoßung von positiven. Die Potentialdifferenz zwischen den Platten ist definiert als das Verhältnis der Arbeit an der Übertragung einer Testladung an die Größe dieser Ladung; Es wird angenommen, dass die Versuchsgebühr erheblich geringer ist als die Ladung, die ursprünglich auf jeder der Platten war. Mehrere modifizierte Formulierung, es ist möglich, die Potentialdifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten zu bestimmen, was überall sein kann: auf einem Draht mit einem Strom mit einem Strom, auf unterschiedlichen Kondensatorplatten oder einfach im Raum. Diese Definition ist solcher: Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Platzspitzen ist gleich dem Verhältnis der Operation, der für die Bewegung einer Testladung von einem Punkt mit einem niedrigeren Potential bis zu einem Punkt mit einem höheren Potential auf den Wert des Versuchs ausgegeben wird aufladen. Es wird erneut davon ausgegangen, dass die Testladung ausreichend klein ist und nicht gegen die Verteilung der Ladungen verstößt, was einen messbaren Potentialdifferenz erzeugt. Die Potentialdifferenz V wird in Volt (B) gemessen, vorausgesetzt, dass W Arbeit in Joules (J) ausgedrückt wird, und die Testladung Q ist in den Coulons (CL).
Kapazität. Die Kapazität des Kondensators ist gleich dem Verhältnis des absoluten Wertes der Ladung an einem seiner beiden Platten (wir werden daran erinnern, dass sich ihre Ladungen nur auf Vertraute unterscheiden) auf den potentiellen Unterschied zwischen den Platten:
Die C-Kapazität wird in den Faraden (F) gemessen, wenn q in den Couluten (CL) ausgeprägt ist, und der Potentialdifferenz ist in Volta (B). Zwei gerade erwähnte Maßeinheiten, Volt und Farad werden so zu Ehren der Wissenschaftler A. Volti und M. Faradey genannt. Faraday erwies sich als so groß, dass die Kapazität der meisten Kondensatoren in Mikropropers (10 -6 φ) oder Picofaraden (10 -12 f) ausgedrückt wird.
Elektrisches Feld. In der Nähe von elektrischen Ladungen gibt es ein elektrisches Feld, dessen Wert an diesem Punkt gleich der Definition ist, wobei das Verhältnis der auf die Punkt-Testladung, der an diesem Punkt angeordnete Punkt auf den Wert der Testladung einwirkt, vorausgesetzt, dass das Die Testgebühr ist ausreichend klein und ändert nicht die Verteilung der Ladungen, die ein Feld erzeugt. Gemäß dieser Definition sind die Leistung F und die elektrische Feldstärke E durch das Verhältnis verbunden
FARADAY stellte eine Vorstellung von den Stromleitungen des elektrischen Feldes ein, beginnend mit positivem und endendem Abschluss an negativen Gebühren. In diesem Fall ist die Dichte (Dichte) der Stromleitungen proportional zur Feldfestigkeit, und die Richtungrichtung an diesem Punkt fällt mit der Richtung der Tangente zur Stromleitung zusammen. Später bestätigte K. Gauß (1777-1855) die Gültigkeit dieser erraten. Basierend auf den durch den Anhänger (1) festgelegten umgekehrten Feldern zeigte es mathematisch strikt, dass die Stromleitungen, wenn sie sie in Übereinstimmung mit den Ansichten von Faraday bauen, kontinuierlich in einem leeren Raum sind, beginnend mit positiven Aufladungen und enden mit negativem Ende . Diese Verallgemeinerung erhielt den Namen der Theorem Gauss. Wenn die Gesamtzahl der von jeder Ladung Q kommenden Stromleitungen q / e0 ist, dann die Dichte der Linien an einem beliebigen Punkt (dh das Verhältnis der Anzahl von Linien, die das in diesem Punkt senkrechte im Summe senkrechte Summenstücke mit kleiner Small-Pad überquert Sie, in den Bereich dieser Site) gleich der Größe der elektrischen Feldfestigkeit an dieser Stelle, ausgedrückt entweder im N / Cl oder in pro / m. Der einfachste Kondensator ist zwei parallel leitfähige Platten, die nahe beieinander liegen. Beim Laden des Kondensators erfassen die Platten das gleiche, aber entgegengesetzt dem Ladungszeichen, das gleichmäßig über jede der Platten verteilt ist, mit Ausnahme der Kanten. Gemäß dem GAUSS-Satz ist die Feldstärke zwischen solchen Platten konstant und gleich E \u003d q / e0a, wobei q eine Ladung auf einer positiv geladenen Platte und einem Plattenbereich ist. Aufgrund der Ermittlung des Unterschieds in Potentialen haben wir v \u003d ed, wobei d der Abstand zwischen den Platten ist. Somit ist v \u003d qd / e0a und der Behälter eines solchen planparallelen Kondensators gleich:
Wobei C in den Pharanden und A und D, in M2 und m ausgedrückt wird.
D.c.
Im Jahre 1780 L. Galvani (1737-1798) bemerkte er, dass die von der elektrostatischen Maschine gelungene Gebühr an die Pfote eines toten Frosches gelungen ist, dass die Pfote stark hinter sich zieht. Darüber hinaus, die oberhalb der Eisenplatte an einem Messingdraht befestigt sind, der in sein Rückenmark, der in sein Rückenmark, befestigt ist, wichsen, wann immer sie die Platten berührten. Galvani erklärte dies richtig, dadurch, dass elektrische Anklagen, die durch die Nervenfasern passieren, die Muskeln des Frosches schrumpfen lassen. Diese Bewegungsbewegung wurde galvanisiert genannt. Nach den von der Galvanisierung erstellten Experimente erfunden Volta (1745-1827) die sogenannten Volt der Säule - eine galvanische Batterie aus mehreren nacheinander verbundenen elektrochemischen Elementen. Seine Batterie bestand aus alternierenden Kupfer- und Zinkkreisen, die durch Nasspapier getrennt sind, und erlaubte, dieselben Phänomene als elektrostatische Maschine zu beobachten. Die Wiederholung der Experimente von Volta, Nikolson und Karlal fanden 1800, dass es möglich ist, Kupfer von der Kupfersulfatlösung auf den Kupferleiter aufzubringen. W. Vollarston (1766-1828) erhielt die gleichen Ergebnisse mit Hilfe einer elektrostatischen Maschine. M. Faraday (1791-1867) zeigte 1833, dass die Masse des Elements, das durch Elektrolyse, der durch diese Ladungsmenge erzeugt wurde, proportional zu seiner in der Valenz geteilten Atommasse ist. Diese Bestimmung wird nun das Faraday-Gesetz zur Elektrolyse bezeichnet. Da der elektrische Strom die Übertragung elektrischer Ladungen ist, bestimmen Sie natürlich die Stromkrafteinheit als eine Ladung in den Coulons, die jede Sekunde durch diese Stelle erfolgt. Die Festigkeit des Stroms 1 Zell / s wurde zu Ehren von A. Ampere (1775-1836) als Ampere (1775-1836) genannt, der viele wichtige Wirkungen mit dem Effekt des elektrischen Stroms eröffnete. Ohm Gesetz, Widerstand und Widerstand. Im Jahr 1826 kündigte OM (1787-1854) eine neue Öffnung an: der Strom in einem Metallleiter, wenn er in die Kette jedes zusätzlichen Abschnitts der Voltov-Säule eingeführt wurde, erhöhte sich um die gleiche Größe. Es wurde in Form des Gesetzes des Gesetzes verallgemeinert. Da der potentielle Unterschied, der von der Voltpfoste erzeugt wird, proportional zur Anzahl der inklusiven Abschnitte ist, behauptet dieses Gesetz, dass der Unterschied in den Potentialen V zwischen zwei Punkten des Leiters, geteilt durch Strom I im Leiter, konstant und unabhängig von V oder unabhängig von V oder unabhängig ist I. Anziehungspunkt.
Es wird der Widerstand des Leiters auf dem Grundstück zwischen den beiden Punkten bezeichnet. Der Widerstand wird in Omah (OM) gemessen, wenn die Potentialdifferenz V in Volt ausgedrückt wird, und der Strom, den ich in Ampere ist. Der Widerstand des Metallleiters ist proportional zu seiner Länge L und umgekehrt proportional zum Bereich und seinem Querschnitt. Es bleibt konstant, während seine Temperatur konstant ist. Normalerweise werden diese Bestimmungen durch die Formel ausgedrückt
Wobei R ein Widerstand (OMHM) ist, abhängig vom Material des Leiters und seiner Temperatur. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist definiert als die relative Änderung des R-Werts, wenn sich die Temperatur um einen Grad ändert. Die Tabelle zeigt die Werte des spezifischen Widerstands und Temperaturkoeffizienten des Widerstands einiger herkömmlicher Materialien, gemessen bei Raumtemperatur. Die spezifischen Impedanzen von reinen Metallen sind in der Regel niedriger als die der Legierungen, und Temperaturkoeffizienten sind höher. Widerstand der Dielektrika, insbesondere Schwefel und Glimmer, viel höher als Metalle; Das Verhältnis erreicht den Wert von 1023. Temperaturkoeffizienten von Dielektrika und Halbleiter sind negativ und haben relativ große Werte.
Thermische Wirkung des elektrischen Stroms. Die thermische Wirkung des elektrischen Stroms wurde erstmals 1801 beobachtet, wenn der Strom verschiedene Metalle schmelzen konnte. Die erste industrielle Verwendung dieses Phänomens bezieht sich auf 1808, wenn ein elektrisches Pulver vorgeschlagen wurde. Der erste Kohlebogen, der zum Erhitzen und Beleuchtung bestimmt ist, wurde 1802 in Paris gezeigt. Zu den Polen der Voltov-Säule, die 120 Elemente, verbundene Elektroden aus Holzkohle zählten, und wenn beide Kohleelektroden in Kontakt gebracht wurden, und dann geschieden, "Funkelnde Entlastung exklusive Helligkeit." Die Erkundung des thermischen Effekts des elektrischen Stroms, J. Joule (1818-1889) führte ein Experiment durch, das die feste Basis im Rahmen des Energieeinsparungsgesetzes versagte. Joule zeigte sich zunächst, dass die chemische Energie, die für die Aufrechterhaltung im Stromleiter ausgegeben wird, ungefähr gleich der Wärmemenge ist, die während des Stromkanals in dem Leiter freigesetzt wird. Es stellte sich auch heraus, dass die im Leiter freigesetzte Wärme proportional zum Quadrat für die aktuelle Kraft ist. Diese Beobachtung stimmt sowohl mit dem Ohm-Gesetz (V \u003d IR) als auch der Bestimmung der Potentialdifferenz (V \u003d W / Q) überein. Im Falle eines Gleichstroms, während t t durch den Leiter, wird die Ladung Q \u003d er passiert. Daher ist elektrische Energie, die sich in einen Leiter zur Wärme umdreht, gleich:
Diese Energie wird als Giftwärme bezeichnet und wird in Joules (J) ausgedrückt, wenn der Strom I in Ampere, R - in Omah und T - in Sekunden gedrückt wird. Elektrische Quellen für DC-Schaltungen. Wenn der konstante elektrische Stromkreis auftritt, besteht eine ebenso konstante Umwandlung elektrischer Energie zur Wärme. Um den Strom aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, dass elektrische Energie in einigen Teilen der Kette erzeugt wird. Volt-Säule und andere chemische Stromquellen umwandeln chemische Energie in elektrische. In den nachfolgenden Abschnitten werden auch andere Geräte, die elektrische Energie erzeugt, diskutiert. Alle wirken sich wie die elektrischen "Pumpen", die elektrische Ladungen bewegt, gegen die Wirkung von Kräften, die durch ein konstantes elektrisches Feld strömt. Ein wichtiger Parameter der aktuellen Quelle ist die elektromotorische Kraft (EMF). Die EMF der aktuellen Quelle ist definiert als der potentielle Unterschied an seinen Klemmen in Abwesenheit von Strom (mit einer offenen äußeren Kette) und wird in Volt gemessen.
Thermoelektrizität. Im Jahr 1822 entdeckte T. Seebek, dass der Strom in der Kette, der aus zwei verschiedenen Metallen bestandtelt wurde, der Strom auftritt, wenn ein Punkt ihrer Verbindung heiß ist. Eine solche Kette wird als Thermoelement bezeichnet. Im Jahr 1834 fand J. Peltier, dass, wenn der Strom durch den Spin von zwei Metallen in einer Richtung durchläuft, Wärme absorbiert und in der anderen - es wird zugeordnet. Die Größe dieses reversiblen Effekts hängt von den Materialien und deren Temperatur ab. Jeder Spitzen des Thermoelements verfügt über EMF EJ \u003d WJ / q, wobei WJ eine Wärmeenergie ist, die in einer Richtung der Ladebewegung q in elektrisch ein- oder elektrische Energie wird, die sich in eine Wärme verwandelt, wenn sich die Ladung in eine andere Richtung bewegt. Diese EDC sind der Richtung entgegengesetzt, sind jedoch normalerweise nicht gleich, wenn sich die Temperatur der Wählscheiben unterscheidet. W. Thomson (1824-1907) stellte fest, dass das komplette EMF des Thermoelements nicht von zwei, sondern von vier EDS gefaltet ist. Neben dem EMF, das im Wellnessbereich ergibt, gibt es zwei zusätzliche EMFs, die durch den Temperaturabfall auf den Leiter des Thermoelements verursacht werden. Sie erhielten den Namen der EDS Thomson.
Die Auswirkungen von Seebek und Peltier. Die Thermoelement ist eine "Wärmemaschine", in einer bestimmten Haltung ähnlich dem Stromgenerator, der distanzierten Dampfturbine, jedoch ohne bewegliche Teile. Wie ein Turbogenerator dreht es Wärme in Elektrizität, wählt es aus dem "Heizgerät" mit einer höheren Temperatur und gibt einen Teil dieser Wärme "Kühlschrank" mit einer niedrigeren Temperatur. In der Thermoelement, die wie eine Wärmemaschine wirkt, ist der "Heizgerät" am heißen Spa, und der "Kühlschrank" ist kalt. Die Tatsache, dass die Wärme mit niedrigerer Temperatur verloren geht, begrenzt den theoretischen Effizienz der Transformation von Wärmeenergie in den elektrischen Wert (T1 - T2) / T1, wobei T1 und T2 die absoluten Temperaturen des "Heizers" und "Kühlschrank" sind. Eine zusätzliche Abnahme der Effizienz des Thermoelements ist auf Wärmeverlust aufgrund der Wärmeübertragung von der "Heizung" an den "Kühlschrank" zurückzuführen.
Wärme sehen; Thermodynamik. Die Wärmeumwandlung in elektrische Energie, die in der Thermoelement auftritt, wird normalerweise als Seebeck-Effekt bezeichnet. Thermische Elemente, bezeichnete Thermoelemente, werden zur Messung der Temperatur verwendet, insbesondere bei schwer zugänglichen Stellen. Wenn sich eine Pfote in einem kontrollierten Punkt befindet, und die andere bei Raumtemperatur, die bekannt ist, dient der Thermo-EMF an einem kontrollierten Punkt als ein Temperaturmaß. Große Erfolge werden im Bereich der Thermoelemente erreicht, um die Wärmeumwandlung in den Strom in der industriellen Maßstab direkt in Strom zu leiten. Wenn durch das Thermoelement den Strom von der externen Quelle überspringt, wird der kalte Spay Wärme aufnehmen, und heißt es, es zuzuweisen. Ein solches Phänomen wird als Peltier-Effekt genannt. Dieser Effekt kann entweder zum Abkühlen mit kaltem Spa oder zum Erhitzen mit heißem Spuch verwendet werden. Die durch heiße Laich hervorgehobene Wärmeenergie ist mehr als die Gesamtmenge an Wärme, die dem kalten Spa zugeführt wird, durch den der elektrischen Energie entsprechenden Wert. Somit hebt Hot Spay mehr Wärme hervor, als es der Gesamtmenge an elektrischer Energie entsprechen würde, die dem Gerät geliefert wird. Im Prinzip ist eine große Anzahl an nacheinander verbundenen Thermoelemente, deren kalten Spahs nach außen abgeleitet ist, und die heißen Räume befinden sich im Raum, können als Wärmepumpe von einem niedrigeren Temperaturbereich in einem höheren Temperaturbereich verwendet werden. Theoretisch können die Gewinne in thermischer Energie im Vergleich zu den Kosten der elektrischen Energie T1 / (T1 - T2) sein. Leider ist der Effekt für die meisten Materialien so klein, dass es in der Praxis zu viele Thermoelemente geben würde. Darüber hinaus begrenzt die Anwendbarkeit des Peltier-Effekts etwas die Wärmeübertragung von dem heißen Spa auf die Kälte aufgrund von Wärmeleitfähigkeit bei Metallmaterialien. Studien von Halbleiter führten zur Erzeugung von Materialien mit ausreichend großen Peltier-Effekten für eine Reihe von praktischen Anwendungen. Der Peltier-Effekt erweist sich als besonders wertvoll, wenn nötig, kühlende schwer zugängliche Bereiche, bei denen gewöhnliche Kühlverfahren nicht geeignet sind. Mit Hilfe solcher Geräte werden die Geräte gekühlt, beispielsweise Instrumente in Raumfahrzeugen.
Elektrochemische Wirkungen. Im Jahr 1842 zeigte Helmholtz, dass die chemische Energie in der Quelle der Art der Voltov-Säule in elektrisch und im Prozess der Elektrolyse wird elektrische Energie in eine Chemikalie. Chemische Quellen für den aktuellen Typ der trockenen Elemente (gewöhnliche Batterien) und Batterien waren äußerst praktisch. Beim Laden der Batterie mit einem elektrischen Strom des optimalen Werts verwandelt sich die meiste elektrische Energie in die chemische Energie, die verwendet werden kann, die verwendet werden kann, wenn der Akku entlassen wird. Und beim Laden, und wenn die Batterie entlassen wird, geht ein Teil der Energie in Form von Wärme verloren; Diese thermischen Verluste beruhen auf den Innenwiderstand der Batterie. EMF einer solchen Stromquelle ist gleich der Potentialdifferenz an den Klammern unter einem offenen Kreislauf, wenn kein IR-Spannungsabfall auf den inneren Widerstand auftritt.
Gleichstromkreise. Um die Gleichstromleistung in einer einfachen Kette zu berechnen, können Sie das von OHOM offene Gesetz verwenden, wenn die Voltov-Säule untersucht wird:
Wobei R der Kettenwiderstand und die V-EDC-Quelle ist. Wenn mehrere Widerstände mit Widerständen R1, R2 usw. Durch konstant verbunden, dann ist in jedem von ihnen der Strom i derselben und der Gesamtpotentialdifferenz gleich der Summe der einzelnen Potentialunterschiede (Fig. 1, a). Der häufige Widerstand kann als Widerstand der RS-Serienverbindung der Widerstandsgruppe definiert werden. Der Unterschied von Potentialen in dieser Gruppe ist gleich
Daher,
Wenn die Widerstände parallel geschaltet sind, fällt die Potentialdifferenz der Gruppe mit dem Unterschied in Potentialen auf jedem einzelnen Widerstand zusammen (Fig. 1, b). Der volle Strom durch eine Gruppe von Widerständen ist gleich der Summe der Strömungen durch einzelne Widerstände, d. H.
Da i1 \u003d v / r1, i2 \u003d v / r2, i3 \u003d v / r3 usw., wird der Widerstand der parallelen Verbindung der RP-Gruppe durch das Verhältnis bestimmt
Wo folgt
Bei der Lösung von Problemen mit DC-Schaltungen mit einem beliebigen Typ müssen Sie zunächst die Aufgabe mit den Beziehungen (9) und (10) vereinfachen.
Die Gesetze von Kirchhoff. Kirchhof (1824-1887) untersuchte im Einzelnen des OHM-Gesetzes und entwickelte ein allgemeines Verfahren zur Berechnung von konstanten Strömen in elektrischen Stromkreisen, einschließlich mehrerer EDC-Quellen. Diese Methode basiert auf zwei Regeln namens kirchhoffs Gesetze: 1. Die algebraische Summe aller Ströme in einem beliebigen Schaltungsknoten ist Null. 2. Die algebraische Summe aller IR-Potentialunterschiede in jeder geschlossenen Schleife entspricht der algebraischen Menge aller EDS in diesem geschlossenen Kreislauf. Diese beiden Gesetze reichen aus, um jedes Problem zu lösen, das mit DC-Ketten verbunden ist.
siehe auch
Power Batterie;
Elektrische Ketten.
Magnetostatik
Die Magnetostatik befasste sich mit den Kräften, die zwischen Körpern mit konstanter Magnetisierung entstehen. Die Eigenschaften von Naturmagneten werden in den Schriften von Falez Miletsky (ca. 600 v. Chr.) Und Plato (427-347 BC) berichtet. Das Wort "Magnet" entstand aufgrund der Tatsache, dass natürliche Magnete von den Griechen in Magnesia (Fessels) entdeckt wurden. Bis 11 c. Die Botschaft der chinesischen Shen Qua und Chu yu über die Herstellung von Kompasse aus natürlichen Magneten und mit ihnen in der Navigation. Wenn auf der Achse eine lange Nadel eines natürlichen Magneten ausgeglichen ist, wodurch es in der horizontalen Ebene frei gedreht wird, ist es immer mit einem Ende in den Norden gerichtet, und der andere ist im Süden. Wenn Sie ein Ende nach Norden zeigen, können Sie einen solchen Kompass verwenden, um die Anweisungen zu bestimmen. Magneteffekte wurden in einer solchen Nadel konzentriert, und daher wurden sie Pole (bzw. vom Norden und Süden) genannt. Das Schreiben von W. Hilbert über den Magneten (de Magnee, 1600) war der erste Versuch, magnetische Phänomene vom Standpunkt der Wissenschaft zu studieren. In dieser Arbeit wurden die Informationen über Strom und Magnetismus sowie die Ergebnisse der eigenen Experimente des Autors gesammelt. Stangen aus Eisen, Stahl und einigen anderen Materialien werden beim Kontaktieren von Naturmagneten magnetisiert, und ihre Fähigkeit, kleine Eisenstücke anzuziehen, wie in natürlichen Magneten, manifestiert sich in der Regel in der Nähe der an den Enden der Stangen angeordneten Pole. Wie elektrische Gebühren sind die Polen zwei Typen. Dieselben Polen werden gegenseitig abgestoßen, und die Gegensätze werden angezogen. Jeder Magnet hat zwei identische Pole des entgegengesetzten Zeichens. Im Gegensatz zu elektrischen Ladungen, die voneinander getrennt werden können, waren die Pole von Polen untrennbar. Wenn die magnetisierte Stange in der Mitte zwischen den Polen ordentlich schneidet, erscheinen zwei neue Polen der gleichen Festigkeit. Da die elektrischen Ladungen keine Magnetpole beeinflussen und im Gegenteil elektrische und magnetische Phänomene lange Zeit in der Natur völlig unterschiedlich betrachtet wurden. Der Anhänger legte das Gesetz für die Kräfte der Anziehungskraft und Abstoßung der Stangen ein, nutzt die Gewichte, die denjenigen ähneln, die er aufgetragen haben, und fundierte das Gesetz für die Kräfte, die zwischen zwei Punktgebühren wirken. Es stellte sich heraus, dass die Kraft, die zwischen den Punktpolen wirkt, proportional zu ihrer "Größe" und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist. Dieses Gesetz wird in Form von aufgezeichnet
Wobei p und p "- die" Werte "der Polen, R der Abstand zwischen ihnen ist, und km ist ein proportionaler Koeffizient, der von den verwendeten Einheiten abhängt. In der modernen Physik weigerte sich die Magnetpole (aus Gründen das im nächsten Abschnitt erläutert wird), so dass dieses Gesetz hauptsächlich historisches Interesse ist.
Magnetische Wirkungen des elektrischen Stroms
Im Jahr 1820 fanden Ersted (1777-1851), dass der Leiter mit dem Strom auf einen magnetischen Pfeil wirkt, wodurch es dreht. Wörtlich eine Woche später zeigte die Ampere, dass zwei parallele Leiter mit einem Strom einer Richtung einander anzog. Später schlug er vor, dass alle magnetischen Phänomene auf Ströme zurückzuführen sind, und die magnetischen Eigenschaften von Permanentmagneten sind mit Strömen, die ständig in diesen Magneten umlaufen, zugeordnet sind. Diese Annahme stimmt mit modernen Ideen vollständig überein.
Siehe Magneten und magnetische Eigenschaften einer Substanz. Elektrische Felder, die von elektrischen Ladungen in der umgebenden Raum erzeugt werden, zeichnen sich durch Kraft, die auf eine einzige Versuchsladung wirkt. Um die magnetisierten Materialien und der elektrischen Leiter entstehen Magnetfelder, die ursprünglich durch Gewalt, die auf den "Single" -Rest-Pole wirkend waren, gekennzeichnet waren. Obwohl dieses Verfahren zum Bestimmen der Magnetfeldstärke nicht mehr angewendet wird, wurde dieser Ansatz bei der Bestimmung der Richtung des Magnetfelds aufbewahrt. Wenn ein kleiner magnetischer Pfeil in seiner Massenmitte suspendiert ist und sich in beliebiger Richtung frei drehen kann, dann ist die Orientierung und zeigt die Richtung des Magnetfelds an. Aus der Verwendung von Magnetpolen zur Bestimmung der Eigenschaften von Magnetfeldern war es notwendig, aus einer Reihe von Gründen abzulehnen: Erstens ist es unmöglich, einen separaten Pol zu isolieren; Zweitens kann keine Position noch die Menge des Pols nicht genau bestimmt werden; Drittens sind magnetische Pole im Wesentlichen fiktive Konzepte, da tatsächlich magnetische Effekte auf die Bewegung elektrischer Ladungen zurückzuführen sind. Dementsprechend sind diese Magnetfelder nun durch die Kraft gekennzeichnet, mit der sie mit einem Strom auf Leiter wirken. In FIG. Fig. 2 einen Leiter mit einem Strom, den ich in der Ebene des Musters liege; Die aktuelle Richtung wird durch den Pfeil angezeigt. Der Leiter befindet sich in einem homogenen Magnetfeld, dessen Richtung parallel zur Ebene des Musters ist und ein Winkel F mit der Richtung des Leiters mit dem Strom ist. Die Größe der Induktion des Magnetfelds B ist durch den Ausdruck gegeben
wobei f die Kraft ist, mit der das Feld B mit einem Strom I auf das Leiterelement L wirkt, ist die Richtung der Kraft F senkrecht zur Richtung des Magnetfelds und der aktuellen Richtung. In FIG. 2 Diese Kraft ist senkrecht zur Ebene des Musters und wird vom Leser gerichtet. Der Wert B ist grundsätzlich durch Drehen des Leiters bestimmt, bis f den Maximalwert erreicht, an dem B \u003d Fmax / il ist. Die Richtung des Magnetfelds kann auch installiert werden, um den Leiter drehen, bis sich die Kraft f in Null dreht, d. H. Der Leiter ist parallel zu B. B. Obwohl diese Regeln in der Praxis schwer zu bewerben sind, basieren experimentelle Methoden zur Bestimmung der Größe und Richtung von Magnetfeldern auf ihnen. Die auf den Leiter mit Strom wirkende Kraft wird in der Regel in Form von geschrieben
J. Bio (1774-1862) und F. Savar (1791-1841) brachte das Gesetz, um das von der bekannte Verteilung von elektrischer Strömungen erstellten Magnetfeld zu berechnen, nämlich
Wobei b eine magnetische Induktion ist, die durch ein Element eines Letorleiters L mit einem Strom I geschaffen ist. Die Richtung des von diesem Element des Stroms erzeugten Magnetfelds ist in Fig. 2 gezeigt. 3, was auch die Werte von R und F erklärt. Der Proportionalitätskoeffizient K hängt von der Wahl der Messeinheiten ab. Wenn ich in Ampere, L und R - in Metern ausgedrückt bin, und B - in Teslas (TL), dann k \u003d m0 / 4p \u003d 10-7 pm / m. Um den Wert und die Richtung B an einem beliebigen Punkt des Raums zu bestimmen, der einen Leiterleiter mit hoher Länge und eine beliebige Form erzeugt, ist es erforderlich, den Leiter den Leiter in kurze Segmente geistig zu schlagen, die Werte B berechnen und die Richtung der erstellten Felder zu bestimmen durch einzelne Segmente und dann diese einzelnen Felder falten. Wenn beispielsweise der Strom I im Leiter, der den Kreis mit einem Radius A bildet, im Uhrzeigersinn gerichtet ist, kann das Feld in der Mitte des Kreises leicht berechnet werden. In der Formel (13) ist der Abstand R von jedem Element des Leiters bis zur Mitte des Kreises gleich A und f \u003d 90 °. Darüber hinaus wird das Feld, das von jedem Element senkrecht zur Umfangsebene erzeugt und vom Leser gerichtet ist. Falten Sie alle Felder zusammen, erhalten wir eine magnetische Induktion in der Mitte:
Um das Feld in der Nähe des Dirigenten zu finden, der von einem sehr langen geraden Dirigenten mit einem Strom i erstellt wurde, um Felder zusammenzufassen, muss er auf Integration zurückgreifen. Auf diese Weise fand das Feld gleich:
Wobei R der Abstand zu senkrecht vom Leiter ist. Dieser Ausdruck wird in derzeit derzeit Definition des Ampere verwendet.
Galvanometer. Das Verhältnis (12) ermöglicht es Ihnen, die Kräfte elektrischer Ströme zu vergleichen. Das für diesen Zweck erstellte Gerät wird als Galvanometer bezeichnet. Das erste solcher Gerät wurde von I. Shuger 1820 erbaut. Er war eine Spule des Drahts, in der der magnetische Pfeil suspendiert ist. Der gemessene Strom wurde durch die Spule übersprungen und erzeugte ein Magnetfeld um den Pfeil. Der Pfeil fungierte ein Drehmoment, eine proportionale Festigkeit des Stroms, die aufgrund der Elastizität des Suspensionsgarns ausgeglichen wurde. Das Magnetfeld der Erde macht Verzerrung, aber sein Einfluss kann jedoch ausgeschlossen werden, der den Pfeil mit Permanentmagneten umgibt. Im Jahr 1858 befestigte U.Tomson, berühmter als Lord Kelvin, den Spiegel an den Pfeil an und stellte eine Reihe anderer Verbesserungen ein, was die Empfindlichkeit des Galvanometers deutlich verbesserte. Solche Galvanometer gehören zur Klasse der Instrumente mit einem sich bewegenden Pfeil. Obwohl das Galvanometer mit einem sich bewegenden Pfeil extrem empfindlich gemacht werden kann, unterdrückt sie die Vorrichtung fast vollständig mit einer beweglichen Spule oder einem Rahmen, der zwischen den Polen eines Permanentmagneten angeordnet ist. Das Magnetfeld eines großen Hufeisenmagneten im Galvanometer ist im Vergleich zum Magnetfeld der Erde so stark, dass der Einfluss der letzteren vernachlässigt werden kann (Abb. 4). Das Galvanometer mit einem mobilen Rahmen wurde 1836 W. Sternzhen (1783-1850) vorgeschlagen, erhielt jedoch keine fällige Anerkennung, während 1882 J.D. "Arsonval keine moderne Version dieses Geräts erstellt hat.
Feige. 4. Galvanometer D Arsonval zum Messen der Leistung des elektrischen Stroms. Der Pfeil ist mit einem beweglichen Rahmen verbunden, der zwischen den Polen des Hufeisenmagneten suspendiert ist.
Elektromagnetische Induktion. Nach Ersted stellte fest, dass der konstante Strom ein Drehmoment auf einen Magneten schafft, viele Versuche gemacht, einen Strom zu erfassen, der durch das Vorhandensein von Magneten verursacht wird. Die Magnete waren jedoch zu schwach, und die aktuellen Messmethoden sind zu unhöflich, um effekte zu erkennen. Schließlich fanden zwei Forscher - J. Henry (1797-1878) in Amerika und M. Faraday (1791-1867) in England - 1831, unabhängig voneinander, unabhängig voneinander, dass bei der Änderung des Magnetfelds Kurzzeitströme in der Zahl erscheinen von leitfähigen Schaltungen, aber kurzfristige Ströme entstehen, aber der Effekt fehlt, wenn das Magnetfeld konstant bleibt. Faraday glaubte, dass nicht nur elektrische, sondern auch Magnetfelder Stromleitungen sind, die den Raum füllen. Die Anzahl der Stromleitungen des Magnetfelds, das die beliebige Oberfläche s überquert, entspricht dem Wert f, der als magnetischer Fluss bezeichnet wird:
Wobei BN der Vorsprung des Magnetfelds B an das Normal zum DS-Bereichselement ist. Die Messeinheit des magnetischen Flusses heißt Weber (WB); 1 WB \u003d 1 TL * M2. Faraday wurde durch ein Gesetz über EMF formuliert, das in einer geschlossenen Verdrehung des Drahtes mit einem wechselnden Magnetfeld (das Gesetz der magnetischen Induktion) eingeschrieben ist. Gemäß diesem Gesetz ist ein solcher EMF proportional zur Veränderungsrate des gesamten magnetischen Flusses durch die Wende. In dem System ist das System des Proportionalitätskoeffizienten 1 und somit ist der EMF (Volt) gleich der Rate der Änderung des magnetischen Flusses (in WB / s). Mathematisch wird dies von der Formel ausgedrückt
Wenn das Minuszeichen zeigt, dass die Magnetfelder der von diesem EDC erzeugten Strömungen so gerichtet sind, dass die Änderung des Magnetflusses abnimmt. Diese Regel zum Bestimmen der Richtung des EMF stimmt mit der allgemeineren Regel, die 1833 E.Lenz (1804-1865) formuliert ist, konsistent: Das induzierte EMF richtet sich an, dass er sich der Entstehung widersetzt. Bei einem geschlossenen Kreislauf, in dem der Strom auftritt, kann diese Regel direkt aus dem Gesetz der Energieeinsparung abgeleitet werden; Diese Regel wird durch die Richtung der EMF induziert und im Falle eines offenen Kreises, wenn der Induktionsstrom nicht auftritt. Wenn die Spule aus n Winddringen des Drahts besteht, von denen jeder durch den Magnetfluss f durchdrungen wird, dann
Dieses Verhältnis ist fair, unabhängig davon, welchen Grund die magnetische Durchflusskette ändert.
Generatoren. Das Prinzip des Betriebs des elektromashischen Generators ist in Fig. 2 gezeigt. Die rechteckige Spule des Drahts dreht sich gegen den Uhrzeigersinn in einem Magnetfeld zwischen den Polen des Magneten. Die Enden der Drehung werden an den Kontaktringen entfernt und durch die Kontaktbürsten mit der Außenkette verbunden. Wenn die Ebene der Drehung senkrecht zum Feld ist, durchbohrt den magnetischen Fluss des magnetischen Flusses. Wenn die Ebene der Drehung parallel zum Feld ist, ist der magnetische Fluss Null. Wenn sich die Kühlerebene als senkrecht zum Feld herausstellt, um 180 ° zu drehen, ist der magnetische Fluss durch das aktuelle Maximum in entgegengesetzter Richtung. Wenn also die Drehung gedreht wird, ändert sich der magnetische Fluss kontinuierlich und in Übereinstimmung mit dem Gesetz von Faraday, ändert sich die Spannung an den Clips.
Um zu analysieren, was in einem einfachen Wechselstromgenerator des Wechselstroms geschieht, berücksichtigen wir den positiven Magnetstrom, wenn sich der Winkel Q im Bereich von 0 bis 180 ° befindet, und negativ, wenn q von 180 ° bis 360 ° beträgt. Wenn b die Induktion des Magnetfelds und A - den Bereich der Drehung ist, ist der magnetische Strömung durch die Runde gleich:
Wenn sich die Spule mit der Frequenz f um dreht. / S (d. H. 2pf rad / s), dann nach dem Zeitpunkt t von der Rotationsbeginn, wenn q gleich 0 war, erhalten wir q \u003d 2PFT. Somit wird der Ausdruck für Strömung durch die Runde erfasst
Gemäß dem Faraday-Gesetz wird die inspizierte Spannung durch die Durchflussdifferenzierung erhalten:
Die Anzeichen in den Bürsten in der Figur zeigen die Polarität der Inspektionsspannung in dem entsprechenden Moment. Cosinus variiert von +1 bis -1, sodass der Wert von 2PFAB einfach Spannungsamplitude ist; Sie können es durchstellen
(Gleichzeitig senkte wir das "Minus" -Zeichen und ersetzten es mit einer angemessenen Wahl der Polarität der Generator-Schlussfolgerungen in Fig. 5.) in FIG. Fig. 6 zeigt eine Zeitspanne der Zeit.
Die durch den oben beschriebenen Generator erzeugte Spannung ändert periodisch seine Richtung auf das Gegenteil; Gleiches bezieht sich auf Strömungen, die in elektrischen Schaltungen durch diese Spannung erstellt werden. Ein solcher Generator wird Generator genannt. Der Strom, der immer die gleiche Richtung aufbewahrt, wird konstant genannt. In einigen Fällen, wie z. B. Ladebatterien, ist ein solcher Strom erforderlich. Sie können zwei Möglichkeiten, einen konstanten Strom von der Variablen zu erhalten. Man besteht darin, dass der externe Schaltung einen Gleichrichter enthält, wodurch ein Strom nur in eine Richtung sendet. Auf diese Weise können Sie den Generator für einen halben Zeitraum ausschalten und es nur in diese Halbzeit einschließen, wenn die Spannung die erforderliche Polarität aufweist. Ein anderes Verfahren besteht darin, Kontakte umzuschalten, die die Spule mit einer externen Kette durch jede halbe Zeitspanne verbinden, wenn die Spannung die Polarität ändert. Dann wird der Strom in der äußeren Kette immer in eine Richtung gerichtet, obwohl die in der Drehung inspizierte Spannung seine Polarität ändert. Das Schalten von Kontakten wird unter Verwendung der Kollektor-Halb-Colts anstelle der aktuellen Sammelringe durchgeführt, wie in Fig. 2 gezeigt. 7, a. Wenn die Ebene vertikal ist, wird die Änderungsrate des magnetischen Flusses und damit die inspizierte Spannung auf Null gefallen. Es ist in diesem Moment, dass die Pinsel über den Spalt gleiten, der zwei Halbhabungen trennen, und die externe Schaltungsschaltung. Die in der äußeren Kette ergebende Spannung variiert, wie in Fig. 2 gezeigt. 7, b.
siehe auch Elektromaschinengeneratoren und Elektromotoren.
Gegenseitige Induktion. Wenn sich zwei geschlossene Drahtspulen in der Nähe befinden, aber elektrisch nicht miteinander verbunden sind, dann wird das EMF in einem von ihnen geändert, wenn der Strom in einem von ihnen geändert wird. Da der magnetische Fluss durch die zweite Spule proportional zum Strom in der ersten Spule ist, beinhaltet die Änderung dieses Stroms die Änderung des Magnetflusses mit der Führung des entsprechenden EMF. Spulen können Rollen geändert werden, und bei der Änderung des Stroms in der zweiten Spule wird EDC in der ersten geführt. EMF, in eine Spule eingefügt, wird durch die Geschwindigkeit der Stromänderung in der anderen bestimmt und hängt von der Größe und der Anzahl der Umdrehungen jeder Spule sowie von dem Abstand zwischen den Spulen und deren Orientierung ab, einem relativ zu der anderen. Diese Abhängigkeiten sind relativ einfach, wenn es keine magnetischen Materialien in der Nähe gibt. Die Haltung des EMV, die in einer Spule induziert wird, auf die Rate der Stromänderung in der anderen wird als Koeffizient der gegenseitigen Induktion von zwei entsprechenden Spulen bezeichnet, die diesen Ort entsprechen. Wenn das induzierte EMF in Volt ausgedrückt wird und die Stromänderung der Stromänderung in Ampere pro Sekunde (A / C) ist, wird die gegenseitige Induktion in Henry (GG) ausgedrückt. EMF, in Spulen inspiziert, sind in den folgenden Formeln angegeben:
Wobei M der Absichtskoeffizient von zwei Spulen ist. Die an die Stromquelle angeschlossene Spule wird als Primärspule oder Wickel bezeichnet, und der andere ist sekundär. Ein dauerhafter Strom in der Primärwicklung erzeugt keine Spannungen in der Sekundäranlage, obwohl zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Stroms in der Sekundärwicklung kurz mit der EMU erfolgen. Wenn jedoch der EMF mit der Primärwicklung verbunden ist, erzeugt die EDC-Variable in dieser Wicklung einen Wechselstrom in dieser Wicklung, die EDC-Variable und in der Sekundärwicklung. Somit kann die Sekundärwicklung durch Wechselstrom aktive Last oder andere Schaltungen verwendet werden, ohne sie direkt an die EDC-Quelle anzuschließen.
Transformer. Die Absicht von zwei Wicklungen kann erheblich erhöht werden, indem sie auf einem gemeinsamen Kern aus ferromagnetischem Material wie Eisen gewickelt wird. Ein ähnliches Gerät wird als Transformator bezeichnet. In modernen Transformatoren bildet der ferromagnetische Kern eine geschlossene Magnetkette, so dass fast der gesamte magnetische Strom innerhalb des Kerns und daher durch beide Wicklungen durchläuft. Die Quelle der mit der Primärwicklung verbundenen EDC-Variablen erzeugt einen wechselnden magnetischen Fluss im Eisenkern. Diese Flussreservierungen des EMFs und in der primären und in Sekundärwicklungen, und die Maximalwerte jedes EDC sind proportional zur Anzahl der Windungen in der entsprechenden Wicklung proportional. In guten Transformatoren ist der Wickligkeit Widerstand so klein, dass der in der Primärwicklung induzierte EMF fast mit der angelegten Spannung zusammenfällt, und der Potentialdifferenz an den Schlussfolgerungen der Sekundärwicklung fällt fast mit dem darin induzierten EMF zusammen. Somit ist das Verhältnis des Spannungsabfalls an der Last der Sekundärwicklung auf die an die Primärwicklung angelegte Spannung gleich dem Verhältnis der Anzahl der Windungen in den Sekundär- und Primärwicklungen, die normalerweise in Form von Gleichheit geschrieben wird
Wenn V1 der Spannungsabfall an den N1-Windungen der Primärwicklung ist, und V2 ist der Spannungsabfall an den N2-Umdrehungen der Sekundärwicklung. Je nach Verhältnis der Anzahl der Umdrehungen in den primären und der Sekundärwicklungen unterscheiden sich der Anstieg und die unteren Transformatoren. Das Verhältnis N2 / N1 ist größer als die Einheiten in den steigenden Transformatoren und weniger als das Gerät im Senkung. Dank der Transformatoren ist eine wirtschaftliche Übertragung elektrischer Energie über langen Entfernungen möglich.
siehe auch Elektrischer Transformator. Selbstinduktion. Der elektrische Strom in einer separaten Spule erzeugt auch einen magnetischen Strom, der diese Spule selbst durchdringt. Wenn sich der Strom in der Spule im Laufe der Zeit ändert, wird der magnetische Fluss durch die Spule geändert, wodurch es auf dieselbe Weise hineinkippt, da dies passiert, wenn der Transformator funktioniert. Die Entstehung von EMF in der Spule beim Ändern des Stroms wird als Selbstinduktion bezeichnet. Die Unvorhüllung beeinflusst den Strom in der Spule. In ähnlicher Weise wird die Trägheit durch die Bewegung von Körpern in der Mechanik beeinflusst: Sie verlangsamt die Einstellung des Gleichstroms in der Kette, wenn er eingeschaltet ist, und verhindert, dass es von einem momentanen Anschlag verhindert, wenn er gedreht wird aus. Es dient auch als Funken, die zwischen den Leistungsschalterkontakten auftreten, wenn die Schaltung verschwommen ist. In der Wechselstromkreis erzeugt die Selbstinduktion einen reaktiven Widerstand, der die Amplitude des Stroms begrenzt. In Abwesenheit magnetischer Materialien in der Nähe einer festen Spule ist ein magnetischer Fluss, der er durchdringt, proportional zum Strom in der Kette. Nach dem Gesetz von Faraday (16) sollte EMF der Selbstinduktion in diesem Fall in diesem Fall proportional zur aktuellen Änderungsrate sein, d. H.
Wobei L der Proportionalitätskoeffizient ist, als Selbstinduktion oder Induktivität der Kette bezeichnet wird. Die Formel (18) kann als Bestimmung des Werts von L betrachtet werden. Wenn der Factory-Index in Volumen, aktuell I - in Ampere und Zeit t - in Sekunden ausgedrückt wird, wird L in Henry (GG) gemessen. Das Minuszeichen weist darauf hin, dass der EMF einen Anstieg des Stroms I von dem Lenza-Gesetz widerspricht. Externe EMF, Überwindung der Selbstinduktion EMF, sollte ein Pluszeichen haben. Daher ist in Wechselstromschaltungen der Spannungsabfall in der Induktivität LI / dt.
Variablen Toki.
Wie bereits erwähnt, sind variable Ströme Strömungen, deren Richtung regelmäßig ändert. Die Anzahl der Perioden zyklischer Änderungen des Stroms pro Sekunde wird als Häufigkeit von AC bezeichnet und in Hertz (Hz) gemessen. Elektrizität wird dem Verbraucher in der Regel als AC mit einer Frequenz von 50 Hz (in Russland und in den europäischen Ländern) oder 60 Hz (in den USA) geliefert. Da Wechselstromänderungen im Laufe der Zeit, einfache Möglichkeiten zur Lösung von Problemen, die für DC-Schaltungen geeignet sind, hier direkt nicht anwendbar sind. Bei sehr hohen Frequenzen können die Gebühren eine oszillatorische Bewegung durchführen - um von einer Kette an andere und zurück zu fließen. Gleichzeitig können im Gegensatz zu den Gleichstromkreisen die Ströme in sequentiell verbundenen Leiter ungleich sein. Kapazitäten, die in Wechselstromschaltungen vorhanden sind, verbessern diesen Effekt. Beim Wechseln des Stroms sind außerdem die Selbstinduktionseffekte betroffen, die selbst bei niedrigen Frequenzen wesentlich werden, wenn Spulen mit hoher Induktivität verwendet werden. Bei relativ niedrigen Frequenzen der Wechselstromkreislauf ist es immer noch möglich, mit den Kirchhoff-Regeln zu berechnen, die jedoch entsprechend geändert werden muss. Die Kette, die unterschiedliche Widerstände, Induktoren und Kondensespulen umfasst, kann als angesehen werden, wenn er aus einem generalisierten Widerstand, Kondensator und Induktoren bestand, die sequentiell verbunden sind. Berücksichtigen Sie die Eigenschaften einer solchen Schaltung, die mit dem sinusförmigen Wechselstromgenerator verbunden ist (Abb. 8). Um Regeln zur Berechnung der AC-Schaltung zu formulieren, müssen Sie ein Verhältnis zwischen dem Spannungsabfall und dem Strom für jede der Komponenten einer solchen Kette finden.
Der Kondensator spielt in den Ketten variabler und konstanter Ströme völlig unterschiedliche Rollen. Wenn zum Beispiel an der Kette in FIG. 8 Schließen Sie das elektrochemische Element an, der Kondensator startet die Ladung, bis sie dem EDC-Element entspricht. Dann stoppt das Laden und der Strom fällt auf Null. Wenn die Schaltung mit einem Wechselstromgenerator verbunden ist, fließen dann in einem halben Periodenelektronen aus der linken Kante des Kondensators aus und sammeln sich rechts und in der anderen - im Gegenteil. Diese bewegenden Elektronen sind Wechselstrom, deren Festigkeit auf beiden Seiten des Kondensators gleich ist. Während die variable Stromfrequenz nicht sehr groß ist, ist der Strom durch den Widerstand und die Induktorspule ebenfalls gleich.
Reaktive und volle Widerstand. Um das Verhältnis zwischen dem Strom und der Spannung für die in Fig. 1 gezeigte Kontur zu analysieren. 8, nehmen Sie an, dass die Ladung auf der linken Platte des Kondensators durch den Ausdruck gegeben ist
Und die Ladung auf der rechten Platte ist q. Hier ist Q die maximale Ladung (CL), T-Time (C) und W \u003d 2pf, wobei F die Frequenz des AC (Hz) ist. Strom über jedes Kettenelement ist:
Wenn der maximale Strom der IMASA gleich W Q ist. Ein variabler Spannungsabfall des Kondensators ist:
Nach dem OHM-Gesetz wird der Spannungsabfall des Widerstands durch Ausdruck gegeben
Der Spannungsabfall der gesamten Kette von A bis B ist:
oder
Wo
Außerdem
Der Wert von XL wird als induktiver Widerstand genannt und wird in Omah ausgedrückt, wenn L - in Henry; Der Wert von XC wird als kapazitiver Widerstand bezeichnet und wird in Omah ausgedrückt, wenn C in den Faraden ist. Die totale reaktive Resistenz der Kette X wird auch in OMA ausgedrückt. Die Formel (19) kann mit der trigonometrischen Identität von COS (A + B) auf ein einfaches und klarer gebracht werden. (A + B) \u003d COS A COS B - Sin A Sin B. Da R und X in Ohm ausgedrückt werden, können sie als Katheten eines rechteckigen Dreiecks angesehen werden, um den Winkel Q (9) zu bestimmen. Hypotenuse
Es wird der volle Widerstand (Impedanz) der seriellen Verbindung genannt. In FIG. 9 zeigt ein vollständiges Widerstandsdreieck, von dem aus erscheint, dass r \u003d z cos q, x \u003d z sin q und tg q \u003d x / r. Ausdruck (19) kann in der Form v \u003d imaxz (cos q cos w t - sin q sin w t) neu geschrieben werden, wodurch sich der Ausdruck verringert
Wenn Sie die obige trigonometrische Identität verwenden; Ausdruck (21) kann in der Form neu geschrieben werden
Wo
Aus der Formel (21) folgt, dass die Spannung V auf den Clips der Kette möglichst maximal bei t \u003d -q / w ist, während der Strom I maximal bei t \u003d 0 ist, d. H. Der Strom verzögert sich hinter der Phase von der Spannung in den Winkel q. Somit verläuft der Strom hinter der Phase von der Spannung, wenn der induktive Widerstand herrscht, d. H. Wenn XL größer als XC ist. Der Strom ist vor der Spannung, wenn der kapazitive Widerstand dominiert, d. H. Xc mehr XL. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Beziehung (22) nur dadurch vom OL-Gesetz unterscheidet, dass dadurch der aktive Widerstand R durch den vollen Widerstand von Z ersetzt wird. Wenn der Widerstand R und der maximale Spannungsabfall an den Kettenklemmen unterstützt werden Durch Konstant erfüllt der höchste Wert des maximalen Stroms IMAX die Gleichheit zweier reaktiver Widerstandsbeständigkeit. Wenn Induktivität und Kapazität auch konstant sind, kann die Gleichheit ihrer reaktiven Widerstand erreicht werden, wodurch die Frequenz des Wechselstroms geändert wird. Dies wird mit einer kreisförmigen Frequenz erreicht
In diesem Fall sprechen sie über die resonante Einstellung der Kette.
Darüber wurde davon ausgegangen, dass der Wechselstrom in der Kette hergestellt wurde. In der Tat kommen beim Anschließen der Schaltung an die Quelle der Wechselspannung, transiente Prozesse auftreten. Wenn der Kettenwiderstand nicht vernachlässigbar ist, wählen die Übergangsströme ihre Energie in Form von Wärme im Widerstand aus und verblassen schnell, wonach der stationäre Wechselstrommodus eingestellt ist, der höher sein sollte. In vielen Fällen können transiente Prozesse in Wechselschaltkreisen vernachlässigt werden. Wenn sie berücksichtigt werden müssen, ist es notwendig, die differentielle Gleichung zu untersuchen, die die aktuelle Abhängigkeit der Zeit beschreibt.
Effektive Werte. Die Hauptaufgabe der ersten Bezirksleistungsanlagen bestand darin, die gewünschte Wärme der Fäden der Beleuchtungslampen sicherzustellen. Daher ist die Frage der Effizienz der Verwendung für diese Ketten von konstanten und wechselnden Strömen. Gemäß der Formel (7) für die elektrische Energie, die in Wärme in einem Widerstand umgewandelt wird, ist die Wärmeableitung proportional zum Quadrat der Stromkraft. Im Falle von AC schwankt die Wärmeableitung kontinuierlich zusammen mit dem momentanen Wert des Stroms für den Strom der Stromkraft. Wenn der Strom je nach dem Sinusgesetz variiert, dann der zeitgemittelte Wert des momentanen Stroms gleich dem Hälften des Quadrats des maximalen Stroms, d. H.
Die Quadratwurzel aus diesem Wert wird als effektiver variabler Wert bezeichnet. Folglich ist der effektive Wert der Kräfte des AC gleich:
Dies sollte ein dauerhafter Strom sein, um die gleiche Erwärmung des Filaments als Wechselstrom mit der Amplitude von IMAX sicherzustellen. Natürlich muss die Amplitude der Wechselspannung an der Glühlampe mehr als die entsprechende konstante Spannung sein. Somit ist der effektive Wert der Spannung des Wechselstroms definiert als
Gemäß der Formel (22) ist die Impedanz der Wechselstromschaltung gleich:
In Abwesenheit der Strahlelemente in der Kette haben wir Z \u003d R und R \u003d V / I, es scheint, dass das Verhältnis zwischen der effektiven Spannung und der Stromwerte in der Wechselstromschaltung als derselbe erscheint, wie in der Gleichstromkreis. Die Kraft, die in eine serielle Schaltung kommt, ausgedrückt durch die effektiven Strom- und Spannungswerte, ist gleich:
Da die in der Gleichstromschaltung freigegebene Leistung p \u003d vi ist, wird der Wert von cos q als Leistungsfaktor bezeichnet. Aber v \u003d Iz und r \u003d z cos q (Abb. 9). Somit ist die vom Wechselstrom in der seriellen Stromkreis ausgeschiedene Leistung gleich:
Wo ersichtlich ist, dass die gesamte Leistung für die Erwärmung des Widerstands aufgewendet wird, während in Kondensator und Induktivität die Leistung nicht absorbiert wird. Richtige, echte Induktivitätsspulen nehmen immer noch etwas Kraft auf, insbesondere wenn sie einen Eisenkern haben. Bei kontinuierlicher Reklamation wird der Eisenkern erhitzt - teilweise in den Eisenströmen injiziert, und teilweise aufgrund der inneren Reibung (Hysterese), die die Reklamation verhindert. Darüber hinaus kann Induktivität Strömungen in den in der Nähe befindlichen Systeme verursachen. Beim Messen in Wechselschaltungen sehen alle diese Verluste aus wie ein Leistungsverlust in Widerstand. Daher ist der Widerstand derselben Kette für AC üblicherweise etwas größer als für konstant, und es wird durch Stromverlust bestimmt:
Damit der Kraftwerk wirtschaftlich arbeiten kann, sollten thermische Verluste in der Stromleitung (LEP) niedrig genug sein. Wenn der PC die dem Verbraucher gelieferte Leistung ist, dann PC \u003d VCI sowohl für den permanenten als auch für den Wechselstrom, da der COS q-Wert mit der ordnungsgemäßen Berechnung gleich einem erfolgen kann. Leistungsverluste werden PL \u003d RLI2 \u003d RLPC2 / VC2 sein. Da für RAP mindestens zwei Leiter L Längen erforderlich sind, ist der Widerstand RL \u003d R 2l / a. In diesem Fall verlor Verluste
Wenn die Leiter aus Kupfer bestehen, bleibt der spezifische Widerstand des R, der minimal ist, dann bleibt die Zahl nicht als Werte, die erheblich reduziert werden können. Der einzige praktische Weg, um Verluste zu reduzieren, besteht darin, VC2 zu erhöhen, da die Verwendung von Leitern mit einer großen Querschnittsfläche A unrentabel ist. Dies bedeutet, dass die Leistung mit möglichst hoher Spannung übertragen werden soll. Herkömmliche elektromashische Stromgeneratoren, die von Turbinen wirken, können keine sehr hohe Spannung erzeugen, die ihre Isolierung nicht standhält. Darüber hinaus ist die ultra-hohe Spannung für das Servicepersonal gefährlich. Die Spannung des von der Kraftwerks erzeugten Wechselstroms ist jedoch möglich, um die Übertragungen am LAM mit Transformatoren zu erhöhen. Am anderen Ende des Power-Passers verwendet der Verbraucher nachgelagerte Transformatoren, die der Ausgabe sicherer und praktischer niedriger Spannung ergeben. Derzeit erreicht die Spannung in der Runde 750.000 V.
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