Punjenje u pokretu. Može biti u obliku iznenadnog pražnjenja statičkog elektriciteta, kao što je munja. Ili bi to mogao biti kontrolirani proces u generatorima, baterijama, solarnim ili gorivnim ćelijama. Danas ćemo se osvrnuti na sam pojam “električne struje” i uslove za postojanje električne struje.

Električna energija

Većina električne energije koju koristimo dolazi u obliku naizmjenične struje iz električne mreže. Stvaraju ga generatori koji rade prema Faradayevom zakonu indukcije, zbog čega promjenjivo magnetsko polje može inducirati električnu struju u vodiču.

Generatori imaju rotirajuće zavojnice žice koje prolaze kroz magnetna polja dok se rotiraju. Kako se kalemovi rotiraju, otvaraju se i zatvaraju u odnosu na magnetsko polje i stvaraju električnu struju koja mijenja smjer sa svakim okretom. Struja prolazi kroz puni ciklus naprijed-nazad 60 puta u sekundi.

Generatori se mogu pokretati parnim turbinama koje se zagrijavaju na ugalj, prirodni plin, naftu ili nuklearni reaktor. Iz generatora struja prolazi kroz niz transformatora, gdje se njen napon povećava. Promjer žica određuje količinu i intenzitet struje koju mogu nositi bez pregrijavanja i gubitka energije, a napon je ograničen samo time koliko su vodovi dobro izolirani od zemlje.

Zanimljivo je napomenuti da struju prenosi samo jedna žica, a ne dvije. Njegove dvije strane su označene kao pozitivna i negativna. Međutim, budući da se polaritet naizmjenične struje mijenja 60 puta u sekundi, oni imaju i druga imena - vrući (glavni vodovi) i uzemljeni (pod zemljom kako bi se sklopio krug).

Zašto je potrebna električna struja?

Postoji mnogo namjena električne struje: može osvijetliti vaš dom, oprati i osušiti odjeću, podići vam garažna vrata, prokuvati vodu u kotliću i omogućiti druge kućne potrepštine koje nam znatno olakšavaju život. Međutim, sposobnost struje da prenosi informacije postaje sve važnija.

Pri povezivanju na Internet računar koristi samo mali dio električne struje, ali to je nešto bez čega savremeni ljudi ne mogu zamisliti svoj život.

Koncept električne struje

Kao tok rijeke, tok molekula vode, električna struja je tok nabijenih čestica. Šta je to što ga uzrokuje i zašto ne ide uvijek u istom smjeru? Kada čujete riječ "teče", na šta pomislite? Možda će to biti rijeka. Ovo je dobra asocijacija jer je zbog toga električna struja dobila ime. Vrlo je sličan protoku vode, ali umjesto da se molekuli vode kreću duž kanala, nabijene čestice se kreću duž provodnika.

Među uslovima neophodnim za postojanje električne struje, postoji tačka koja zahteva prisustvo elektrona. Atomi u provodljivom materijalu imaju mnoge od ovih slobodnih nabijenih čestica koje lebde oko i između atoma. Njihovo kretanje je nasumično, tako da nema protoka u bilo kojem smjeru. Šta je potrebno da bi postojala električna struja?

Uvjeti za postojanje električne struje uključuju prisustvo napona. Kada se nanese na provodnik, svi slobodni elektroni će se kretati u istom smjeru, stvarajući struju.

Zanima me električna struja

Ono što je zanimljivo je da kada se električna energija prenosi kroz provodnik brzinom svjetlosti, sami elektroni se kreću mnogo sporije. U stvari, ako hodate polako pored provodljive žice, vaša brzina bi bila 100 puta veća od elektrona. To je zbog činjenice da ne moraju putovati velike udaljenosti da bi prenosili energiju jedni drugima.

Jednosmjerna i naizmjenična struja

Danas se široko koriste dvije različite vrste struje - jednosmjerna i naizmjenična. U prvom, elektroni se kreću u jednom smjeru, sa “negativne” na “pozitivnu” stranu. Naizmjenična struja gura elektrone naprijed-nazad, mijenjajući smjer toka nekoliko puta u sekundi.

Generatori koji se koriste u elektranama za proizvodnju električne energije dizajnirani su za proizvodnju naizmjenične struje. Vjerovatno nikada niste primijetili da svjetla u vašem domu zapravo trepere jer se smjer struje mijenja, ali to se dešava prebrzo da bi vaše oči mogle primijetiti.

Koji su uslovi za postojanje jednosmerne električne struje? Zašto su nam potrebne obje vrste i koja je bolja? Ovo su dobra pitanja. Činjenica da još uvijek koristimo obje vrste struje sugerira da obje služe određenim svrhama. Još u 19. veku bilo je jasno da je efikasan prenos energije na velike udaljenosti između elektrane i kuće moguć samo pri veoma visokim naponima. Ali problem je bio u tome što je slanje stvarno visokog napona bilo izuzetno opasno za ljude.

Rješenje ovog problema bilo je smanjenje napetosti izvan kuće prije nego što se pošalje unutra. Do danas se jednosmjerna električna struja koristi za prijenos na velike udaljenosti, uglavnom zbog svoje sposobnosti da se lako pretvara u druge napone.

Kako funkcioniše električna struja?

Uvjeti za postojanje električne struje uključuju prisustvo nabijenih čestica, provodnika i napona. Mnogi naučnici su proučavali elektricitet i otkrili da postoje dvije vrste elektriciteta: statički i strujni.

To je druga koja igra veliku ulogu u svakodnevnom životu svake osobe, jer predstavlja električnu struju koja prolazi kroz strujni krug. Koristimo ga svakodnevno za napajanje naših domova i još mnogo toga.

Šta je električna struja?

Kada električni naboji kruže u kolu od jednog mjesta do drugog, stvara se električna struja. Uvjeti postojanja električne struje uključuju, pored nabijenih čestica, i prisustvo provodnika. Najčešće je to žica. Njegovo kolo je zatvoreno kolo u kojem struja prolazi iz izvora napajanja. Kada je krug otvoren, on ne može završiti putovanje. Na primjer, kada je svjetlo u vašoj sobi isključeno, strujni krug je otvoren, ali kada je krug zatvoren, svjetlo je uključeno.

Trenutna snaga

Na uslove postojanja električne struje u provodniku u velikoj meri utiču naponske karakteristike kao što je snaga. Ovo je mjera koliko se energije koristi u određenom vremenskom periodu.

Postoji mnogo različitih jedinica koje se mogu koristiti za izražavanje ove karakteristike. Međutim, električna snaga se gotovo mjeri u vatima. Jedan vat je jednak jednom džulu u sekundi.

Električni naboj u pokretu

Koji su uslovi za postojanje električne struje? Može biti u obliku iznenadnog pražnjenja statičkog elektriciteta, kao što je munja ili iskra od trenja o vunenu tkaninu. Međutim, češće, kada govorimo o električnoj struji, govorimo o kontroliranijoj formi električne energije koja čini da svjetla gore i uređaji rade. Većinu električnog naboja nose negativni elektroni i pozitivni protoni unutar atoma. Međutim, potonji su uglavnom imobilizirani unutar atomskih jezgri, tako da posao prijenosa naboja s jednog mjesta na drugo obavljaju elektroni.

Elektroni u provodljivom materijalu kao što je metal uglavnom se slobodno kreću od jednog atoma do drugog duž svojih provodnih traka, koje su najviše orbite elektrona. Dovoljna elektromotorna sila ili napon stvara neravnotežu naboja koja može uzrokovati protok elektrona kroz provodnik u obliku električne struje.

Ako povučemo analogiju s vodom, uzmimo, na primjer, cijev. Kada otvorimo ventil na jednom kraju kako bismo dozvolili da voda teče u cijev, ne moramo čekati da ta voda prođe sve do kraja. Na drugom kraju dobijamo vodu gotovo trenutno jer nadolazeća voda potiskuje vodu koja je već u cijevi. Ovo se dešava kada postoji električna struja u žici.

Električna struja: uslovi za postojanje električne struje

Električna struja se obično smatra protokom elektrona. Kada su dva kraja baterije spojena jedan na drugi pomoću metalne žice, ova nabijena masa prolazi kroz žicu od jednog kraja (elektrode ili pola) baterije na suprotni. Dakle, nazovimo uslove za postojanje električne struje:

Nabijene čestice.
Dirigent.
Izvor napona.

Međutim, nije sve tako jednostavno. Koji su uslovi neophodni za postojanje električne struje? Na ovo pitanje može se detaljnije odgovoriti uzimajući u obzir sljedeće karakteristike:

Razlika potencijala (napon). Ovo je jedan od obaveznih uslova. Mora postojati razlika potencijala između 2 tačke, što znači da odbojna sila koju stvaraju nabijene čestice na jednom mjestu mora biti veća od njihove sile u drugoj tački. Izvori napona, po pravilu, ne postoje u prirodi, a elektroni su prilično ravnomjerno raspoređeni u okolini. Ipak, naučnici su uspjeli izmisliti određene vrste uređaja u kojima se te nabijene čestice mogu akumulirati, stvarajući tako neophodan napon (na primjer, u baterijama).
Električni otpor (provodnik). Ovo je drugi važan uslov koji je neophodan za postojanje električne struje. Ovo je put kojim putuju nabijene čestice. Samo oni materijali koji dozvoljavaju elektronima da se slobodno kreću djeluju kao provodnici. Oni koji nemaju tu sposobnost nazivaju se izolatori. Na primjer, metalna žica će biti odličan provodnik, dok će njen gumeni omotač biti odličan izolator.

Pažljivo proučavajući uslove za nastanak i postojanje električne struje, ljudi su uspjeli ukrotiti ovaj moćni i opasni element i usmjeriti ga za dobrobit čovječanstva.

Prije svega, vrijedno je saznati što je električna struja. Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču. Da bi on nastao, prvo se mora stvoriti električno polje pod čijim će se utjecajem gore spomenute nabijene čestice početi kretati.

Prva saznanja o elektricitetu, pre mnogo vekova, odnosila su se na električna „naelektrisanja“ nastala trenjem. Već u davna vremena ljudi su znali da je ćilibar, protrljan vunom, stekao sposobnost da privlači lagane predmete. Ali tek krajem 16. veka engleski lekar Gilbert je detaljno proučavao ovaj fenomen i otkrio da mnoge druge supstance imaju potpuno ista svojstva. Tela koja, poput ćilibara, mogu privući lake predmete nakon trljanja, nazvao je naelektrisanim. Ova riječ je izvedena od grčkog elektrona - "ćilibar". Trenutno kažemo da tijela u ovom stanju imaju električni naboj, a sama tijela se nazivaju "nabijena".

Električni naboji uvijek nastaju kada različite tvari dođu u bliski kontakt. Ako su tijela čvrsta, onda je njihov bliski kontakt spriječen mikroskopskim izbočinama i nepravilnostima koje su prisutne na njihovoj površini. Stiskanjem takvih tijela i trljanjem jedno o drugo spajamo njihove površine koje bi se bez pritiska dodirivale samo u nekoliko tačaka. U nekim tijelima električni naboji se mogu slobodno kretati između različitih dijelova, ali u drugim je to nemoguće. U prvom slučaju tijela se nazivaju "provodnici", au drugom - "dielektrici ili izolatori". Provodnici su svi metali, vodeni rastvori soli i kiselina itd. Primeri izolatora su ćilibar, kvarc, ebonit i svi gasovi koji se nalaze u normalnim uslovima.

Ipak, treba napomenuti da je podjela tijela na provodnike i dielektrike vrlo proizvoljna. Sve tvari provode električnu energiju u većoj ili manjoj mjeri. Električni naboji su pozitivni i negativni. Ova vrsta struje neće dugo trajati, jer će naelektrisano tijelo ostati bez naboja. Za kontinuirano postojanje električne struje u vodiču, potrebno je održavati električno polje. U te svrhe koriste se izvori električne struje. Najjednostavniji slučaj pojave električne struje je kada je jedan kraj žice spojen na naelektrizirano tijelo, a drugi na uzemljenje.

Električna kola koja opskrbljuju strujom sijalice i elektromotore nisu se pojavila sve do izuma baterija, koji datira oko 1800. godine. Nakon toga, razvoj doktrine elektriciteta je išao tako brzo da je za manje od jednog stoljeća postao ne samo dio fizike, već je formirao osnovu nove električne civilizacije.

Osnovne količine električne struje

Količina električne energije i struje. Efekti električne struje mogu biti jaki ili slabi. Jačina električne struje ovisi o količini naboja koja teče kroz strujni krug u određenoj jedinici vremena. Što se više elektrona pomiče s jednog pola izvora na drugi, to je veći ukupni naboj koji elektroni prenose. Ovaj neto naboj naziva se količina električne energije koja prolazi kroz provodnik.

Konkretno, kemijski učinak električne struje ovisi o količini električne energije, odnosno, što je veći naboj prošao kroz otopinu elektrolita, to će se više tvari taložiti na katodi i anodi. S tim u vezi, količina električne energije može se izračunati vaganjem mase tvari nanesene na elektrodu i poznavanjem mase i naboja jednog jona ove tvari.

Jačina struje je veličina koja je jednaka omjeru električnog naboja koji prolazi kroz poprečni presjek provodnika i vremena njegovog protoka. Jedinica za punjenje je kulon (C), vrijeme se mjeri u sekundama (s). U ovom slučaju, jedinica struje je izražena u C/s. Ova jedinica se zove amper (A). Za mjerenje struje u kolu koristi se električni mjerni uređaj koji se zove ampermetar. Za uključivanje u krug, ampermetar je opremljen sa dva terminala. Spojen je serijski na kolo.

Električni napon. Već znamo da je električna struja uređeno kretanje nabijenih čestica - elektrona. Ovo kretanje se stvara pomoću električnog polja, koje obavlja određenu količinu posla. Ova pojava se naziva rad električne struje. Da bi pomjerilo više naboja kroz električni krug za 1 s, električno polje mora obaviti veći rad. Na osnovu toga ispada da bi rad električne struje trebao ovisiti o jačini struje. Ali postoji još jedna vrijednost od koje ovisi rad struje. Ova veličina se naziva napon.

Napon je omjer rada koji vrši struja u određenom dijelu električnog kola i naboja koji teče kroz isti dio strujnog kola. Strujni rad se mjeri u džulima (J), naboj - u kulonima (C). U tom smislu, jedinica mjere za napon će postati 1 J/C. Ova jedinica se zvala volt (V).

Da bi napon nastao u električnom kolu, potreban je izvor struje. Kada je strujni krug otvoren, napon je prisutan samo na stezaljkama izvora struje. Ako je ovaj izvor struje uključen u kolo, napon će se pojaviti i u pojedinim dijelovima kola. U tom smislu, struja će se pojaviti u krugu. Odnosno, možemo ukratko reći sljedeće: ako u kolu nema napona, nema struje. Za mjerenje napona koristi se električni mjerni instrument koji se zove voltmetar. Po svom izgledu podsjeća na prethodno spomenuti ampermetar, s jedinom razlikom što je na voltmetarskoj skali napisano slovo V (umjesto A na ampermetru). Voltmetar ima dva terminala, uz pomoć kojih je paralelno spojen na električni krug.

Električni otpor. Nakon spajanja različitih vodiča i ampermetra u električni krug, možete primijetiti da kada koristite različite vodiče, ampermetar daje različita očitanja, odnosno u ovom slučaju je jačina struje dostupna u električnom krugu različita. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da različiti provodnici imaju različit električni otpor, što je fizička veličina. Nazvan je Ohm u čast njemačkog fizičara. U fizici se po pravilu koriste veće jedinice: kilo-om, mega-om itd. Otpor provodnika obično se označava slovom R, dužina provodnika je L, a površina poprečnog presjeka S. U ovom slučaju, otpor se može zapisati kao formula:

R = r * L/S

gdje se koeficijent p naziva otpornost. Ovaj koeficijent izražava otpor vodiča dužine 1 m s površinom poprečnog presjeka od 1 m2. Specifični otpor se izražava u Ohmima x m. Budući da žice, u pravilu, imaju prilično mali poprečni presjek, njihove površine se obično izražavaju u kvadratnim milimetrima. U ovom slučaju, jedinica otpornosti će biti Ohm x mm2/m. U tabeli ispod. Slika 1 prikazuje otpornost nekih materijala.

*Tabela 1. Električna otpornost nekih materijala*
Materijal	p, Ohm x m2/m	Materijal	p, Ohm x m2/m
Bakar	0,017	Legura platine i iridijuma	0,25
Zlato	0,024	Grafit	13
Brass	0,071	Ugalj	40
Tin	0,12	Porcelan	1019
Olovo	0,21	Ebonit	1020
Metal ili legura
Srebro	0,016	manganin (legura)	0,43
Aluminijum	0,028	Constantan (legura)	0,50
Tungsten	0,055	Merkur	0,96
Iron	0,1	nikrom (legura)	1,1
niklin (legura)	0,40	fechral (legura)	1,3
niklin (legura)	0,40	kromel (legura)	1,5

Prema tabeli. 1 postaje jasno da bakar ima najmanju električnu otpornost, a legura metala najveću. Osim toga, dielektrici (izolatori) imaju visoku otpornost.

Električni kapacitet. Već znamo da dva provodnika izolirana jedan od drugog mogu akumulirati električne naboje. Ovaj fenomen karakterizira fizička veličina koja se naziva električni kapacitet. Električni kapacitet dva vodiča nije ništa drugo do omjer naboja jednog od njih i potencijalne razlike između ovog vodiča i susjednog. Što je niži napon kada se provodnici napune, to je njihov kapacitet veći. Jedinica za električni kapacitet je farad (F). U praksi se koriste frakcije ove jedinice: mikrofarad (μF) i pikofarad (pF).

Ako uzmete dva provodnika izolirana jedan od drugog i postavite ih na maloj udaljenosti jedan od drugog, dobit ćete kondenzator. Kapacitet kondenzatora zavisi od debljine njegovih ploča i debljine dielektrika i njegove permeabilnosti. Smanjenjem debljine dielektrika između ploča kondenzatora, kapacitet potonjeg može se značajno povećati. Na svim kondenzatorima, pored njihovog kapaciteta, mora biti naznačen napon za koji su ovi uređaji projektovani.

Rad i snaga električne struje. Iz navedenog je jasno da električna struja obavlja određeni posao. Prilikom spajanja elektromotora, električna struja pokreće sve vrste opreme, pomiče vozove duž šina, osvjetljava ulice, grije dom, a proizvodi i hemijski efekat, odnosno omogućava elektrolizu itd. Možemo reći da je posao obavljen. strujom na određenom dijelu kola jednaka je struji proizvoda, naponu i vremenu tokom kojeg je rad obavljen. Rad se mjeri u džulima, napon u voltima, struja u amperima, vrijeme u sekundama. U tom smislu, 1 J = 1B x 1A x 1s. Iz ovoga proizlazi da za mjerenje rada električne struje treba koristiti tri instrumenta odjednom: ampermetar, voltmetar i sat. Ali ovo je glomazno i neefikasno. Stoga se rad električne struje obično mjeri električnim brojilima. Ovaj uređaj sadrži sve gore navedene uređaje.

Snaga električne struje jednaka je omjeru rada struje i vremena za koje je izvedena. Snaga je označena slovom "P" i izražena je u vatima (W). U praksi se koriste kilovati, megavati, hektavati itd. Da biste izmjerili snagu kola potrebno je uzeti vatmetar. Inženjeri elektrotehnike rad struje izražavaju u kilovat-satima (kWh).

Osnovni zakoni električne struje

Ohmov zakon. Napon i struja se smatraju najkorisnijim karakteristikama električnih kola. Jedna od glavnih karakteristika korištenja električne energije je brz transport energije s jednog mjesta na drugo i prijenos do potrošača u potrebnom obliku. Proizvod razlike potencijala i struje daje snagu, odnosno količinu energije koja se daje u krugu u jedinici vremena. Kao što je gore spomenuto, za mjerenje snage u električnom kolu bila bi potrebna 3 uređaja. Da li je moguće proći samo sa jednim i izračunati snagu iz njegovih očitanja i neke karakteristike kola, kao što je njegov otpor? Mnogima se ova ideja svidjela i smatrali su je plodonosnom.

Dakle, koliki je otpor žice ili kola u cjelini? Da li žica, poput cijevi za vodu ili cijevi vakuumskog sistema, ima trajno svojstvo koje bi se moglo nazvati otporom? Na primjer, u cijevima, omjer razlike tlaka koji proizvodi protok podijeljen sa brzinom protoka je obično konstantna karakteristika cijevi. Slično, protokom topline u žici upravlja jednostavan odnos koji uključuje temperaturnu razliku, površinu poprečnog presjeka žice i njenu dužinu. Otkriće takvog odnosa za električna kola rezultat je uspješne pretrage.

1820-ih, njemački učitelj Georg Ohm bio je prvi koji je počeo tražiti gornju vezu. Prije svega, težio je slavi i slavi, što bi mu omogućilo da predaje na univerzitetu. Zato je odabrao oblast istraživanja koja je obećavala posebne prednosti.

Om je bio sin mehaničara, pa je znao izvući metalnu žicu različitih debljina, koja mu je bila potrebna za eksperimente. Kako je u to vrijeme bilo nemoguće kupiti odgovarajuću žicu, Om ju je sam napravio. Tokom svojih eksperimenata, isprobao je različite dužine, različite debljine, različite metale, pa čak i različite temperature. On je varirao sve ove faktore jedan po jedan. U Ohmovo vrijeme, baterije su još uvijek bile slabe i proizvodile su nedosljednu struju. S tim u vezi, istraživač je koristio termoelement kao generator, čiji je vrući spoj stavljen u plamen. Osim toga, koristio je sirovi magnetni ampermetar i mjerio razlike potencijala (Ohm ih je nazvao "naponi") promjenom temperature ili broja toplinskih spojeva.

Proučavanje električnih kola tek je počelo da se razvija. Nakon što su baterije izumljene oko 1800. godine, počele su se razvijati mnogo brže. Dizajnirani su i proizvedeni različiti uređaji (često ručno), otkrivani su novi zakoni, pojavili su se pojmovi i pojmovi itd. Sve je to dovelo do dubljeg razumijevanja električnih pojava i faktora.

Ažuriranje znanja o elektricitetu, s jedne strane, postalo je razlogom za nastanak nove oblasti fizike, s druge strane, bila je osnova za nagli razvoj elektrotehnike, odnosno baterija, generatora, sistema za napajanje rasvjete. i izmišljeni su električni pogon, električne peći, elektromotori itd., drugo.

Ohmova otkrića bila su od velike važnosti kako za razvoj proučavanja elektriciteta tako i za razvoj primijenjene elektrotehnike. Omogućili su lako predviđanje svojstava električnih kola za jednosmernu, a potom i za naizmeničnu struju. Godine 1826. Ohm je objavio knjigu u kojoj je iznio teorijske zaključke i eksperimentalne rezultate. Ali njegove nade nisu bile opravdane; knjiga je dočekana s podsmijehom. To se dogodilo zato što je metoda grubog eksperimentiranja izgledala neprivlačno u eri kada su se mnogi zanimali za filozofiju.

Nije imao izbora nego da napusti svoju profesorsku poziciju. Iz istog razloga nije dobio imenovanje na univerzitet. Naučnik je 6 godina živio u siromaštvu, bez povjerenja u budućnost, doživljavajući osjećaj gorkog razočaranja.

Ali postepeno su njegova djela stekla slavu, prvo izvan Njemačke. Om je bio poštovan u inostranstvu i imao je koristi od svog istraživanja. S tim u vezi, njegovi sunarodnici su bili prisiljeni da ga priznaju u njegovoj domovini. Godine 1849. dobio je zvanje profesora na Univerzitetu u Minhenu.

Ohm je otkrio jednostavan zakon koji uspostavlja odnos između struje i napona za komad žice (za dio kola, za cijelo kolo). Osim toga, sastavio je pravila koja vam omogućuju da odredite što će se promijeniti ako uzmete žicu druge veličine. Ohmov zakon je formuliran na sljedeći način: jačina struje u dijelu kola je direktno proporcionalna naponu u ovom dijelu i obrnuto proporcionalna otporu dijela.

Joule-Lenzov zakon. Električna struja u bilo kojem dijelu kola obavlja određeni posao. Na primjer, uzmimo bilo koji dio kola između krajeva čiji je napon (U). Po definiciji električnog napona, rad obavljen pri pomicanju jedinice naboja između dvije tačke jednak je U. Ako je jačina struje u datom dijelu strujnog kola jednaka i, tada će za vrijeme t naboj proći, i stoga će rad električne struje u ovom dijelu biti:

A = Uit

Ovaj izraz vrijedi za jednosmjernu struju u svakom slučaju, za bilo koji dio kola, koji može sadržavati provodnike, elektromotore itd. Snaga struje, odnosno rad u jedinici vremena, jednaka je:

P = A/t = Ui

Ova formula se koristi u SI sistemu za određivanje jedinice napona.

Pretpostavimo da je dio strujnog kola stacionarni provodnik. U tom slučaju sav rad će se pretvoriti u toplinu, koja će se osloboditi u ovom vodiču. Ako je provodnik homogen i poštuje Ohmov zakon (ovo uključuje sve metale i elektrolite), tada:

U = ir

gdje je r otpor provodnika. U ovom slučaju:

A = rt2i

Ovaj zakon je prvi eksperimentalno zaključio E. Lenz i, nezavisno od njega, Joule.

Treba napomenuti da provodnici grijanja imaju brojne primjene u tehnici. Najčešći i najvažniji među njima su žarulje sa žarnom niti.

Zakon elektromagnetne indukcije. U prvoj polovini 19. veka engleski fizičar M. Faraday otkrio je fenomen magnetne indukcije. Ova činjenica, koja je postala vlasništvo mnogih istraživača, dala je snažan poticaj razvoju elektrotehnike i radiotehnike.

U toku eksperimenata, Faraday je otkrio da kada se promijeni broj linija magnetske indukcije koje prodiru u površinu ograničenu zatvorenom petljom, u njoj nastaje električna struja. Ovo je osnova možda najvažnijeg zakona fizike - zakona elektromagnetne indukcije. Struja koja se javlja u kolu naziva se indukcija. Zbog činjenice da električna struja nastaje u krugu samo kada su slobodni naboji izloženi vanjskim silama, tada se s promjenjivim magnetskim tokom koji prolazi duž površine zatvorenog kruga, te iste vanjske sile pojavljuju u njemu. Djelovanje vanjskih sila u fizici se naziva elektromotorna sila ili indukovana emf.

Elektromagnetna indukcija se također pojavljuje u otvorenim provodnicima. Kada provodnik pređe magnetne linije sile, na njegovim krajevima se pojavljuje napon. Razlog za pojavu takvog napona je indukovana emf. Ako se magnetni tok koji prolazi kroz zatvorenu petlju ne promijeni, ne pojavljuje se inducirana struja.

Koristeći koncept "indukcijske emf", možemo govoriti o zakonu elektromagnetne indukcije, tj. emf indukcije u zatvorenoj petlji jednak je po veličini brzini promjene magnetskog toka kroz površinu ograničenu petljom.

Lenzovo pravilo. Kao što već znamo, indukovana struja nastaje u provodniku. U zavisnosti od uslova svog izgleda, ima drugačiji pravac. Ruski fizičar Lenz je ovom prilikom formulisao sledeće pravilo: indukovana struja koja nastaje u zatvorenom kolu uvek ima takav smer da magnetno polje koje stvara ne dozvoljava da se magnetni tok promeni. Sve to uzrokuje pojavu indukcijske struje.

Indukcijska struja, kao i svaka druga, ima energiju. To znači da se u slučaju indukcijske struje pojavljuje električna energija. Prema zakonu održanja i transformacije energije, gore navedena energija može nastati samo zbog količine energije neke druge vrste energije. Dakle, Lenzovo pravilo u potpunosti odgovara zakonu održanja i transformacije energije.

Osim indukcije, u zavojnici se može pojaviti i takozvana samoindukcija. Njegova suština je sljedeća. Ako se u zavojnici pojavi struja ili se njena snaga promijeni, pojavljuje se promjenjivo magnetsko polje. A ako se magnetski tok koji prolazi kroz zavojnicu promijeni, tada se u njemu pojavljuje elektromotorna sila, koja se naziva emf samoindukcije.

Prema Lenzovom pravilu, samoinduktivna emf pri zatvaranju strujnog kola interferira sa jačinom struje i sprječava njeno povećanje. Kada je strujni krug isključen, samoinduktivni emf smanjuje jačinu struje. U slučaju kada jačina struje u zavojnici dostigne određenu vrijednost, magnetsko polje prestaje da se mijenja i emf samoindukcije postaje nula.

Elektromagnetnu indukciju je otkrio Michael Faraday 29. avgusta 1831. godine. Otkrio je da je elektromotorna sila koja nastaje u zatvorenom provodnom kolu proporcionalna brzini promjene magnetskog toka kroz površinu ograničenu ovim krugom. Veličina elektromotorne sile (EMF) ne ovisi o tome što uzrokuje promjenu fluksa - promjenu samog magnetnog polja ili kretanje kola (ili njegovog dijela) u magnetskom polju. Električna struja uzrokovana ovim emf naziva se inducirana struja.

Budući da su trenutne, da momentalno nestaju nakon pojave, induktivne struje ne bi imale praktičan značaj da Faraday nije pronašao način da uz pomoć genijalnog uređaja (komutatora) stalno prekida i ponovo provodi primarnu struju koja dolazi iz baterije. duž prve žice, zahvaljujući čemu se druga žica kontinuirano pobuđuje sve više novih induktivnih struja i tako postaje konstantna. Tako je pronađen novi izvor električne energije, pored ranije poznatih (trenje i hemijski procesi), - indukcija, i nova vrsta te energije - induktivna električna energija.

IN 1820 Hans Christian Oersted pokazao da električna struja koja teče kroz kolo uzrokuje skretanje magnetne igle. Ako električna struja stvara magnetizam, onda se pojava električne struje mora povezati s magnetizmom. Ova misao je uhvatila engleskog naučnika M. Faraday. “Pretvorite magnetizam u elektricitet”, napisao je u svom dnevniku 1822. Dugi niz godina uporno je izvodio razne eksperimente, ali bezuspješno, i samo 29. avgusta 1831 trijumf je došao: otkrio je fenomen elektromagnetne indukcije. Postavka u kojoj je Faraday napravio svoje otkriće uključivala je Faradayja kako je napravio prsten od mekog željeza širine oko 2 cm i prečnika 15 cm i namotao mnogo zavoja bakarne žice na svaku polovinu prstena. Krug jednog namotaja bio je zatvoren žicom, u svojim zavojima nalazila se magnetska igla, dovoljno uklonjena tako da efekat magnetizma stvorenog u prstenu nije utjecao. Struja iz baterije galvanskih ćelija prolazila je kroz drugi namotaj. Kada je struja uključena, magnetna igla je napravila nekoliko oscilacija i smirila se; kada je struja prekinuta, igla je ponovo oscilirala. Ispostavilo se da je igla odstupila u jednom smjeru kada je struja uključena, a u drugom kada je struja prekinuta. M. Faraday je ustanovio da je moguće “pretvoriti magnetizam u elektricitet” pomoću običnog magneta.

LINIJE POLJA su linije nacrtane u bilo kojem polju sile ( cm. POLJE SILE) (električni, magnetni, gravitacioni), tangente na koje se u svakoj tački polja poklapaju u pravcu sa vektorom koji karakteriše dato polje (vektor jačine( cm. JAKOĆA ELEKTRIČNOG POLJA) električna ili gravitacijska polja, vektor magnetne indukcije ( cm. MAGNETNA INDUKCIJA)). Linije sile su samo vizuelni način prikazivanja polja sile. Po prvi put, koncept “linije sile” za električna i magnetska polja uveo je M. Faraday ( cm. FARADAY Michael).
Pošto su jačina polja i magnetna indukcija nedvosmislene funkcije tačke, kroz svaku tačku u prostoru može proći samo jedna linija polja. Gustoća linija polja se obično bira tako da broj linija polja koje prelaze jediničnu površinu okomito na linije polja bude proporcionalan jačini polja (ili magnetskoj indukciji) na ovoj površini. Dakle, linije polja daju vizuelnu sliku distribucije polja u prostoru, karakterišući veličinu i pravac jačine polja.
Linije elektrostatičkog polja ( cm. ELEKTROSTATSKO POLJE) su uvijek otvorene: počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim (ili idu u beskonačnost). Linije polja se nigdje ne seku, jer u svakoj tački polja njegov intenzitet ima jednu jedinu vrijednost i određeni smjer. Gustina linija polja je veća u blizini nabijenih tijela, gdje je jačina polja veća.
Linije električnog polja u prostoru između dva pozitivna naboja se razilaze; možete odrediti neutralnu tačku u kojoj se polja odbojnih sila oba naboja međusobno poništavaju.
Linije polja jednog naboja su radijalne prave linije koje se odvajaju od naboja u zracima, poput linija sile gravitacionog polja tačkaste mase ili lopte. Što je dalje od naboja, to su linije manje guste - ovo ilustruje slabljenje polja sa povećanjem udaljenosti.
Linije polja koje izlaze iz naelektrisanog vodiča nepravilnog oblika postaju gušće u blizini bilo koje izbočine ili vrha; u blizini udubljenja ili šupljina, gustoća linija polja opada.
Ako linije polja izviru iz pozitivno nabijenog vrha koji se nalazi u blizini negativno nabijenog ravnog vodiča, tada se kondenziraju oko vrha, gdje je polje vrlo jako, i razilaze se u veliko područje blizu ravnine na kojoj se završavaju, ulazeći u ravninu okomito. .
Električno polje u prostoru između paralelno naelektrisanih ploča je jednolično. Zatezne linije u jednoličnom električnom polju paralelne su jedna s drugom.
Ako čestica, na primjer elektron, uđe u polje sile, tada pod utjecajem polja sila dobiva ubrzanje, a smjer njenog kretanja ne može točno pratiti smjer linija sile, ona će se kretati u smjeru vektor momenta.
magnetno polje ( cm. MAGNETNO POLJE) karakteriziraju linije magnetske indukcije, u čijoj je bilo kojoj tački vektor magnetne indukcije usmjeren tangencijalno.
Linije magnetske indukcije magnetskog polja pravog vodiča sa strujom su kružnice koje leže u ravninama okomitim na provodnik. Centri kružnice su na osi provodnika. Linije polja vektora magnetske indukcije su uvijek zatvorene, odnosno magnetsko polje je vrtložno. Gvozdene strugotine postavljene u magnetno polje su poređane duž linija sile; Zahvaljujući tome, moguće je eksperimentalno odrediti vrstu linija polja magnetske indukcije. Vrtložno električno polje koje stvara promjenjivo magnetsko polje također ima zatvorene linije sile.

Maxwell je postavio temelje modernog klasična elektrodinamika (Maxwellove jednadžbe), uveo koncepte u fiziku struja pristrasnosti I elektromagnetno polje, dobio je niz posljedica iz svoje teorije (predviđanja elektromagnetnih talasa, elektromagnetne prirode Sveta, lagani pritisak i drugi). Jedan je od osnivača kinetička teorija gasova, uspostavio raspodjelu molekula plina po brzini ( Maxwellova distribucija). Maxwell je bio jedan od prvih koji je uveo statističke koncepte u fiziku i pokazao statističku prirodu drugi zakon termodinamike(« Maxwellov demon"), postigao niz važnih rezultata u molekularna fizika I termodinamika(Maxwellove termodinamičke relacije, Maxwellovo pravilo za fazni prijelaz tekućina-gas i druge). On je pionir kvantitativne teorije boja, autor principa fotografija u boji. Maxwellovi drugi radovi uključuju studije o održivosti Saturnovi prstenovi, teorija elastičnosti i mehanika ( fotoelastičnost, Maxwellova teorema), optika, matematika. Pripremao je rukopise radova za objavljivanje Henry Cavendish, posvetio mnogo pažnje popularizacija nauke, dizajnirao niz naučnih instrumenata.

Hertzova eksperimentalna potvrda Maxwellove teorije
Prva eksperimentalna potvrda Maxwellove elektromagnetne teorije data je u eksperimentima G. Hertza 1887. godine, osam godina nakon Maxwellove smrti. Za proizvodnju elektromagnetnih valova, Hertz je koristio uređaj koji se sastojao od dvije šipke razdvojene iskričnim razmakom (Hertz vibrator). Pri određenoj razlici potencijala pojavila se iskra u procjepu između njih - visokofrekventno pražnjenje, pobuđene su strujne oscilacije i emitiran je elektromagnetski val. Za primanje valova, Hertz je koristio rezonator - pravokutni krug s razmakom, na čijim su krajevima bile pričvršćene male bakrene kuglice.
Eksperimentalno je također bilo moguće izmjeriti brzinu elektromagnetnih valova, za koju se pokazalo da je jednaka brzini svjetlosti u vakuumu. Ovi rezultati su jedan od najjačih dokaza ispravnosti Maxwellove elektromagnetne teorije, prema kojoj je svjetlost elektromagnetski talas.

№29????

1 Ajnštajnov postulat ili princip relativnosti: svi zakoni prirode su invarijantni u odnosu na sve inercijalne referentne okvire. Sve fizičke, hemijske, biološke pojave javljaju se podjednako u svim inercijalnim okvirima.

Postulat ili princip konstantnosti brzine svjetlosti: brzina svjetlosti u vakuumu je konstantna i ista u odnosu na bilo koji inercijski referentni okvir. Ne zavisi ni od brzine izvora svetlosti ni od brzine njegovog prijemnika. Nijedan materijalni objekat ne može da se kreće brže od brzine svetlosti u vakuumu. Štaviše, pi jedna čestica materije, tj. čestica čija je masa mirovanja različita od nule ne može dostići brzinu svjetlosti u vakuumu; samo čestice polja mogu se kretati takvom brzinom, tj. čestice čija je masa mirovanja jednaka nuli.

Prostor-vrijeme (prostorno-vremenski kontinuum) je fizički model koji nadopunjuje prostor sa jednakom vremenskom dimenzijom i na taj način stvara teorijsko-fizičku konstrukciju nazvanu prostor-vremenski kontinuum.

Prema teoriji relativnosti, Univerzum ima tri prostorne dimenzije i jednu vremensku dimenziju, a sve četiri dimenzije su organski povezane u jedinstvenu cjelinu, gotovo jednake i (u određenim granicama, vidi napomene ispod) sposobne da se transformišu jedna u drugu kada posmatrač menja sistemsko odbrojavanje.

U okviru opšte teorije relativnosti, prostor-vrijeme ima jedinstvenu dinamičku prirodu, a njegova interakcija sa svim drugim fizičkim objektima (tijelima, poljima) je gravitacija. Dakle, teorija gravitacije u okviru Opće relativnosti je teorija prostora-vremena (za koju se pretpostavlja da nije ravna, već sposobna da dinamički mijenja svoju zakrivljenost).

Prostor-vrijeme je kontinuiran i, sa matematičke tačke gledišta, mnogostruk, koji je obično obdaren Lorentzovom metrikom.

Test 11-1 (elektromagnetna indukcija)

Opcija 1

1. Ko je otkrio fenomen elektromagnetne indukcije?

A. X. Oersted. B. Sh. Privezak. V. A. Volta. G. A. Amper. D. M. Faraday. E . D. Maxwell.

2. Vodovi zavojnice od bakrene žice su povezani na osjetljivi galvanometar. U kojem od sljedećih eksperimenata će galvanometar otkriti pojavu emf elektromagnetne indukcije u zavojnici?

Trajni magnet se uklanja sa zavojnice.

Trajni magnet rotira oko svoje uzdužne ose unutar zavojnice.

A. Samo u slučaju 1. B. Samo u slučaju 2. C. Samo u slučaju 3. D. U slučajevima 1 i 2. E. U slučajevima 1, 2 i 3.

3. Kako se zove fizička veličina jednaka umnošku modula B indukcije magnetskog polja na površinu S površine koju prodire magnetsko polje i kosinus
ugao a između vektora B indukcije i normale n na ovu površinu?

A. Induktivnost. B. Magnetski fluks. B. Magnetna indukcija. D. Samoindukcija. D. Energija magnetnog polja.

4. Koji od sljedećih izraza određuje indukovanu emf u zatvorenoj petlji?

A. B. IN. G. D.

5. Kada se trakasti magnet gurne u i iz metalnog prstena, u prstenu se javlja indukovana struja. Ova struja stvara magnetno polje. Koji je pol okrenut prema magnetskom polju struje u prstenu prema: 1) sjevernom polu magneta koji se može uvlačiti i 2) sjevernom polu magneta koji se može uvlačiti.

6. Kako se zove mjerna jedinica magnetnog fluksa?

7. Mjerna jedinica koje fizičke veličine je 1 Henry?

A. Indukcija magnetnog polja. B. Električni kapaciteti. B. Samoindukcija. D. Magnetski fluks. D. Induktivnost.

8. Koji izraz određuje vezu između magnetskog fluksa kroz kolo i induktivnosti L strujni krug i jačina struje I u krugu?

A. LI . B. . IN. LI ‘ . G. LI 2 . D.

9. Koji izraz određuje odnos između emf samoindukcije i jačine struje u zavojnici?

A. B . IN . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Svojstva različitih oblasti su navedena u nastavku. Ko od njih ima elektrostatičko polje?

Zatezne linije nisu povezane s električnim nabojima.

Polje ima energiju.

Polje nema energiju.

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. Kolo površine 1000 cm 2 nalazi se u jednoličnom magnetskom polju sa indukcijom od 0,5 T, ugao između vektora IN

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

12. Koja jačina struje u kolu sa induktivnošću od 5 mH stvara magnetni fluks 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. Magnetni fluks kroz kolo za 5 · 10 -2 s ravnomjerno se smanjio sa 10 mWb na 0 mWb. Kolika je vrijednost EMF-a u kolu u ovom trenutku?

A. 5 · 10 -4 V.B. 0.1 V.V. 0.2 V.G. 0.4 V.D. 1 V.E. 2 V.

14. Kolika je vrijednost energije magnetskog polja zavojnice induktiviteta 5 H kada je struja u njemu 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. Zavojnica koja sadrži n zavoja žice spojena je na izvor jednosmjerne struje sa naponom U na izlazu. Kolika je maksimalna vrijednost samoinduktivne emf u zavojnici kada se napon na njegovim krajevima poveća od 0 V do U IN?

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

16. Dvije identične lampe su spojene na kolo izvora jednosmjerne struje, prva u seriji sa otpornikom, druga u seriji sa zavojnicom. U kojoj od lampi (slika 1) će jačina struje, kada je prekidač K zatvoren, dostići maksimalnu vrednost kasnije od druge?

ODGOVOR: U prvom. B. U drugom. B. U prvom i drugom u isto vrijeme. D. U prvom, ako je otpor otpornika veći od otpora zavojnice. D. U drugom, ako je otpor zavojnice veći od otpora otpornika.

17. Zavojnica induktivnosti 2 H spojena je paralelno sa otpornikom sa električnim otporom od 900 Ohma, struja u zavojnici je 0,5 A, električni otpor zavojnice je 100 Ohma. Koliki će električni naboj teći u kolu zavojnice i otpornika kada se odvoje od izvora struje (slika 2)?

A. 4000 Cl. B. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 1 10 -2 Kl. D. 1.1 10 -3 Kl. E. 1 10 -3 Kl.

18. Avion leti brzinom od 900 km/h, modul vertikalne komponente vektora indukcije magnetnog polja Zemlje je 4 10 5 Tesla. Kolika je razlika potencijala između krajeva krila aviona ako je raspon krila 50 m?

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

19. Kolika mora biti jačina struje u armaturnom namotu elektromotora da bi sila od 120 N djelovala na dio namotaja od 20 zavoja dužine 10 cm, smješten okomito na vektor indukcije u magnetskom polju sa indukcija od 1,5 Tesla?

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

20. Koju silu treba primijeniti na metalni kratkospojnik da bi se on ravnomjerno pomjerio brzinom od 8 m/s duž dva paralelna provodnika smještena na udaljenosti od 25 cm jedan od drugog u jednoličnom magnetskom polju sa indukcijom od 2 Tesla? Vektor indukcije je okomit na ravan u kojoj se nalaze šine. Provodnici su zatvoreni otpornikom s električnim otporom od 2 oma.

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

Test 11-1 (elektromagnetna indukcija)

Opcija 2

1. Kako se zove pojava pojave električne struje u zatvorenom kolu kada se promijeni magnetni tok kroz kolo?

A. Elektrostatička indukcija. B. Fenomen magnetizacije. B. Amperska sila. G. Lorentz sila. D. Elektroliza. E. Elektromagnetna indukcija.

2. Vodovi zavojnice od bakrene žice su povezani na osjetljivi galvanometar. U kojem od sljedećih eksperimenata će galvanometar otkriti pojavu emf elektromagnetne indukcije u zavojnici?

Trajni magnet je umetnut u zavojnicu.

Zavojnica je postavljena na magnet.

3) Zavojnica se rotira oko magneta koji se nalazi
u njoj.

A. U slučajevima 1, 2 i 3. B. U slučajevima 1 i 2. C. Samo u slučaju 1. D. Samo u slučaju 2. E. Samo u slučaju 3.

3. Koji od sljedećih izraza određuje magnetni fluks?

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

4. Šta izražava sljedeća izjava: indukovana emf u zatvorenoj petlji proporcionalna je brzini promjene magnetskog fluksa kroz površinu ograničenu petljom?

A. Zakon elektromagnetne indukcije. B. Lenzovo pravilo. B. Ohmov zakon za kompletno kolo. D. Fenomen samoindukcije. D. Zakon elektrolize.

5. Kada se trakasti magnet gurne u i iz metalnog prstena, u prstenu se javlja indukovana struja. Ova struja stvara magnetno polje. Koji pol je okrenut magnetskom polju struje u prstenu prema: 1) južnom polu magneta koji se može uvlačiti i 2) južnom polu magneta koji se može uvlačiti.

A. 1 - severni, 2 - severni. B. 1 - južni, 2 - južni.

B. 1 - južni, 2 - sjeverni. G. 1 - sjeverna, 2 - južna.

6. Mjerna jedinica koje fizičke veličine je 1 Weber?

A. Indukcija magnetnog polja. B. Električni kapaciteti. B. Samoindukcija. D. Magnetski fluks. D. Induktivnost.

7. Kako se zove mjerna jedinica induktiviteta?

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

8. Koji izraz određuje odnos između energije magnetskog fluksa u kolu i induktivnosti L strujni krug i jačina struje I u krugu?

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

9.Šta je fizička veličina X je određen izrazom x= za kalem od P okreta .

A. Indukcioni emf. B. Magnetski fluks. B. Induktivnost. D. EMF samoindukcije. D. Energija magnetnog polja. E. Magnetna indukcija.

10. Svojstva različitih oblasti su navedena u nastavku. Koje od njih ima vrtložno indukcijsko električno polje?

Zatezne linije su nužno povezane s električnim nabojima.

Zatezne linije nisu povezane s električnim nabojima.

Polje ima energiju.

Polje nema energiju.

Rad sila na pomicanju električnog naboja duž zatvorenog puta ne mora biti jednak nuli.

Rad sila za pomicanje električnog naboja duž bilo koje zatvorene putanje jednak je nuli.

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. Kolo površine 200 cm 2 nalazi se u jednoličnom magnetskom polju sa indukcijom od 0,5 T, ugao između vektora IN indukcija i normala na površinu konture od 60°. Koliki je magnetni tok kroz petlju?

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

12. Struja od 4 A stvara magnetni fluks od 20 mWb u kolu.Kolika je induktivnost kola?

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

13. Magnetni fluks kroz kolo za 0,5 s ravnomjerno se smanjio sa 10 mWb na 0 mWb. Kolika je vrijednost EMF u kolu u ovom trenutku?

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

14. Kolika je vrijednost energije magnetskog polja zavojnice induktiviteta 500 mH kada je struja u njemu 4 A?

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

15. Zavojnica koja sadrži P zavoji žice, spojeni na DC izvor sa naponom U na izlasku. Kolika je maksimalna vrijednost samoinduktivne emf u zavojnici kada se napon na njegovim krajevima smanji od U V do 0 V?

A. U V.B. nU V.V. U / n V.G. Možda mnogo puta više U , zavisi od brzine promene struje i od induktivnosti zavojnice.

16. U električnom kolu prikazanom na slici 1, postoje četiri ključa 1, 2, 3 I 4 zatvoreno. Otvaranje koje od četiri će pružiti najbolju priliku da se otkrije fenomen samoindukcije?

A. 1. B. 2. V. 3. G. 4. D. Bilo koji od četiri.

17. Zavojnica induktivnosti 2 H spojena je paralelno sa otpornikom sa električnim otporom od 100 Ohma, struja u zavojnici je 0,5 A, električni otpor zavojnice je 900 Ohma. Koliki će električni naboj teći u kolu zavojnice i otpornika kada se odvoje od izvora struje (slika 2)?

A. 4000 Cl. B. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 1 10 -2 Kl. D. 1.1 10 -3 Kl. E. 1 10 -3 Kl.

18. Avion leti brzinom od 1800 km/h, modul vertikalne komponente vektora indukcije Zemljinog magnetnog polja je 4 10 -5 Tesla. Kolika je razlika potencijala između krajeva krila aviona ako je raspon krila 25 m?

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

19. Pravougaoni okvir sa površinomS With strujni udarI postavljeno u magnetna indukcijsko poljeIN . Koliki je moment sile koja djeluje na okvir ako je ugao između vektoraIN a normala na okvir je a?

A. IBS sin a. B. IBS. IN. IBS cos a. G. I 2 B.S. sin a. D. I 2 B.S. cos a. .

Opcija 2

Elektromagnetnu indukciju je otkrio Michael Faraday 1831. Otkrio je da je elektromotorna sila koja nastaje u zatvorenom provodnom kolu proporcionalna brzini promjene magnetskog toka kroz površinu ograničenu ovim krugom. Veličina EMF-a ne ovisi o tome da li je uzrok promjene fluksa promjena samog magnetnog polja ili kretanje kola (ili njegovog dijela) u magnetskom polju. Električna struja uzrokovana ovim emf naziva se inducirana struja.

Faradejev zakon Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, elektromotorna sila koja djeluje duž proizvoljno odabranog kola. Znak minus u formuli odražava Lenzovo pravilo, nazvano po ruskom fizičaru E. H. Lenzu: Indukcijska struja koja nastaje u zatvorenom provodnom kolu ima sljedeći smjer , da se magnetsko polje koje stvara suprotstavlja promjeni magnetskog fluksa koji je uzrokovao struju.

Magnetni tok U jednoličnom magnetskom polju, veličina vektora indukcije jednaka je B, postavlja se ravna zatvorena petlja površine S. Normala n na ravan konture čini ugao a sa smjerom vektora magnetske indukcije B ( vidi sliku 1). Magnetni tok kroz površinu je veličina F, određena relacijom: F = V·S·cos a. Jedinica mjerenja magnetnog fluksa u SI sistemu je 1 Weber (1 Wb).

Indukciona emf u pokretnom provodniku Neka se provodnik dužine L kreće brzinom V u jednoličnom magnetskom polju, ukrštajući linije sile. Naelektrisanja u provodniku se kreću zajedno sa provodnikom. Na naboj koji se kreće u magnetskom polju djeluje Lorentzova sila. Slobodni elektroni se pomjeraju na jedan kraj provodnika, a nekompenzirani pozitivni naboji ostaju na drugom. Nastaje razlika potencijala, a to je indukovana emf ei. Njegova vrijednost se može odrediti izračunavanjem rada Lorentzove sile pri kretanju naboja duž provodnika: ei = A/q = F·L/q. Iz toga slijedi da je ei = B·V·L·sin a.

Samoindukcija Samoindukcija je poseban slučaj različitih manifestacija elektromagnetne indukcije. Razmotrimo kolo spojeno na izvor struje (slika 6). Duž kola teče električna struja I. Ova struja stvara magnetno polje u okolnom prostoru. Kao rezultat toga, krug prodire vlastiti magnetni tok F. Očigledno, vlastiti magnetni tok je proporcionalan struji u kolu koje je stvorilo magnetsko polje: F = L·I. Faktor proporcionalnosti L naziva se induktivnost petlje. Induktivnost ovisi o veličini, obliku vodiča i magnetskim svojstvima medija. SI jedinica induktivnosti je 1 Henry (H). Ako se struja u kolu promijeni, tada se mijenja i unutrašnji magnetni tok Fs. Promjena vrijednosti Fs dovodi do pojave indukcijske emf u kolu. Ova pojava se naziva samoindukcija, a odgovarajuća vrijednost je emf samoindukcije eis. Iz zakona elektromagnetne indukcije proizilazi da je eis = dFs/dt. Ako je L = const, onda je eis= - L·dI/dt.

Transformator Transformator je statički elektromagnetski uređaj sa dva (ili više) namotaja, najčešće dizajniran za pretvaranje naizmjenične struje jednog napona u naizmjeničnu struju drugog napona. Pretvorba energije u transformatoru se vrši pomoću naizmjeničnog magnetnog polja. Transformatori se široko koriste u prijenosu električne energije na velike udaljenosti, distribuciji između prijemnika, kao i u raznim ispravljačkim, pojačavačkim, signalnim i drugim uređajima.

Energetski transformatori Energetski transformatori pretvaraju naizmjeničnu struju jednog napona u naizmjeničnu struju drugog napona za napajanje potrošača električnom energijom. Ovisno o namjeni, mogu se povećavati ili smanjivati. U distributivnim mrežama, po pravilu, koriste se trofazni dvonamotajni opadajući transformatori koji pretvaraju napone od 6 i 10 kV u napon od 0,4 kV.

Strujni transformator Strujni transformator je pomoćni uređaj u kojem je sekundarna struja praktično proporcionalna primarnoj struji i dizajniran je za povezivanje mjernih instrumenata i releja u električna kola naizmjenične struje. Strujni transformatori se koriste za pretvaranje struje bilo koje vrijednosti i napona u struju pogodnu za mjerenje standardnim instrumentima (5 A), napajanje strujnih namotaja releja, uređaja za isključivanje, kao i uređaja za izolaciju i njihovo radno osoblje od visokog napona.

Instrumentalni naponski transformatori Instrumentalni naponski transformatori su međutransformatori preko kojih se mjerni instrumenti uključuju na visoke napone.Zahvaljujući tome mjerni instrumenti su izolovani od mreže, što omogućava korištenje standardnih instrumenata (sa promijenjenom skalom) i čime se proširuju granice izmjerenih napona. Naponski transformatori se koriste kako za mjerenje napona, snage, energije, tako i za napajanje kola automatike, alarma i relejne zaštite dalekovoda od zemljospoja. U nekim slučajevima, naponski transformatori se mogu koristiti kao niskonaponski energetski transformatori ili kao pojačani test transformatori (za ispitivanje izolacije električnih uređaja)

Klasifikacija naponskih transformatora Naponski transformatori se razlikuju: a) po broju faza - jednofazni i trofazni; b) prema broju namotaja, dvonamotajni i tronamotajni; c) prema klasi tačnosti, odnosno prema dozvoljenim vrijednostima greške; d) metodom hlađenja, transformatori sa uljnim hlađenjem (ulje), sa prirodnim vazdušnim hlađenjem (suvi i sa livenom izolacijom); e) prema vrsti instalacija za unutarnju instalaciju, za vanjsku instalaciju i za kompletnu rasklopnu opremu (razvodni uređaj)

Klasifikacija strujnih transformatora Strujni transformatori se klasifikuju prema različitim kriterijumima: 1. Prema svojoj namjeni, strujni transformatori se mogu podijeliti na mjerne, zaštitne, srednje (za uključivanje mjernih instrumenata u strujna kola relejne zaštite, za izjednačavanje struja u strujnim krugovima diferencijalne zaštite, itd.) i laboratorijski (visoka tačnost, kao i sa mnogo omjera transformacije). 2. Prema vrsti instalacije razlikuju se strujni transformatori: a) za vanjsku ugradnju (u otvorenim razvodnim aparatima); b) za unutrašnju instalaciju; c) ugrađene u električne uređaje i mašine: prekidače, transformatore, generatore itd.; d) nadzemni poklopci postavljeni na vrh izolacije (na primjer, na visokonaponskom ulazu energetskog transformatora); e) prenosivi (za kontrolna mjerenja i laboratorijska ispitivanja). 3. Prema izvedbi primarnog namotaja strujni transformatori se dijele na: a) višenamotaj (namotaj, petlja-namotaj i osmica); b) jednookretni (štap); c) gume.

4. Prema načinu ugradnje strujni transformatori za unutrašnju i vanjsku instalaciju dijele se na: a) prolazne; b) podrška. 5. Na osnovu izolacije strujni transformatori se mogu podeliti u grupe: a) sa suvom izolacijom (porculan, bakelit, livena epoksidna izolacija itd.); b) sa papirno-uljnom izolacijom i sa kondenzatorskom papir-uljnom izolacijom; c) punjeni smjesom. 6. Prema broju transformacionih stupnjeva razlikuju se strujni transformatori: a) jednostepeni; b) dvostepeni (kaskadni). 7. Transformatori se razlikuju po radnom naponu: a) za nazivni napon iznad 1000 V; b) za nazivni napon do 1000 V.

Generatori električne energije Električna struja se stvara u generatorima - uređajima koji pretvaraju energiju ove ili one vrste u električnu energiju. Generatori uključuju galvanske ćelije, elektrostatičke mašine, termoelemente, solarne panele itd. Obim primjene svakog od navedenih tipova generatora električne energije određen je njihovim karakteristikama. Dakle, elektrostatičke mašine stvaraju veliku razliku potencijala, ali nisu u stanju da stvore bilo kakvu značajnu struju u kolu. Galvanske ćelije mogu proizvesti veliku struju, ali njihovo trajanje je kratko. Preovlađujuću ulogu u našem vremenu imaju elektromehanički indukcijski generatori izmjenične struje. U ovim generatorima mehanička energija se pretvara u električnu energiju. Njihovo djelovanje zasniva se na fenomenu elektromagnetne indukcije. Takvi generatori imaju relativno jednostavan dizajn i omogućavaju dobivanje velikih struja na dovoljno visokom naponu

Generator naizmjenične struje Generator naizmjenične struje (alternator) je elektromehanički uređaj koji pretvara mehaničku energiju u električnu energiju naizmjenične struje. Generatori uključuju galvanske ćelije, elektrostatičke mašine, termoelemente, solarne panele itd. Obim primjene svakog od navedenih tipova generatora električne energije određen je njihovim karakteristikama. Dakle, elektrostatičke mašine stvaraju veliku razliku potencijala, ali nisu u stanju da stvore bilo kakvu značajnu struju u kolu.