Töltés mozgás közben. A statikus elektromosság hirtelen kisülése, például villámlás formájában jelentkezhet. Vagy lehet irányított folyamat generátorokban, akkumulátorokban, napelemekben vagy üzemanyagcellákban. Ma megvizsgáljuk az „elektromos áram” fogalmát és az elektromos áram létezésének feltételeit.

Elektromos energia

Az általunk használt villamos energia nagy része váltakozó áram formájában érkezik az elektromos hálózatból. Faraday indukciós törvénye szerint működő generátorok hozzák létre, amelyek hatására a változó mágneses tér elektromos áramot indukálhat a vezetőben.

A generátoroknak forgó huzaltekercsei vannak, amelyek forgásuk során áthaladnak a mágneses mezőkön. Ahogy a tekercsek forognak, kinyílnak és záródnak a mágneses térhez képest, és olyan elektromos áramot hoznak létre, amely minden fordulattal irányt változtat. Az áram másodpercenként 60-szor halad át egy teljes cikluson oda-vissza.

A generátorokat szénnel, földgázzal, olajjal vagy atomreaktorral fűtött gőzturbinák üzemeltethetik. A generátorból az áram egy sor transzformátoron halad át, ahol a feszültsége megnő. A vezetékek átmérője határozza meg az áram nagyságát és intenzitását, amelyet túlmelegedés és energiaveszteség nélkül tudnak továbbítani, a feszültséget pedig csak az korlátozza, hogy a vezetékek mennyire vannak földelve.

Érdekes megjegyezni, hogy az áramot csak egy vezeték viszi, és nem kettő. Két oldala pozitív és negatív. Mivel azonban a váltakozó áram polaritása másodpercenként 60-szor változik, más nevük is van - forró (fővezeték) és föld (föld alatt fut az áramkör befejezéséhez).

Miért van szükség elektromos áramra?

Az elektromos áramnak számos felhasználási területe van: megvilágíthatja otthonát, kimoshatja és száríthatja a ruháit, felemeli a garázsajtót, vizet forralhat a vízforralóban, és más háztartási eszközöket is lehetővé tesz, amelyek jelentősen megkönnyítik az életünket. Az áram információtovábbítási képessége azonban egyre fontosabbá válik.

Az internethez való csatlakozáskor a számítógép az elektromos áramnak csak egy kis részét használja fel, de ez az, ami nélkül a modern ember nem tudja elképzelni az életét.

Az elektromos áram fogalma

A folyóhoz hasonlóan a vízmolekulák áramlása, az elektromos áram is töltött részecskék áramlása. Mi okozza, és miért nem megy mindig ugyanabba az irányba? Amikor meghallod a "folyó" szót, mi jut eszedbe? Talán folyó lesz. Ez egy jó asszociáció, mert ezért kapta az elektromos áram nevét. Nagyon hasonlít a víz áramlásához, de a vízmolekulák helyett egy csatorna mentén, töltött részecskék egy vezető mentén mozognak.

Az elektromos áram létezéséhez szükséges feltételek között van egy pont, amely megköveteli az elektronok jelenlétét. A vezető anyagban lévő atomok sok ilyen szabad töltésű részecskét lebegnek az atomok körül és között. Mozgásuk véletlenszerű, így nincs áramlás egyik irányban sem. Mi kell az elektromos áram létezéséhez?

Az elektromos áram létezésének feltételei közé tartozik a feszültség jelenléte. Amikor egy vezetőre alkalmazzák, az összes szabad elektron ugyanabba az irányba mozog, és áramot hoz létre.

Érdekelne az elektromos áram

Az érdekes az, hogy amikor az elektromos energiát fénysebességgel adják át egy vezetőn, maguk az elektronok sokkal lassabban mozognak. Valójában, ha lassan sétálnál egy vezető vezeték mellett, a sebességed 100-szor gyorsabb lenne, mint az elektronoké. Ez annak köszönhető, hogy nem kell hatalmas távolságokat megtenniük ahhoz, hogy energiát adjanak át egymásnak.

Egyenáram és váltakozó áram

Ma két különböző típusú áramot széles körben használnak - közvetlen és váltakozó. Az elsőben az elektronok egy irányba mozognak, a „negatív” oldalról a „pozitív” oldalra. A váltakozó áram előre-hátra löki az elektronokat, másodpercenként többször változtatva az áramlás irányát.

Az erőművekben elektromos áram előállítására használt generátorokat váltakozó áram előállítására tervezték. Valószínűleg soha nem vetted észre, hogy otthonodban a lámpák valóban villognak, mert megváltozik az aktuális irány, de ez túl gyorsan történik ahhoz, hogy a szeme észrevehesse.

Milyen feltételei vannak az egyenáram létezésének? Miért van szükségünk mindkét típusra, és melyik a jobb? Ezek jó kérdések. Az a tény, hogy továbbra is mindkét típusú áramot használjuk, arra utal, hogy mindkettő meghatározott célokat szolgál. Már a 19. században világos volt, hogy az erőmű és az otthon között nagy távolságra történő hatékony energiaátvitel csak nagyon magas feszültség mellett lehetséges. De a probléma az volt, hogy az igazán nagy feszültség küldése rendkívül veszélyes az emberekre.

A probléma megoldása az volt, hogy csökkentik a feszültséget az otthonon kívül, mielőtt beküldték volna. A mai napig az egyenáramot használják nagy távolságú átvitelre, főként annak köszönhetően, hogy könnyen más feszültséggé alakítható.

Hogyan működik az elektromos áram?

Az elektromos áram létezésének feltételei közé tartozik a töltött részecskék, a vezető és a feszültség jelenléte. Sok tudós tanulmányozta az elektromosságot, és felfedezte, hogy kétféle elektromosság létezik: statikus és áram.

Ez a második, amely óriási szerepet játszik minden ember mindennapi életében, mivel az áramkörön áthaladó elektromos áramot képvisel. Naponta használjuk otthonunk áramellátására és még sok másra.

Mi az elektromos áram?

Amikor elektromos töltések keringenek az áramkörben egyik helyről a másikra, elektromos áram keletkezik. Az elektromos áram létezésének feltételei a töltött részecskék mellett a vezető jelenléte is. Leggyakrabban ez egy vezeték. Áramköre zárt áramkör, amelyben áram folyik az áramforrásból. Ha az áramkör nyitva van, nem tudja befejezni az utat. Például, ha a világítás ki van kapcsolva a szobában, az áramkör nyitva van, de ha az áramkör zárva van, a lámpa világít.

Jelenlegi teljesítmény

A vezetőben az elektromos áram létezésének feltételeit nagymértékben befolyásolják a feszültség jellemzői, például a teljesítmény. Ez annak mértéke, hogy egy bizonyos időtartam alatt mennyi energiát használnak fel.

Számos különböző egység használható ennek a tulajdonságnak a kifejezésére. Az elektromos teljesítményt azonban szinte wattban mérik. Egy watt másodpercenként egy joule-nak felel meg.

Elektromos töltés mozgásban

Milyen feltételei vannak az elektromos áram létezésének? A statikus elektromosság hirtelen kisülése, például villámlás vagy a gyapjúszövet súrlódásából származó szikra formájában jelentkezhet. Gyakrabban azonban, amikor elektromos áramról beszélünk, az elektromosság egy szabályozottabb formájáról beszélünk, amely a lámpákat égeti, és a készülékek működnek. Az elektromos töltés nagy részét negatív elektronok és pozitív protonok hordozzák az atomon belül. Ez utóbbiak azonban főleg az atommagok belsejében vannak immobilizálva, így a töltés egyik helyről a másikra történő átvitelének munkáját elektronok végzik.

Egy vezető anyagban, például fémben lévő elektronok nagyrészt szabadon mozoghatnak egyik atomról a másikra a vezetési sávjuk mentén, amelyek a legmagasabb elektronpályák. Elegendő elektromotoros erő vagy feszültség töltéskiegyensúlyozatlanságot hoz létre, ami miatt az elektronok elektromos áram formájában áramolhatnak át egy vezetőn.

Ha analógiát vonunk le a vízzel, akkor vegyünk például egy csövet. Amikor kinyitjuk a szelepet az egyik végén, hogy a víz befolyhasson a csőbe, nem kell megvárnunk, hogy a víz egészen a végéig elérje az utat. A másik végén szinte azonnal vizet kapunk, mert a beáramló víz kinyomja a már a csőben lévő vizet. Ez történik, ha elektromos áram van egy vezetékben.

Elektromos áram: az elektromos áram létezésének feltételei

Az elektromos áramot általában elektronok áramlásának tekintik. Ha az akkumulátor két végét fémhuzallal csatlakoztatják egymáshoz, ez a feltöltött tömeg áthalad a vezetéken az akkumulátor egyik végétől (elektródától vagy pólusától) a másik felé. Tehát nevezzük meg az elektromos áram létezésének feltételeit:

Töltött részecskék.
Karmester.
Feszültségforrás.

Azonban nem minden ilyen egyszerű. Milyen feltételek szükségesek az elektromos áram létezéséhez? Erre a kérdésre a következő jellemzők figyelembevételével lehet részletesebben válaszolni:

Potenciálkülönbség (feszültség). Ez az egyik kötelező feltétel. A két pont között potenciálkülönbségnek kell lennie, ami azt jelenti, hogy a töltött részecskék által egy helyen keltett taszító erőnek nagyobbnak kell lennie, mint egy másik pontban. A feszültségforrások általában nem fordulnak elő a természetben, és az elektronok meglehetősen egyenletesen oszlanak el a környezetben. Ennek ellenére a tudósoknak sikerült feltalálniuk bizonyos típusú eszközöket, amelyekben ezek a töltött részecskék felhalmozódhatnak, ezáltal létrehozva a nagyon szükséges feszültséget (például akkumulátorokban).
Elektromos ellenállás (vezető). Ez a második fontos feltétel, amely szükséges az elektromos áram létezéséhez. Ez az az út, amelyen a töltött részecskék haladnak. Csak azok az anyagok működnek vezetőként, amelyek lehetővé teszik az elektronok szabad mozgását. Azokat, akik nem rendelkeznek ezzel a képességgel, szigetelőknek nevezik. Például egy fémhuzal kiváló vezető, míg a gumi hüvelye kiváló szigetelő.

Az elektromos áram kialakulásának és létezésének körülményeit gondosan tanulmányozva az emberek képesek voltak megszelídíteni ezt az erős és veszélyes elemet, és az emberiség javára irányítani.

Először is érdemes megtudni, mi az elektromos áram. Az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása egy vezetőben. Ennek létrejöttéhez először egy elektromos mezőt kell létrehozni, amelynek hatására a fent említett töltött részecskék mozgásba kezdenek.

Az első, sok évszázaddal ezelőtti villamosenergia-ismeret a súrlódásból származó elektromos „töltésekkel” kapcsolatos. Az emberek már az ókorban tudták, hogy a gyapjúval dörzsölt borostyán képes vonzani a könnyű tárgyakat. De csak a 16. század végén Gilbert angol orvos részletesen tanulmányozta ezt a jelenséget, és rájött, hogy sok más anyag is pontosan ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. Felvillanyozottnak nevezte azokat a testeket, amelyek a borostyánhoz hasonlóan dörzsölés után könnyű tárgyakat vonzanak magukhoz. Ez a szó a görög elektron - „borostyán” szóból származik. Jelenleg azt mondjuk, hogy az ilyen állapotban lévő testek elektromos töltésekkel rendelkeznek, és magukat a testeket „töltésnek” nevezik.

Elektromos töltések mindig akkor keletkeznek, amikor különböző anyagok érintkeznek egymással. Ha a testek szilárdak, akkor szoros érintkezésüket a felületükön előforduló mikroszkopikus kiemelkedések és egyenetlenségek akadályozzák meg. Az ilyen testek összeszorításával és egymáshoz dörzsölésével összehozzuk a felületeiket, amelyek nyomás nélkül csak néhány ponton érintkeznének. Egyes testekben az elektromos töltések szabadon mozoghatnak a különböző részek között, de másokban ez lehetetlen. Az első esetben a testeket „vezetőknek”, a másodikban „dielektrikumoknak vagy szigetelőknek” nevezik. A vezetők mindegyike fém, sók és savak vizes oldata stb. A szigetelők például a borostyán, a kvarc, az ebonit és minden normál körülmények között előforduló gáz.

Mindazonáltal meg kell jegyezni, hogy a testek felosztása vezetőkre és dielektrikumokra nagyon önkényes. Minden anyag kisebb-nagyobb mértékben vezeti az elektromosságot. Az elektromos töltések pozitívak és negatívak. Ez a fajta áram nem tart sokáig, mert a villamosított test lemerül. Ahhoz, hogy a vezetőben elektromos áram fennmaradjon, elektromos mezőt kell fenntartani. Erre a célra elektromos áramforrásokat használnak. Az elektromos áram keletkezésének legegyszerűbb esete, ha a vezeték egyik vége egy villamosított testhez, a másik a földhöz csatlakozik.

Az izzók és villanymotorok áramellátását biztosító elektromos áramkörök csak az akkumulátorok feltalálásáig jelentek meg, amely körülbelül 1800-ra nyúlik vissza. Ezt követően az elektromosság doktrínája olyan gyorsan fejlődött, hogy alig egy évszázad alatt nemcsak a fizika részévé vált, hanem egy új elektromos civilizáció alapját képezte.

Az elektromos áram alapmennyiségei

Az áram és az áram mennyisége. Az elektromos áram hatása lehet erős vagy gyenge. Az elektromos áram erőssége attól függ, hogy egy bizonyos időegység alatt mekkora töltés folyik át az áramkörön. Minél több elektron mozog a forrás egyik pólusáról a másikra, annál nagyobb az elektronok által átvitt teljes töltés. Ezt a nettó töltést a vezetőn áthaladó elektromosság mennyiségének nevezzük.

Különösen az elektromos áram kémiai hatása függ az elektromosság mennyiségétől, azaz minél nagyobb az elektrolit oldaton áthaladó töltés, annál több anyag rakódik le a katódon és az anódon. Ebben a tekintetben az elektromosság mennyiségét úgy lehet kiszámítani, hogy lemérjük az elektródán lerakódott anyag tömegét, és ismerjük ennek az anyagnak egy ionjának tömegét és töltését.

Az áramerősség az a mennyiség, amely egyenlő a vezető keresztmetszetén áthaladó elektromos töltés és az áramlási idő arányával. A töltés mértékegysége a coulomb (C), az időt másodpercben (s) mérik. Ebben az esetben az áram mértékegységét C/s-ban fejezzük ki. Ezt a mértékegységet ampernek (A) nevezik. Az áramkörben lévő áram mérésére egy elektromos mérőeszközt, az úgynevezett ampermérőt használnak. Az áramkörbe való beillesztéshez az ampermérő két kivezetéssel van felszerelve. Sorosan csatlakozik az áramkörhöz.

Elektromos feszültség. Azt már tudjuk, hogy az elektromos áram a töltött részecskék - elektronok - rendezett mozgása. Ez a mozgás elektromos mező segítségével jön létre, amely bizonyos mennyiségű munkát végez. Ezt a jelenséget elektromos áram munkájának nevezik. Ahhoz, hogy több töltést tudjon átvinni egy elektromos áramkörön 1 másodperc alatt, az elektromos mezőnek több munkát kell végeznie. Ennek alapján kiderül, hogy az elektromos áram működésének az áram erősségétől kell függnie. De van még egy érték, amelytől az áram működése függ. Ezt a mennyiséget feszültségnek nevezzük.

A feszültség az elektromos áramkör egy bizonyos szakaszában az áram által végzett munka és az áramkör ugyanazon szakaszán átfolyó töltés aránya. Az áramerősséget joule-ban (J), a töltést coulombban (C) mérik. Ebben a tekintetben a feszültség mértékegysége 1 J/C lesz. Ezt az egységet voltnak (V) hívták.

Ahhoz, hogy egy elektromos áramkörben feszültség keletkezzen, áramforrásra van szükség. Ha az áramkör szakadt, csak az áramforrás kivezetésein van feszültség. Ha ez az áramforrás benne van az áramkörben, akkor az áramkör egyes szakaszaiban is feszültség keletkezik. Ebben a tekintetben áram jelenik meg az áramkörben. Vagyis röviden elmondhatjuk a következőket: ha nincs feszültség az áramkörben, akkor nincs áram. A feszültség mérésére egy voltmérő nevű elektromos mérőműszert használnak. Megjelenésében a korábban említett ampermérőre hasonlít, azzal a különbséggel, hogy a voltmérő skáláján a V betű szerepel (az ampermérőn A helyett). A voltmérőnek két kivezetése van, amelyek segítségével párhuzamosan csatlakozik az elektromos áramkörhöz.

Elektromos ellenállás. Különböző vezetők és egy ampermérő elektromos áramkörre történő csatlakoztatása után észreveheti, hogy különböző vezetők használatakor az ampermérő eltérő leolvasást ad, azaz ebben az esetben az elektromos áramkörben elérhető áramerősség eltérő. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a különböző vezetők eltérő elektromos ellenállással rendelkeznek, ami fizikai mennyiség. Ohm nevet kapta a német fizikus tiszteletére. A fizikában általában nagyobb mértékegységeket használnak: kiloohm, megaohm stb. A vezető ellenállását általában R betűvel jelöljük, a vezető hossza L, keresztmetszeti területe S. Ebben az esetben az ellenállást képletként írhatjuk fel:

R = r * L/S

ahol a p együtthatót ellenállásnak nevezzük. Ez az együttható egy 1 m hosszú, 1 m2 keresztmetszetű vezeték ellenállását fejezi ki. A fajlagos ellenállást Ohm x m-ben fejezik ki, mivel a vezetékek általában meglehetősen kis keresztmetszetűek, területüket általában négyzetmilliméterben fejezik ki. Ebben az esetben az ellenállás mértékegysége Ohm x mm2/m lesz. Az alábbi táblázatban. Az 1. ábra egyes anyagok ellenállását mutatja.

*1. táblázat Egyes anyagok elektromos ellenállása*
Anyag	p, Ohm x m2/m	Anyag	p, Ohm x m2/m
Réz	0,017	Platina-iridium ötvözet	0,25
Arany	0,024	Grafit	13
Sárgaréz	0,071	Szén	40
Ón	0,12	Porcelán	1019
Ólom	0,21	Ebonit	1020
Fém vagy ötvözet
Ezüst	0,016	Manganin (ötvözet)	0,43
Alumínium	0,028	Constantan (ötvözet)	0,50
Volfrám	0,055	Higany	0,96
Vas	0,1	Nikróm (ötvözet)	1,1
Nikkelin (ötvözet)	0,40	Fechral (ötvözet)	1,3
Nikkelin (ötvözet)	0,40	Chromel (ötvözet)	1,5

táblázat szerint. 1 világossá válik, hogy a réznek a legkisebb az elektromos ellenállása, és a fémötvözetnek a legmagasabb. Ezenkívül a dielektrikumok (szigetelők) nagy ellenállással rendelkeznek.

Elektromos kapacitás. Azt már tudjuk, hogy két egymástól elszigetelt vezető képes elektromos töltéseket felhalmozni. Ezt a jelenséget az elektromos kapacitásnak nevezett fizikai mennyiség jellemzi. Két vezető elektromos kapacitása nem más, mint az egyik vezető töltésének az e vezető és a szomszédos vezető közötti potenciálkülönbség aránya. Minél kisebb a feszültség, amikor a vezetők töltést kapnak, annál nagyobb a kapacitásuk. Az elektromos kapacitás mértékegysége a farad (F). A gyakorlatban ennek az egységnek a frakcióit használják: mikrofarádot (μF) és pikofarádot (pF).

Ha vesz két egymástól elválasztott vezetéket, és kis távolságra helyezi őket egymástól, akkor kap egy kondenzátort. A kondenzátor kapacitása a lemezeinek vastagságától és a dielektrikum vastagságától és áteresztőképességétől függ. A kondenzátor lemezei közötti dielektrikum vastagságának csökkentésével ez utóbbi kapacitása jelentősen növelhető. Minden kondenzátoron a kapacitáson kívül fel kell tüntetni azt a feszültséget, amelyre ezeket az eszközöket tervezték.

Az elektromos áram munkája és teljesítménye. A fentiekből kitűnik, hogy az elektromos áram működik. Villanymotorok bekötésénél az elektromos áram mindenféle berendezést megmozgat, vonatokat mozgat a sínek mentén, megvilágítja az utcákat, fűti a lakást, emellett kémiai hatást kelt, azaz lehetővé teszi az elektrolízist stb. Elmondhatjuk, hogy az elvégzett munka Az áramkör egy bizonyos szakaszán az áramerősség megegyezik a termék áramával, feszültségével és időtartamával, amely alatt a munkát elvégezték. A munkát joule-ban, a feszültséget voltban, az áramerősséget amperben, az időt másodpercben mérik. Ebben a tekintetben 1 J = 1B x 1A x 1s. Ebből kiderül, hogy az elektromos áram működésének méréséhez három műszert kell egyszerre használni: ampermérőt, voltmérőt és órát. De ez nehézkes és hatástalan. Ezért az elektromos áram munkáját általában elektromos mérőkkel mérik. Ez a készülék a fenti eszközök mindegyikét tartalmazza.

Az elektromos áram teljesítménye megegyezik az áram munkájának és a végrehajtás időtartamának arányával. A teljesítményt a „P” betű jelöli, és wattban (W) fejezik ki. A gyakorlatban kilowatt, megawatt, hektowatt stb. használnak Az áramkör teljesítményének méréséhez wattmérőt kell venni. A villamosmérnökök az áram működését kilowattórában (kWh) fejezik ki.

Az elektromos áram alaptörvényei

Ohm törvénye. A feszültséget és az áramerősséget az elektromos áramkörök leghasznosabb jellemzőinek tekintik. A villamos energia felhasználásának egyik fő jellemzője az energia gyors szállítása egyik helyről a másikra, és a fogyasztóhoz a kívánt formában történő továbbítása. A potenciálkülönbség és az áram szorzata adja a teljesítményt, vagyis az egységnyi idő alatt az áramkörben leadott energia mennyiségét. Mint fentebb említettük, az elektromos áramkör teljesítményének méréséhez 3 eszközre lenne szükség. Meg lehet-e boldogulni csak eggyel, és kiszámítani a teljesítményt a leolvasásokból és az áramkör bizonyos jellemzőiből, például az ellenállásából? Sokaknak tetszett ez az ötlet, és gyümölcsözőnek találták.

Tehát mi az ellenállása egy vezetéknek vagy áramkörnek összességében? Van-e egy vezetéknek, mint a vízvezetékeknek vagy a vákuumrendszer csöveinek, állandó tulajdonsága, amelyet ellenállásnak nevezhetünk? Például a csövekben az áramlást létrehozó nyomáskülönbség hányadosa osztva az áramlási sebességgel, általában a cső állandó jellemzője. Hasonlóképpen, a vezetékben a hőáramlást egy egyszerű összefüggés szabályozza, amely magában foglalja a hőmérséklet-különbséget, a vezeték keresztmetszeti területét és hosszát. Az elektromos áramkörök ilyen kapcsolatának felfedezése egy sikeres keresés eredménye volt.

Az 1820-as években Georg Ohm német tanár volt az első, aki elkezdte keresni a fenti kapcsolatot. Mindenekelőtt hírnévre és hírnévre törekedett, amely lehetővé tette számára, hogy az egyetemen tanítson. Ezért olyan kutatási területet választott, amely különleges előnyökkel kecsegtetett.

Om egy szerelő fia volt, így tudta, hogyan kell különböző vastagságú fémhuzalt húzni, amire a kísérletekhez szüksége volt. Mivel akkoriban lehetetlen volt megfelelő vezetéket vásárolni, Om maga készítette el. Kísérletei során különböző hosszúságokat, különböző vastagságokat, különböző fémeket, sőt különböző hőmérsékleteket is kipróbált. Ezeket a tényezőket egyenként variálta. Ohm idejében az akkumulátorok még gyengék voltak, és inkonzisztens áramot termeltek. Ezzel kapcsolatban a kutató hőelemet használt generátorként, amelynek forró csomópontját lángba helyezték. Ezenkívül nyers mágneses ampermérőt használt, és a hőmérséklet vagy a termikus csomópontok számának változtatásával mérte a potenciálkülönbségeket (Ohm „feszültségnek” nevezte őket).

Az elektromos áramkörök tanulmányozása most kezdődött el. Az akkumulátorok 1800 körüli feltalálása után sokkal gyorsabban kezdett fejlődni. Különféle eszközöket terveztek és gyártottak (sokszor kézzel), új törvényeket fedeztek fel, fogalmak, kifejezések jelentek meg stb. Mindez az elektromos jelenségek és tényezők mélyebb megértéséhez vezetett.

A villamos energiával kapcsolatos ismeretek felfrissítése egyrészt egy új fizikaterület megjelenésének oka, másrészt az elektrotechnika, azaz akkumulátorok, generátorok, világítási áramellátó rendszerek gyors fejlődésének alapja volt. és feltalálták az elektromos hajtást, elektromos kemencéket, villanymotorokat stb., egyéb.

Ohm felfedezései nagy jelentőséggel bírtak mind az elektromosság tanulmányozása, mind az alkalmazott elektrotechnika fejlődése szempontjából. Lehetővé tették az elektromos áramkörök egyenáramra, majd váltóáramra vonatkozó tulajdonságainak egyszerű előrejelzését. 1826-ban Ohm kiadott egy könyvet, amelyben elméleti következtetéseket és kísérleti eredményeket vázolt fel. De reményei nem voltak jogosak a könyvet gúnyosan fogadták. Ez azért történt, mert a nyers kísérletezés módszere nem tűnt vonzónak egy olyan korszakban, amikor sokakat érdekelt a filozófia.

Nem volt más választása, mint elhagyni tanári pozícióját. Ugyanezen okból nem kapott kinevezést az egyetemre. A tudós 6 évig szegénységben élt, a jövőbe vetett bizalom nélkül, keserű csalódás érzését tapasztalva.

De művei fokozatosan hírnevet szereztek, először Németországon kívül. Om-ot külföldön tisztelték, és hasznot húzott kutatásaiból. E tekintetben honfitársai kénytelenek voltak felismerni őt hazájában. 1849-ben professzori címet kapott a müncheni egyetemen.

Ohm felfedezett egy egyszerű törvényt, amely megállapítja az áram és a feszültség közötti kapcsolatot egy vezetékdarabra (az áramkör egy részére, a teljes áramkörre). Ezenkívül olyan szabályokat állított össze, amelyek lehetővé teszik annak meghatározását, hogy mi változik, ha más méretű vezetéket vesz. Ohm törvénye a következőképpen fogalmazódik meg: az áramerősség az áramkör egy szakaszában egyenesen arányos a szakasz feszültségével és fordítottan arányos a szakasz ellenállásával.

Joule-Lenz törvény. Az elektromos áram az áramkör bármely részében működik. Például vegyük az áramkör bármely szakaszát, amelynek végei között feszültség (U) van. Az elektromos feszültség definíciója szerint a töltésegység két pont közötti mozgatásakor végzett munka egyenlő U-val. Ha az áramkör adott szakaszában az áramerősség egyenlő i-vel, akkor t idő alatt a töltés áthalad, és ezért az elektromos áram munkája ebben a szakaszban a következő lesz:

A = Uit

Ez a kifejezés minden esetben érvényes egyenáramra, az áramkör bármely szakaszára, amely tartalmazhat vezetőket, villanymotorokat stb. Az áramteljesítmény, azaz az egységnyi idő alatti munka egyenlő:

P = A/t = Ui

Ezt a képletet használják az SI rendszerben a feszültség mértékegységének meghatározására.

Tegyük fel, hogy az áramkör szakasza állóvezető. Ebben az esetben az összes munka hővé válik, amely ebben a vezetőben szabadul fel. Ha a vezető homogén és engedelmeskedik Ohm törvényének (ez minden fémre és elektrolitra vonatkozik), akkor:

U = ir

ahol r a vezető ellenállása. Ebben az esetben:

A = rt2i

Ezt a törvényt először E. Lenz, és tőle függetlenül Joule vezette le kísérletileg.

Meg kell jegyezni, hogy a fűtővezetőknek számos technológiai alkalmazása van. Közülük a leggyakoribb és legfontosabb az izzólámpák.

Az elektromágneses indukció törvénye. A 19. század első felében M. Faraday angol fizikus felfedezte a mágneses indukció jelenségét. Ez a tény, amely sok kutató tulajdonába került, erőteljes lendületet adott az elektro- és rádiótechnika fejlődésének.

A kísérletek során Faraday rájött, hogy amikor a zárt hurok által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik, abban elektromos áram keletkezik. Ez az alapja a fizika talán legfontosabb törvényének - az elektromágneses indukció törvényének. Az áramkörben fellépő áramot indukciónak nevezzük. Tekintettel arra, hogy az áramkörben csak akkor keletkezik elektromos áram, ha a szabad töltések külső erőknek vannak kitéve, majd a zárt áramkör felületén áthaladó változó mágneses fluxussal ugyanazok a külső erők jelennek meg benne. A külső erők hatását a fizikában elektromotoros erőnek vagy indukált emf-nek nevezik.

Az elektromágneses indukció a nyitott vezetőkben is megjelenik. Amikor egy vezető keresztezi a mágneses erővonalakat, feszültség jelenik meg a végein. Az ilyen feszültség megjelenésének oka az indukált emf. Ha a zárt hurkon áthaladó mágneses fluxus nem változik, nem jelenik meg indukált áram.

Az „indukciós emf” fogalmát használva az elektromágneses indukció törvényéről beszélhetünk, azaz a zárt hurokban lévő indukciós emf nagysága megegyezik a hurok által határolt felületen átmenő mágneses fluxus változási sebességével.

Lenz szabálya. Mint már tudjuk, a vezetőben indukált áram keletkezik. Megjelenésének körülményeitől függően eltérő irányt mutat. Ebből az alkalomból Lenz orosz fizikus a következő szabályt fogalmazta meg: a zárt áramkörben fellépő indukált áram mindig olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér nem engedi a mágneses fluxus változását. Mindez indukciós áram kialakulását okozza.

Az indukciós áramnak, mint minden másnak, van energiája. Ez azt jelenti, hogy indukciós áram esetén elektromos energia jelenik meg. Az energia megmaradásának és átalakulásának törvénye szerint a fent említett energia csak valamilyen más típusú energia energiamennyisége miatt keletkezhet. Így Lenz szabálya teljes mértékben megfelel az energia megmaradásának és átalakulásának törvényének.

A tekercsben az indukció mellett megjelenhet úgynevezett önindukció. Ennek lényege a következő. Ha a tekercsben áram keletkezik, vagy annak erőssége megváltozik, akkor változó mágneses tér jelenik meg. És ha a tekercsen áthaladó mágneses fluxus megváltozik, akkor megjelenik benne egy elektromotoros erő, amelyet önindukciós emf-nek neveznek.

Lenz szabálya szerint az áramkör zárásakor az öninduktív emf zavarja az áramerősséget, és megakadályozza annak növekedését. Amikor az áramkör ki van kapcsolva, az öninduktív emf csökkenti az áramerősséget. Abban az esetben, ha a tekercsben az áramerősség elér egy bizonyos értéket, a mágneses tér változása leáll, és az önindukciós emf nullává válik.

Az elektromágneses indukciót Michael Faraday fedezte fel 1831. augusztus 29-én. Felfedezte, hogy a zárt vezetőkörben fellépő elektromotoros erő arányos az ezen áramkör által határolt felületen átmenő mágneses fluxus változási sebességével. Az elektromotoros erő (EMF) nagysága nem függ attól, hogy mi okozza a fluxus változását - magának a mágneses mezőnek a változása vagy az áramkör (vagy annak egy részének) mozgása a mágneses térben. Az ezen emf által keltett elektromos áramot indukált áramnak nevezzük.

Az induktív áramoknak, amelyek azonnaliak, megjelenésük után azonnal eltűnnek, nem lenne gyakorlati jelentősége, ha Faraday nem találta volna meg a módját egy ötletes eszköz (kommutátor) segítségével, hogy az akkumulátorból érkező primer áramot folyamatosan megszakítsa és újra vezesse. az első vezetéket, aminek köszönhetően a második vezetéket folyamatosan egyre több induktív áram gerjeszti, így válik állandóvá. Így a korábban ismertek (súrlódási és kémiai folyamatok) mellett új elektromos energiaforrást találtak - az indukciót, és ennek az energiának egy új típusát - az induktív elektromosságot.

IN 1820 Hans Christian Oersted megmutatta hogy az áramkörön átfolyó elektromos áram hatására a mágneses tű eltérül. Ha az elektromos áram mágnesességet generál, akkor az elektromos áram megjelenését a mágnesességhez kell társítani. Ez a gondolat ragadta meg az angol tudóst M. Faraday. „Alakítsa át a mágnesességet elektromossággá” – írta naplójában 1822-ben. Sok éven át kitartóan végzett különféle kísérleteket, de hiába, és csak 1831. augusztus 29 diadal jött: felfedezte az elektromágneses indukció jelenségét. Faraday felfedezése során Faraday körülbelül 2 cm széles és 15 cm átmérőjű lágyvas gyűrűt készített, és a gyűrű mindkét felére több menetes rézhuzalt tekercselt. Az egyik tekercs áramkörét huzal zárta le, ennek menetében mágnestű volt, eléggé eltávolítva, hogy a gyűrűben keletkező mágnesesség hatása ne legyen hatással. A galvanikus cellákból álló akkumulátor áramát a második tekercsen vezették át. Amikor az áramot bekapcsolták, a mágnestű többször megremegett és megnyugodott; amikor az áram megszakadt, a tű ismét megremegett. Kiderült, hogy a tű az egyik irányba tért el, amikor az áramot bekapcsolták, és a másikba, amikor az áramot megszakították. M. Faraday megállapította, hogy egy közönséges mágnes segítségével lehetséges „a mágnesességet elektromossággá alakítani”.

A FIELD LINES bármely erőtérben húzott vonalak ( cm. ERŐTÉR) (elektromos, mágneses, gravitációs), azok az érintők, amelyeknek a mező minden pontjában egybeesnek az adott mezőt jellemző vektorral (erősségvektor( cm. ELEKTROMOS MEZŐERŐSSÉG) elektromos vagy gravitációs mezők, mágneses indukciós vektor ( cm. MÁGNESES INDUKCIÓ)). Az erővonalak csak az erőterek vizuális ábrázolásának módjai. Az elektromos és mágneses terekre vonatkozó „erővonalak” fogalmát először M. Faraday vezette be ( cm. FARADAY Michael).
Mivel a térerősség és a mágneses indukció egy pont egyértelmű függvényei, a tér minden pontján csak egy térvonal haladhat át. A térvonalak sűrűségét általában úgy választják meg, hogy a térvonalakra merőlegesen egy egységnyi területet keresztező erővonalak száma arányos legyen a térerősséggel (vagy mágneses indukcióval) ezen a területen. Így a térvonalak vizuális képet adnak a térbeli téreloszlásról, jellemzik a térerősség nagyságát és irányát.
Elektrosztatikus erővonalak ( cm. ELEKTROSZTATIKUS MEZŐ) mindig nyitva vannak: pozitív töltésekkel kezdődnek és negatív töltésekkel végződnek (vagy a végtelenbe mennek). A mezővonalak sehol nem metszik egymást, mivel a mező minden pontján az intenzitása egyetlen értékkel és egy bizonyos irányvonallal rendelkezik. A térvonalak sűrűsége nagyobb töltött testek közelében, ahol nagyobb a térerősség.
Az elektromos erővonalak két pozitív töltés közötti térben eltérnek egymástól; megadhat egy semleges pontot, ahol mindkét töltés taszító erőinek mezői kioltják egymást.
Egyetlen töltés erővonalai sugárirányú egyenesek, amelyek a sugarak töltésétől eltérnek, mint például egy ponttömeg vagy egy golyó gravitációs terének erővonalai. Minél távolabb van a töltéstől, annál kevésbé sűrűek a vonalak – ez jól mutatja a mező gyengülését a távolság növekedésével.
A szabálytalan alakú töltött vezetőből kiinduló térvonalak minden kiemelkedés vagy üreg közelében sűrűbbé válnak, a térvonalak sűrűsége csökken.
Ha a térvonalak egy pozitív töltésű csúcsból származnak, amely egy negatív töltésű lapos vezető közelében található, akkor a csúcs körül kondenzálódnak, ahol a tér nagyon erős, és nagy területre térnek el a sík közelében, amelyen véget érnek, és merőlegesen lépnek be a síkba. .
A párhuzamos töltésű lemezek közötti térben az elektromos tér egyenletes. Az egyenletes elektromos térben lévő feszültségvonalak párhuzamosak egymással.
Ha egy részecske, például egy elektron, belép egy erőtérbe, akkor az erőtér hatására gyorsulást vesz fel, és mozgásának iránya nem tudja pontosan követni az erővonalak irányát, akkor az erőtérbe kerül. a lendületvektor.
Mágneses mező ( cm. MÁGNESES MEZŐ) jellemzi azokat a mágneses indukciós vonalakat, amelyek bármely pontjára a mágneses indukciós vektor tangenciálisan irányul.
Az árammal rendelkező egyenes vezető mágneses terének mágneses indukciójának vonalai a vezetőre merőleges síkban fekvő körök. A kör középpontjai a vezető tengelyén vannak. A mágneses indukciós vektor térvonalai mindig zártak, azaz a mágneses tér örvényszerű. A mágneses térbe helyezett vasreszelékek az erővonalak mentén helyezkednek el; Ennek köszönhetően kísérletileg meg lehet határozni a mágneses indukciós erővonalak típusát. A változó mágneses tér által keltett örvény elektromos térnek is zárt erővonalai vannak.

Maxwell lefektette a modern alapjait klasszikus elektrodinamika (Maxwell-egyenletek), bevezette a fogalmakat a fizikába előfeszítő áramÉs elektromágneses mező, számos következményt kapott elméletéből (jóslás elektromágneses hullámok, elektromágneses természet Sveta, könnyű nyomásés mások). Ő az egyik alapító gázok kinetikai elmélete, megállapította a gázmolekulák sebesség szerinti eloszlását ( Maxwell eloszlás). Maxwell volt az egyik első, aki bevezette a statisztikai fogalmakat a fizikába, és megmutatta a statisztikai jelleget termodinamika második főtétele(« Maxwell démona"), számos fontos eredményt ért el molekuláris fizikaÉs termodinamika(Maxwell termodinamikai összefüggései, Maxwell-szabály a folyadék-gáz fázisátmenetre és mások). A kvantitatív színelmélet úttörője, az elv szerzője színes fényképezés. Maxwell további munkái közé tartoznak a fenntarthatóságról szóló tanulmányok A Szaturnusz gyűrűi, rugalmasság elméletés a mechanika ( fotoelaszticitás, Maxwell-tétel), optika, matematika. Művek kéziratait készítette elő kiadásra Henry Cavendish, nagyon odafigyelt a tudomány népszerűsítése, számos tudományos műszert tervezett.

Hertz kísérleti megerősítése Maxwell elméletére
Maxwell elektromágneses elméletének első kísérleti megerősítését G. Hertz kísérletei adták 1887-ben, nyolc évvel Maxwell halála után. Az elektromágneses hullámok előállításához a Hertz két, szikraközzel elválasztott rúdból álló eszközt (Hertz vibrátor) használt. Egy bizonyos potenciálkülönbségnél szikra jelent meg a köztük lévő résben - nagyfrekvenciás kisülés, áramingadozások gerjesztettek és elektromágneses hullámot bocsátottak ki. A hullámok fogadására a Hertz rezonátort használt - egy téglalap alakú áramkört, amelynek végei kis rézgolyókat rögzítettek.
Kísérletileg meg lehetett mérni az elektromágneses hullámok sebességét is, amelyről kiderült, hogy megegyezik a vákuumban mért fénysebességgel. Ezek az eredmények az egyik legerősebb bizonyítéka a Maxwell-féle elektromágneses elmélet helyességének, amely szerint a fény elektromágneses hullám.

№29????

1 Einstein posztulátuma vagy a relativitás elve: a természet minden törvénye invariáns minden inerciális vonatkoztatási rendszerhez képest. Minden fizikai, kémiai, biológiai jelenség egyformán fordul elő minden inerciális vonatkoztatási rendszerben.

A fénysebesség állandóságának posztulátuma vagy elve: a fény sebessége vákuumban állandó és azonos bármely tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez képest. Nem függ sem a fényforrás, sem a vevő sebességétől. Egyetlen anyagi tárgy sem tud a fénysebességnél gyorsabban mozogni vákuumban. Sőt, pi egy anyagrészecske, azaz. a nullától eltérő nyugalmi tömegű részecske vákuumban nem tudja elérni a fénysebességet, ilyen sebességgel csak a terepi részecskék tudnak mozogni, pl. nullával egyenlő nyugalmi tömegű részecskék.

A téridő (téridő kontinuum) egy olyan fizikai modell, amely egyenlő idődimenzióval egészíti ki a teret, és így létrehoz egy elméleti-fizikai konstrukciót, amelyet tér-idő kontinuumnak neveznek.

A relativitáselmélet szerint az Univerzumnak három térbeli és egy idődimenziója van, és mind a négy dimenzió szervesen egyetlen egésszé kapcsolódik össze, majdnem egyenlőek, és (bizonyos határokon belül, lásd lentebb) képesek egymásba átalakulni, ha a megfigyelő megváltoztatja a rendszer visszaszámlálását.

Az általános relativitáselmélet keretein belül a téridő egyetlen dinamikus természetű, és az összes többi fizikai tárggyal (testekkel, mezőkkel) való kölcsönhatása a gravitáció. Így a gravitáció elmélete az általános relativitáselmélet keretein belül a téridő elmélete (amelyről azt feltételezik, hogy nem lapos, hanem képes dinamikusan megváltoztatni görbületét).

A téridő folytonos, és matematikai szempontból sokrétű, amelyet általában Lorentz-metrikával ruháznak fel.

11-1. teszt (elektromágneses indukció)

1. lehetőség

1. Ki fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét?

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

2. A rézhuzal tekercs vezetékei egy érzékeny galvanométerhez vannak csatlakoztatva. Az alábbi kísérletek közül melyikben érzékeli a galvanométer elektromágneses indukció emf fellépését a tekercsben?

Az állandó mágnest eltávolítják a tekercsről.

A tekercs belsejében egy állandó mágnes forog a hosszanti tengelye körül.

A. Csak az 1. esetben. B. Csak a 2. esetben. C. Csak a 3. esetben. D. Az 1. és 2. esetben. E. Az 1., 2. és 3. esetben.

3. Mi a neve annak a fizikai mennyiségnek, amely egyenlő a mágneses tér indukciójának B moduljának a mágneses tér által áthatolt felület S területével és a koszinusz szorzatával?
az a szög a B indukcióvektor és a normál n között?

A. Induktivitás. B. Mágneses fluxus. B. Mágneses indukció. D. Önindukció. D. Mágneses tér energia.

4. Az alábbi kifejezések közül melyik határozza meg az indukált emf-et zárt hurokban?

A. B. IN. G. D.

5. Amikor egy szalagmágnest betolunk egy fémgyűrűbe és abból kilépünk, a gyűrűben indukált áram lép fel. Ez az áram mágneses mezőt hoz létre. Melyik pólus néz a gyűrűben lévő áram mágneses tere felé: 1) a mágnes visszahúzható északi pólusa és 2) a mágnes behúzható északi pólusa felé.

6. Mi a neve a mágneses fluxus mértékegységének?

7. Milyen fizikai mennyiség mértékegysége 1 Henry?

A. Mágneses tér indukció. B. Elektromos kapacitások. B. Önindukció. D. Mágneses fluxus. D. Induktivitás.

8. Milyen kifejezés határozza meg az áramkörön átmenő mágneses fluxus és az induktivitás közötti kapcsolatot? L áramkör és áramerősség én az áramkörben?

A. LI . B. . IN. LI ‘ . G. LI 2 . D.

9. Milyen kifejezés határozza meg az önindukciós emf és a tekercsben lévő áramerősség közötti kapcsolatot?

A. B . IN . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Az alábbiakban felsoroljuk a különböző mezők tulajdonságait. Melyikük rendelkezik elektrosztatikus mezővel?

A feszítővezetékek nem kapcsolódnak elektromos töltésekhez.

A mezőnek van energiája.

A mezőnek nincs energiája.

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. Egy 1000 cm 2 területű áramkör egyenletes mágneses térben van, amelynek indukciója 0,5 T, a vektor közötti szög IN

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

12. Mekkora áramerősség hoz létre mágneses fluxust egy 5 mH induktivitású áramkörben 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. Az áramkörön áthaladó mágneses fluxus 5 · 10 -2 s alatt egyenletesen 10 mWb-ről 0 mWb-re csökkent. Mennyi az EMF értéke az áramkörben jelenleg?

A. 5 · 10 -4 V.V. 0.4 V.D.

14. Mekkora az 5 H induktivitású tekercs mágneses terének energiája, ha a benne lévő áramerősség 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. Egy n menetes vezetéket tartalmazó tekercset feszültséggel rendelkező egyenáramú forráshoz csatlakoztatunk U kifelé menet. Mekkora az öninduktív emf maximális értéke a tekercsben, ha a feszültség a végein 0 V-ról növekszik U BE?

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

16. Két egyforma lámpa csatlakozik egy egyenáramú forrás áramkörre, az első sorba egy ellenállással, a második sorba egy tekercs. Melyik lámpában (1. ábra) éri el az áramerősség a K kapcsoló zárt állapotában később a maximális értékét, mint a másiké?

A. Az elsőben. B. A másodikban. B. Az elsőben és a másodikban egyszerre. D. Az elsőben, ha az ellenállás ellenállása nagyobb, mint a tekercs ellenállása. D. A másodikban, ha a tekercs ellenállása nagyobb, mint az ellenállás ellenállása.

17. Egy 2 H induktivitású tekercset párhuzamosan kapcsolunk egy 900 Ohm elektromos ellenállású ellenállással, a tekercsben az áramerősség 0,5 A, a tekercs elektromos ellenállása 100 Ohm. Milyen elektromos töltés fog áramlani a tekercs és az ellenállás áramkörében, ha leválasztjuk őket az áramforrásról (2. ábra)?

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

18. Egy repülőgép 900 km/h sebességgel repül, a Föld mágneses tere indukciós vektorának függőleges komponensének modulja 4 10 5 Tesla. Mekkora a potenciálkülönbség a repülőgép szárnyainak végei között, ha a szárnyfesztávolság 50 m?

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

A 1,5 Tesla indukció?

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

20. Milyen erőt kell kifejteni egy fém jumperre, hogy egyenletesen, 8 m/s sebességgel mozgassa azt két, egymástól 25 cm távolságra lévő párhuzamos vezető mentén egyenletes mágneses térben, 2 Tesla indukcióval? Az indukciós vektor merőleges arra a síkra, amelyben a sínek vannak. A vezetőket egy 2 Ohm elektromos ellenállású ellenállás zárja le.

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

11-1. teszt (elektromágneses indukció)

2. lehetőség

1. Mi a neve annak a jelenségnek, amikor az áramkörön áthaladó mágneses fluxus megváltozik egy zárt áramkörben?

A. Elektrosztatikus indukció. B. A mágnesezés jelensége. B. Ampererő. D. Lorentz erő. D. Elektrolízis. E. Elektromágneses indukció.

A tekercsbe állandó mágnes van behelyezve.

A tekercset mágnesre helyezzük.

3) A tekercs egy mágnes körül forog
benne.

A. Az 1., 2. és 3. esetben. B. Az 1. és 2. esetben. C. Csak az 1. esetben. D. Csak a 2. esetben. E. Csak a 3. esetben.

3. Az alábbi kifejezések közül melyik határozza meg a mágneses fluxust?

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

4. Mit fejez ki a következő állítás: az indukált emf zárt hurokban arányos a hurok által határolt felületen átmenő mágneses fluxus változási sebességével?

A. Az elektromágneses indukció törvénye. B. Lenz szabálya. B. Ohm törvénye egy teljes áramkörre. D. Az önindukció jelensége. D. Az elektrolízis törvénye.

5. Amikor egy szalagmágnest betolunk egy fémgyűrűbe és abból kilépünk, a gyűrűben indukált áram lép fel. Ez az áram mágneses mezőt hoz létre. Melyik pólus néz a gyűrűben lévő áram mágneses tere felé: 1) a mágnes visszahúzható déli pólusa és 2) a mágnes behúzható déli pólusa felé.

A. 1 - északi, 2 - északi. B. 1 - déli, 2 - déli.

B. 1 - déli, 2 - északi. G. 1 - északi, 2 - déli.

6. Milyen fizikai mennyiség mértékegysége 1 Weber?

A. Mágneses tér indukció. B. Elektromos kapacitások. B. Önindukció. D. Mágneses fluxus. D. Induktivitás.

7. Mi a neve az induktivitás mértékegységének?

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

8. Milyen kifejezés határozza meg az áramkörben lévő mágneses fluxus energiája és az induktivitás közötti összefüggést L áramkör és áramerősség én az áramkörben?

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

9.Mi a fizikai mennyiség X kifejezés határozza meg x= egy tekercsre n fordul .

A. Indukciós emf. B. Mágneses fluxus. B. Induktivitás. D. Az önindukció EMF. D. Mágneses tér energia. E. Mágneses indukció.

10. Az alábbiakban felsoroljuk a különböző mezők tulajdonságait. Melyikük van egy örvényindukciós elektromos térben?

A feszítővonalak szükségszerűen elektromos töltésekkel járnak.

A feszítővezetékek nem kapcsolódnak elektromos töltésekhez.

A mezőnek van energiája.

A mezőnek nincs energiája.

Az elektromos töltés zárt úton történő mozgatására irányuló erők által végzett munka nem lehet nulla.

Az elektromos töltés bármely zárt úton történő mozgatására szolgáló erők által végzett munka nulla.

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. Egy 200 cm 2 területű áramkör egyenletes mágneses térben van, amelynek indukciója 0,5 T, a vektor közötti szög IN indukciós és a kontúrfelületre merőleges 60°. Mekkora a mágneses fluxus a hurkon keresztül?

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

12. 4 A áram 20 mWb mágneses fluxust hoz létre az áramkörben Mekkora az áramkör induktivitása?

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

13. Az áramkörön áthaladó mágneses fluxus 0,5 s alatt egyenletesen 10 mWb-ről 0 mWb-re csökkent. Mennyi az EMF értéke az áramkörben jelenleg?

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

14. Mekkora az 500 mH induktivitású tekercs mágneses mezőjének energiája, ha az áramerősség benne 4 A?

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

15. Tekercs tartalmazó n menetes vezeték, feszültséggel egyenáramú forráshoz csatlakoztatva U kifelé menet. Mekkora az öninduktív emf maximális értéke a tekercsben, ha a feszültség a végein csökken U V-ról 0 V-ra?

A. U V.B. nU V.V. U / n V.G. Talán sokszor U , az áram változási sebességétől és a tekercs induktivitásának mértékétől függ.

16. Az 1. ábrán látható elektromos áramkörben négy kulcs található 1, 2, 3 És 4 zárt. A négy közül melyik lesz a legjobb lehetőség az önindukció jelenségének észlelésére?

A. 1. B. 2. V. 3. G. 4. D. Bármelyik a négy közül.

17. Egy 2 H induktivitású tekercset párhuzamosan kapcsolunk egy 100 Ohm elektromos ellenállású ellenállással, a tekercsben az áramerősség 0,5 A, a tekercs elektromos ellenállása 900 Ohm. Milyen elektromos töltés fog áramlani a tekercs és az ellenállás áramkörében, ha leválasztjuk őket az áramforrásról (2. ábra)?

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

18. Egy repülőgép 1800 km/h sebességgel repül, a Föld mágneses tere indukciós vektorának függőleges komponensének modulja 4 10 -5 Tesla. Mekkora a potenciálkülönbség a repülőgép szárnyainak végei között, ha a szárnyfesztávolság 25 m?

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

19. Téglalap alakú keret területtelS Vel áramütésén behelyezve mágneses indukciós mezőIN . Mekkora a keretre ható erő nyomatéka, ha a vektor bezárja a szögetIN és a normál a kerethez a?

A. IBS bűn a. B. IBS. IN. IBS cos a. G. én 2 B.S. bűn a. D. én 2 B.S. cos a.

2. lehetőség

Az elektromágneses indukciót Michael Faraday fedezte fel 1831-ben. Felfedezte, hogy a zárt vezetőkörben fellépő elektromotoros erő arányos az ezen áramkör által határolt felületen átmenő mágneses fluxus változási sebességével. Az EMF nagysága nem függ attól, hogy a fluxus változásának oka magának a mágneses térnek a megváltozása, vagy az áramkör (vagy annak egy részének) mozgása a mágneses térben. Az ezen emf által keltett elektromos áramot indukált áramnak nevezzük.

Mágneses fluxus Egyenletes mágneses térben az indukciós vektor nagysága egyenlő B-vel, S területű lapos zárt hurkot helyezünk el. A kontúrsíkkal n normál szöget zár be a B mágneses indukciós vektor irányával. lásd 1. ábra). A felületen áthaladó mágneses fluxus a Ф mennyiség, amelyet a következő összefüggés határozza meg: Ф = В·S·cos a. A mágneses fluxus mértékegysége az SI rendszerben 1 Weber (1 Wb).

Indukciós emf mozgó vezetőben Hagyja, hogy egy L hosszúságú vezető V sebességgel mozogjon egyenletes mágneses térben, keresztezve az erővonalakat. A vezetőben lévő töltések a vezetővel együtt mozognak. A mágneses térben mozgó töltésre a Lorentz-erő hat. A szabad elektronok a vezető egyik végére eltolódnak, a másik végén pedig a kompenzálatlan pozitív töltések maradnak. Egy potenciálkülönbség keletkezik, ami az indukált emf ei. Értéke meghatározható a Lorentz-erő által végzett munka kiszámításával, amikor egy töltést mozgat egy vezető mentén: ei = A/q = F·L/q. Ebből következik, hogy ei = B·V·L·sin a.

Önindukció Az önindukció az elektromágneses indukció különféle megnyilvánulásainak speciális esete. Tekintsünk egy áramforráshoz csatlakoztatott áramkört (6. ábra). Az I elektromos áram az áramkör mentén folyik Ez az áram mágneses mezőt hoz létre a környező térben. Ennek eredményeként az áramkörbe behatol a saját F mágneses fluxusa. Nyilvánvalóan a saját mágneses fluxus arányos a mágneses teret létrehozó áramkör áramával: Ф = L·I. Az L arányossági tényezőt hurok induktivitásnak nevezzük. Az induktivitás függ a vezető méretétől, alakjától és a közeg mágneses tulajdonságaitól. Az induktivitás SI mértékegysége 1 Henry (H). Ha az áramkörben az áramerősség megváltozik, akkor az Fs belső mágneses fluxus is megváltozik. Az Fs értékének változása indukciós emf megjelenéséhez vezet az áramkörben. Ezt a jelenséget önindukciónak nevezik, a megfelelő érték pedig önindukciós emf eiс. Az elektromágneses indukció törvényéből következik, hogy eiс = dФс/dt. Ha L = const, akkor eiс= - L·dI/dt.

Transzformátor A transzformátor egy statikus elektromágneses eszköz, két (vagy több) tekercseléssel, amelyet leggyakrabban arra terveztek, hogy egy feszültségű váltakozó áramot egy másik feszültségű váltakozó árammá alakítson át. A transzformátorban az energiaátalakítást váltakozó mágneses tér végzi. A transzformátorokat széles körben használják elektromos energia nagy távolságra történő továbbítására, vevők közötti elosztására, valamint különféle egyenirányító, erősítő, jelző és egyéb eszközökben.

Erőátviteli transzformátorok A teljesítménytranszformátorok az egyik feszültségű váltakozó áramot egy másik feszültségű váltakozó árammá alakítják át, hogy a fogyasztókat elektromos árammal látják el. A céltól függően ezek növekedhetnek vagy csökkenhetnek. Az elosztóhálózatokban általában háromfázisú, kéttekercses lecsökkentő transzformátorokat használnak, amelyek 6 és 10 kV feszültséget 0,4 kV feszültségre alakítanak át.

Áramváltó Az áramváltó olyan segédberendezés, amelyben a szekunder áram gyakorlatilag arányos a primer árammal, és mérőműszerek és relék váltakozó áramú elektromos áramkörökhöz való csatlakoztatására szolgál. Az áramváltókat bármilyen értékű és feszültségű áram átalakítására olyan árammá alakítják, amely alkalmas szabványos műszerekkel (5 A) történő mérésre, a relék áramtekercseinek táplálására, a leválasztó eszközökre, valamint az eszközök és kezelőszemélyzetük nagyfeszültségű leválasztására.

Feszültségmérő transzformátorok A mérőfeszültség transzformátorok olyan közbenső transzformátorok, amelyeken keresztül a mérőműszerek nagy feszültségen kapcsolódnak be, ennek köszönhetően a mérőműszerek le vannak választva a hálózatról, ami lehetővé teszi a szabványos műszerek (átsorolt skálával) ill. ezáltal kitágítja a mért feszültségek határait. A feszültségtranszformátorokat feszültség, teljesítmény, energia mérésére, valamint automatizálási áramkörök, riasztások és távvezetékek földzárlat elleni relévédelmére használják. Egyes esetekben a feszültségtranszformátorok használhatók kis teljesítményű lecsökkentő teljesítménytranszformátorként vagy fokozó teszttranszformátorként (elektromos eszközök szigetelésének tesztelésére)

A feszültségtranszformátorok osztályozása A feszültségtranszformátorok különböznek: a) a fázisok száma szerint - egyfázisú és háromfázisú; b) a tekercsek száma szerint kéttekercses és háromtekercses; c) a pontossági osztály szerint, azaz a megengedett hibaértékek szerint; d) hűtéses transzformátorok olajhűtéssel (olaj), természetes léghűtéssel (száraz és öntött szigeteléssel); e) beépítés típusa szerint beltéri, kültéri és komplett kapcsolóberendezéshez (kapcsolóberendezéshez)

Áramváltók osztályozása Az áramváltók osztályozása különböző szempontok szerint történik: 1. Az áramváltók rendeltetésük szerint mérő-, védő-, közbenső (mérőműszerek relévédelmi áramkörbe való beépítésére, differenciálvédelmi áramkörök áramkiegyenlítésére, mérőműszerekre, védőáramkörökben történő kiegyenlítésre, a védőáramkörök kiegyenlítésére alkalmasak). stb.) és laboratóriumi (nagy pontosságú, valamint sok transzformációs aránnyal). 2. A beépítés típusa szerint áramváltókat különböztetünk meg: a) kültéri telepítésre (nyitott kapcsolóberendezésekben); b) beltéri beépítéshez; c) elektromos készülékekbe, gépekbe beépítve: kapcsolók, transzformátorok, generátorok stb.; d) a persely tetejére elhelyezett mennyezeti burkolatok (például egy teljesítménytranszformátor nagyfeszültségű bemenetére); e) hordozható (ellenőrző mérésekhez és laboratóriumi vizsgálatokhoz). 3. A primer tekercs kialakítása szerint az áramváltókat a következőkre osztják: a) többfordulatú (tekercs, huroktekercselés és nyolcas tekercselés); b) egyfordulatú (rúd); c) gumiabroncsok.

4. A beépítési mód szerint a beltéri és kültéri telepítésű áramváltók a következőkre oszthatók: a) átjáró; b) támogató. 5. Szigetelés alapján az áramváltók csoportokba sorolhatók: a) száraz szigeteléssel (porcelán, bakelit, öntött epoxi szigetelés stb.); b) papír-olaj szigeteléssel és kondenzátoros papír-olaj szigeteléssel; c) vegyülettel töltve. 6. Az átalakítási fokozatok száma szerint vannak áramváltók: a) egyfokozatú; b) kétlépcsős (kaszkád). 7. A transzformátorokat működési feszültség alapján különböztetjük meg: a) 1000 V feletti névleges feszültség esetén; b) 1000 V névleges feszültségig.

Elektromos energia generátorok Az elektromos áram generátorokban keletkezik – olyan berendezésekben, amelyek az egyik vagy másik típusú energiát elektromos energiává alakítják át. A generátorok közé tartoznak a galvánelemek, az elektrosztatikus gépek, a hőelemek, a napelemek stb. Az egyes felsorolt típusú villamosenergia-termelők alkalmazási körét jellemzőik határozzák meg. Így az elektrosztatikus gépek nagy potenciálkülönbséget hoznak létre, de nem képesek jelentős áramot létrehozni az áramkörben. A galvanikus cellák nagy áramot tudnak termelni, de hatástartamuk rövid. Korunkban az elektromechanikus indukciós váltakozó áramú generátorok játsszák az uralkodó szerepet. Ezekben a generátorokban a mechanikai energiát elektromos energiává alakítják. Működésük az elektromágneses indukció jelenségén alapul. Az ilyen generátorok viszonylag egyszerű felépítésűek, és lehetővé teszik nagy áramok előállítását kellően nagy feszültség mellett

Váltakozó áramú generátor A váltakozó áramú generátor (generátor) egy elektromechanikus eszköz, amely a mechanikai energiát váltakozó áramú elektromos energiává alakítja. A generátorok közé tartoznak a galvánelemek, az elektrosztatikus gépek, a hőelemek, a napelemek stb. Az egyes felsorolt típusú villamosenergia-termelők alkalmazási körét jellemzőik határozzák meg. Így az elektrosztatikus gépek nagy potenciálkülönbséget hoznak létre, de nem képesek jelentős áramot létrehozni az áramkörben.