Carica in movimento. Può assumere la forma di un'improvvisa scarica di elettricità statica, come un fulmine. Oppure potrebbe essere un processo controllato in generatori, batterie, pannelli solari o celle a combustibile. Oggi esamineremo il concetto stesso di "corrente elettrica" e le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica.

Energia elettrica

La maggior parte dell’elettricità che utilizziamo arriva sotto forma di corrente alternata proveniente dalla rete elettrica. È creato da generatori che funzionano secondo la legge di induzione di Faraday, grazie alla quale un campo magnetico variabile può indurre una corrente elettrica in un conduttore.

I generatori hanno bobine di filo rotanti che passano attraverso i campi magnetici mentre ruotano. Mentre le bobine ruotano, si aprono e si chiudono rispetto al campo magnetico e creano una corrente elettrica che cambia direzione ad ogni giro. La corrente attraversa un ciclo completo avanti e indietro 60 volte al secondo.

I generatori possono essere alimentati da turbine a vapore riscaldate da carbone, gas naturale, petrolio o da un reattore nucleare. Dal generatore, la corrente passa attraverso una serie di trasformatori, dove la sua tensione aumenta. Il diametro dei fili determina la quantità e l'intensità della corrente che possono trasportare senza surriscaldarsi e perdere energia, e la tensione è limitata solo da quanto bene le linee sono isolate da terra.

È interessante notare che la corrente è trasportata da un solo filo e non da due. I suoi due lati sono designati come positivo e negativo. Tuttavia, poiché la polarità della corrente alternata cambia 60 volte al secondo, hanno altri nomi: caldo (linee elettriche principali) e terra (che corre sottoterra per completare il circuito).

Perché è necessaria la corrente elettrica?

Esistono molti usi della corrente elettrica: può illuminare la casa, lavare e asciugare i vestiti, sollevare la porta del garage, far bollire l'acqua in un bollitore e abilitare altri articoli domestici che rendono la nostra vita molto più semplice. Tuttavia, la capacità della corrente di trasmettere informazioni sta diventando sempre più importante.

Quando si connette a Internet, un computer utilizza solo una piccola parte della corrente elettrica, ma questa è qualcosa senza la quale le persone moderne non possono immaginare la propria vita.

Il concetto di corrente elettrica

Come il flusso di un fiume, un flusso di molecole d'acqua, una corrente elettrica è un flusso di particelle cariche. Cos'è che lo provoca e perché non va sempre nella stessa direzione? Quando senti la parola "scorrevole", a cosa pensi? Forse sarà un fiume. Questa è una buona associazione perché è per questo motivo che la corrente elettrica prende il nome. È molto simile al flusso dell'acqua, ma invece delle molecole d'acqua che si muovono lungo un canale, le particelle cariche si muovono lungo un conduttore.

Tra le condizioni necessarie per l'esistenza della corrente elettrica, c'è un punto che richiede la presenza di elettroni. Gli atomi in un materiale conduttivo hanno molte di queste particelle cariche libere che fluttuano intorno e tra gli atomi. Il loro movimento è casuale, quindi non c'è flusso in nessuna direzione. Cosa è necessario perché esista la corrente elettrica?

Le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica includono la presenza di tensione. Quando viene applicato a un conduttore, tutti gli elettroni liberi si muoveranno nella stessa direzione, creando una corrente.

Curioso della corrente elettrica

La cosa interessante è che quando l'energia elettrica viene trasferita attraverso un conduttore alla velocità della luce, gli elettroni stessi si muovono molto più lentamente. Infatti, se camminassi lentamente accanto a un filo conduttivo, la tua velocità sarebbe 100 volte più veloce di quella degli elettroni. Ciò è dovuto al fatto che non hanno bisogno di percorrere enormi distanze per trasferire energia l'uno all'altro.

Corrente continua e alternata

Oggi sono ampiamente utilizzati due diversi tipi di corrente: diretta e alternata. Nella prima, gli elettroni si muovono in una direzione, dal lato “negativo” a quello “positivo”. La corrente alternata spinge gli elettroni avanti e indietro, cambiando la direzione del flusso più volte al secondo.

I generatori utilizzati nelle centrali elettriche per produrre elettricità sono progettati per produrre corrente alternata. Probabilmente non hai mai notato che le luci di casa tua tremolano effettivamente perché la direzione della corrente cambia, ma accade troppo rapidamente perché i tuoi occhi possano rilevarlo.

Quali sono le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica continua? Perché abbiamo bisogno di entrambi i tipi e quale è migliore? Queste sono buone domande. Il fatto che utilizziamo ancora entrambi i tipi di corrente suggerisce che entrambi servono a scopi specifici. Già nel 19° secolo era chiaro che una trasmissione efficiente di energia su lunghe distanze tra una centrale elettrica e un’abitazione era possibile solo a tensioni molto elevate. Ma il problema era che l’invio di tensione molto alta era estremamente pericoloso per le persone.

La soluzione a questo problema era ridurre la tensione fuori casa prima di mandarla dentro. Ad oggi, la corrente elettrica continua viene utilizzata per la trasmissione a lunga distanza, principalmente per la sua capacità di essere facilmente convertita in altre tensioni.

Come funziona la corrente elettrica?

Le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica includono la presenza di particelle cariche, un conduttore e una tensione. Molti scienziati hanno studiato l'elettricità e hanno scoperto che esistono due tipi di elettricità: statica e corrente.

È il secondo che gioca un ruolo enorme nella vita quotidiana di qualsiasi persona, poiché rappresenta una corrente elettrica che passa attraverso il circuito. Lo usiamo quotidianamente per alimentare le nostre case e molto altro ancora.

Cos'è la corrente elettrica?

Quando le cariche elettriche circolano in un circuito da un luogo all'altro, viene creata una corrente elettrica. Le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica includono, oltre alle particelle cariche, la presenza di un conduttore. Molto spesso questo è un filo. Il suo circuito è un circuito chiuso in cui la corrente passa dalla fonte di alimentazione. Quando il circuito è aperto, non può completare il viaggio. Ad esempio, quando la luce nella tua stanza è spenta, il circuito è aperto, ma quando il circuito è chiuso, la luce è accesa.

Potenza attuale

Le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica in un conduttore sono fortemente influenzate dalle caratteristiche della tensione come la potenza. Questa è una misura di quanta energia viene utilizzata in un determinato periodo di tempo.

Esistono molte unità diverse che possono essere utilizzate per esprimere questa caratteristica. Tuttavia, la potenza elettrica è quasi misurata in watt. Un watt equivale a un joule al secondo.

Carica elettrica in movimento

Quali sono le condizioni per l’esistenza della corrente elettrica? Può assumere la forma di un'improvvisa scarica di elettricità statica, come un fulmine, o una scintilla derivante dall'attrito con un tessuto di lana. Più spesso, però, quando si parla di corrente elettrica si parla di una forma di elettricità più controllata, che fa accendere le luci e far funzionare gli elettrodomestici. La maggior parte della carica elettrica è trasportata da elettroni negativi e protoni positivi all'interno di un atomo. Tuttavia, questi ultimi sono principalmente immobilizzati all'interno dei nuclei atomici, quindi il lavoro di trasferimento della carica da un luogo all'altro viene svolto dagli elettroni.

Gli elettroni in un materiale conduttore come un metallo sono in gran parte liberi di spostarsi da un atomo all'altro lungo le loro bande di conduzione, che sono le orbite elettroniche più alte. Una forza o tensione elettromotrice sufficiente crea uno squilibrio di carica che può far fluire gli elettroni attraverso un conduttore sotto forma di corrente elettrica.

Se tracciamo un'analogia con l'acqua, prendiamo, ad esempio, un tubo. Quando apriamo la valvola a un'estremità per consentire all'acqua di fluire nel tubo, non dobbiamo aspettare che l'acqua arrivi fino alla fine. Riceviamo acqua dall'altra estremità quasi istantaneamente perché l'acqua in entrata spinge l'acqua già presente nel tubo. Questo è ciò che accade quando in un filo scorre corrente elettrica.

Corrente elettrica: condizioni per l'esistenza della corrente elettrica

La corrente elettrica viene solitamente considerata come un flusso di elettroni. Quando le due estremità di una batteria sono collegate tra loro tramite un filo metallico, questa massa carica passa attraverso il filo da un'estremità (elettrodo o polo) della batteria all'altra. Quindi, chiamiamo le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica:

Particelle cariche.
Conduttore.
Generatore di tensione.

Tuttavia, non tutto è così semplice. Quali condizioni sono necessarie per l'esistenza della corrente elettrica? A questa domanda si può rispondere in modo più dettagliato considerando le seguenti caratteristiche:

Differenza di potenziale (tensione). Questa è una delle condizioni obbligatorie. Deve esserci una differenza di potenziale tra i 2 punti, il che significa che la forza repulsiva creata dalle particelle cariche in un punto deve essere maggiore della loro forza in un altro punto. Le fonti di tensione, di regola, non si trovano in natura e gli elettroni sono distribuiti in modo abbastanza uniforme nell'ambiente. Tuttavia, gli scienziati sono riusciti a inventare alcuni tipi di dispositivi in cui queste particelle cariche possono accumularsi, creando così la tensione necessaria (ad esempio, nelle batterie).
Resistenza elettrica (conduttore). Questa è la seconda condizione importante necessaria per l'esistenza della corrente elettrica. Questo è il percorso lungo il quale viaggiano le particelle cariche. Solo quei materiali che consentono agli elettroni di muoversi liberamente fungono da conduttori. Coloro che non hanno questa capacità sono chiamati isolanti. Ad esempio un filo metallico sarà un ottimo conduttore, mentre la sua guaina in gomma sarà un ottimo isolante.

Dopo aver studiato attentamente le condizioni per l'emergere e l'esistenza della corrente elettrica, le persone sono state in grado di domare questo elemento potente e pericoloso e dirigerlo a beneficio dell'umanità.

Prima di tutto, vale la pena scoprire cos'è la corrente elettrica. La corrente elettrica è il movimento ordinato di particelle cariche in un conduttore. Affinché possa sorgere, è necessario prima creare un campo elettrico, sotto l'influenza del quale le suddette particelle cariche inizieranno a muoversi.

La prima conoscenza dell'elettricità, molti secoli fa, riguardava le “cariche” elettriche prodotte per attrito. Già nell'antichità si sapeva che l'ambra, strofinata con la lana, acquisiva la capacità di attrarre oggetti leggeri. Ma solo alla fine del XVI secolo il medico inglese Gilbert studiò in dettaglio questo fenomeno e scoprì che molte altre sostanze avevano esattamente le stesse proprietà. Corpi che, come l'ambra, dopo lo sfregamento, possono attrarre oggetti leggeri, li chiamava elettrizzati. Questa parola deriva dal greco elettrone - "ambra". Attualmente diciamo che i corpi in questo stato hanno cariche elettriche, e i corpi stessi sono chiamati “carichi”.

Le cariche elettriche si formano sempre quando diverse sostanze entrano in stretto contatto. Se i corpi sono solidi, il loro stretto contatto è impedito da sporgenze e irregolarità microscopiche presenti sulla loro superficie. Comprimendo tali corpi e sfregandoli l'uno contro l'altro, uniamo le loro superfici, che senza pressione si toccherebbero solo in pochi punti. In alcuni corpi le cariche elettriche possono muoversi liberamente tra le diverse parti, ma in altri ciò è impossibile. Nel primo caso, i corpi sono chiamati "conduttori" e nel secondo "dielettrici o isolanti". I conduttori sono tutti i metalli, soluzioni acquose di sali e acidi, ecc. Esempi di isolanti sono ambra, quarzo, ebanite e tutti i gas presenti in condizioni normali.

Tuttavia va notato che la divisione dei corpi in conduttori e dielettrici è molto arbitraria. Tutte le sostanze conducono l'elettricità in misura maggiore o minore. Le cariche elettriche sono positive e negative. Questo tipo di corrente non durerà a lungo, perché il corpo elettrizzato si scaricherà. Perché la corrente elettrica continui ad esistere in un conduttore è necessario mantenere un campo elettrico. Per questi scopi vengono utilizzate fonti di corrente elettrica. Il caso più semplice in cui si verifica la corrente elettrica è quando un'estremità del filo è collegata a un corpo elettrizzato e l'altra a terra.

I circuiti elettrici che forniscono corrente alle lampadine e ai motori elettrici apparvero solo con l'invenzione delle batterie, avvenuta intorno al 1800. Successivamente, lo sviluppo della dottrina dell'elettricità fu così rapido che in meno di un secolo divenne non solo una parte della fisica, ma costituì la base di una nuova civiltà elettrica.

Quantità fondamentali di corrente elettrica

Quantità di elettricità e corrente. Gli effetti della corrente elettrica possono essere forti o deboli. L'intensità della corrente elettrica dipende dalla quantità di carica che fluisce attraverso il circuito in una determinata unità di tempo. Maggiore è il numero di elettroni spostati da un polo all'altro della sorgente, maggiore è la carica totale trasferita dagli elettroni. Questa carica netta è chiamata la quantità di elettricità che passa attraverso un conduttore.

In particolare, l'effetto chimico della corrente elettrica dipende dalla quantità di elettricità, cioè maggiore è la carica che passa attraverso la soluzione elettrolitica, maggiore sarà la sostanza depositata sul catodo e sull'anodo. A questo proposito, la quantità di elettricità può essere calcolata pesando la massa della sostanza depositata sull'elettrodo e conoscendo la massa e la carica di uno ione di tale sostanza.

L'intensità della corrente è una quantità pari al rapporto tra la carica elettrica che passa attraverso la sezione trasversale del conduttore e il tempo del suo flusso. L'unità di carica è il coulomb (C), il tempo si misura in secondi (s). In questo caso l'unità di corrente è espressa in C/s. Questa unità è chiamata ampere (A). Per misurare la corrente in un circuito viene utilizzato uno strumento di misura elettrico chiamato amperometro. Per l'inclusione nel circuito, l'amperometro è dotato di due terminali. È collegato in serie al circuito.

Tensione elettrica. Sappiamo già che la corrente elettrica è il movimento ordinato di particelle cariche: gli elettroni. Questo movimento viene creato utilizzando un campo elettrico, che compie una certa quantità di lavoro. Questo fenomeno è chiamato lavoro della corrente elettrica. Per spostare più carica attraverso un circuito elettrico in 1 s, il campo elettrico deve compiere più lavoro. Sulla base di ciò, risulta che il lavoro della corrente elettrica dovrebbe dipendere dalla forza della corrente. Ma c'è un altro valore da cui dipende il lavoro della corrente. Questa quantità è chiamata tensione.

La tensione è il rapporto tra il lavoro compiuto dalla corrente in una determinata sezione di un circuito elettrico e la carica che scorre attraverso la stessa sezione del circuito. Il lavoro attuale è misurato in joule (J), la carica - in coulomb (C). A questo proposito l’unità di misura della tensione diventerà 1 J/C. Questa unità era chiamata volt (V).

Affinché si crei tensione in un circuito elettrico, è necessaria una fonte di corrente. Quando il circuito è aperto, la tensione è presente solo ai terminali della sorgente di corrente. Se questa sorgente di corrente è inclusa nel circuito, la tensione si presenterà anche nelle singole sezioni del circuito. A questo proposito, apparirà una corrente nel circuito. Cioè, possiamo dire brevemente quanto segue: se non c'è tensione nel circuito, non c'è corrente. Per misurare la tensione viene utilizzato uno strumento di misura elettrico chiamato voltmetro. Nell'aspetto assomiglia all'amperometro menzionato prima, con l'unica differenza che sulla scala del voltmetro è scritta la lettera V (invece che sull'amperometro). Il voltmetro ha due terminali, con l'aiuto dei quali è collegato in parallelo al circuito elettrico.

Resistenza elettrica. Dopo aver collegato diversi conduttori e un amperometro al circuito elettrico, puoi notare che quando si utilizzano conduttori diversi, l'amperometro fornisce letture diverse, cioè in questo caso l'intensità di corrente disponibile nel circuito elettrico è diversa. Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che diversi conduttori hanno una diversa resistenza elettrica, che è una grandezza fisica. Si chiamava Ohm in onore del fisico tedesco. Di norma, in fisica vengono utilizzate unità più grandi: kilo-ohm, mega-ohm, ecc. La resistenza di un conduttore è solitamente indicata con la lettera R, la lunghezza del conduttore è L e l'area della sezione trasversale è S In questo caso la resistenza può essere scritta come una formula:

R = r * L/S

dove il coefficiente p è chiamato resistività. Questo coefficiente esprime la resistenza di un conduttore lungo 1 m con una sezione pari a 1 m2. La resistenza specifica è espressa in Ohm x M. Poiché i fili, di regola, hanno una sezione trasversale piuttosto piccola, le loro aree sono solitamente espresse in millimetri quadrati. In questo caso l'unità di resistività sarà Ohm x mm2/m. Nella tabella seguente. La Figura 1 mostra le resistività di alcuni materiali.

*Tabella 1. Resistività elettrica di alcuni materiali*
Materiale	p, Ohm x m2/m	Materiale	p, Ohm x m2/m
Rame	0,017	Lega di platino-iridio	0,25
Oro	0,024	Grafite	13
Ottone	0,071	Carbone	40
Lattina	0,12	Porcellana	1019
Guida	0,21	Ebanite	1020
Metallo o lega
Argento	0,016	Manganina (lega)	0,43
Alluminio	0,028	Costantana (lega)	0,50
Tungsteno	0,055	Mercurio	0,96
Ferro	0,1	Nicromo (lega)	1,1
Nichel (lega)	0,40	Fechral (lega)	1,3
Nichel (lega)	0,40	Chromel (lega)	1,5

Secondo la tabella. 1 diventa chiaro che il rame ha la resistività elettrica più bassa e la lega metallica quella più alta. Inoltre, i dielettrici (isolanti) hanno un'elevata resistività.

Capacità elettrica. Sappiamo già che due conduttori isolati tra loro possono accumulare cariche elettriche. Questo fenomeno è caratterizzato da una grandezza fisica chiamata capacità elettrica. La capacità elettrica di due conduttori non è altro che il rapporto tra la carica di uno di essi e la differenza di potenziale tra questo conduttore e quello vicino. Quanto più bassa è la tensione quando i conduttori ricevono una carica, tanto maggiore è la loro capacità. L'unità di capacità elettrica è il farad (F). In pratica si utilizzano frazioni di questa unità: microfarad (μF) e picofarad (pF).

Se prendi due conduttori isolati tra loro e li metti a breve distanza l'uno dall'altro, otterrai un condensatore. La capacità di un condensatore dipende dallo spessore delle sue armature, dallo spessore del dielettrico e dalla sua permeabilità. Riducendo lo spessore del dielettrico tra le armature del condensatore, la capacità di quest'ultimo può essere notevolmente aumentata. Su tutti i condensatori, oltre alla loro capacità, deve essere indicata la tensione per la quale questi dispositivi sono progettati.

Lavoro e potenza della corrente elettrica. Da quanto sopra è chiaro che la corrente elettrica fa del lavoro. Quando si collegano i motori elettrici, la corrente elettrica fa funzionare tutti i tipi di apparecchiature, muove i treni lungo le rotaie, illumina le strade, riscalda le case e produce anche un effetto chimico, cioè consente l'elettrolisi, ecc. Possiamo dire che il lavoro svolto dalla corrente su una determinata sezione del circuito è uguale alla corrente, alla tensione e al tempo del prodotto durante il quale è stato eseguito il lavoro. Il lavoro si misura in joule, la tensione in volt, la corrente in ampere, il tempo in secondi. A questo proposito, 1 J = 1B x 1A x 1s. Da ciò risulta che per misurare il lavoro della corrente elettrica è necessario utilizzare tre strumenti contemporaneamente: un amperometro, un voltmetro e un orologio. Ma questo è macchinoso e inefficace. Pertanto, solitamente, il lavoro della corrente elettrica viene misurato con contatori elettrici. Questo dispositivo contiene tutti i dispositivi di cui sopra.

La potenza della corrente elettrica è uguale al rapporto tra il lavoro della corrente e il tempo durante il quale è stato eseguito. La potenza è indicata dalla lettera “P” ed è espressa in watt (W). In pratica vengono utilizzati kilowatt, megawatt, ettowatt, ecc .. Per misurare la potenza del circuito è necessario prendere un wattmetro. Gli ingegneri elettrici esprimono il lavoro della corrente in kilowattora (kWh).

Leggi fondamentali della corrente elettrica

Legge di Ohm. La tensione e la corrente sono considerate le caratteristiche più utili dei circuiti elettrici. Una delle caratteristiche principali dell'uso dell'elettricità è il rapido trasporto dell'energia da un luogo all'altro e il suo trasferimento al consumatore nella forma richiesta. Dal prodotto della differenza di potenziale per la corrente si ottiene la potenza, ovvero la quantità di energia ceduta nel circuito per unità di tempo. Come accennato in precedenza, per misurare la potenza in un circuito elettrico sarebbero necessari 3 dispositivi. È possibile cavarsela con uno solo e calcolare la potenza dalle sue letture e da alcune caratteristiche del circuito, come la sua resistenza? A molte persone è piaciuta questa idea e l’hanno trovata fruttuosa.

Allora qual è la resistenza di un filo o di un circuito nel suo insieme? Un filo, come i tubi dell'acqua o i tubi del sistema di vuoto, ha una proprietà permanente che potrebbe essere chiamata resistenza? Ad esempio, nei tubi, il rapporto tra la differenza di pressione che produce il flusso diviso per la portata è solitamente una caratteristica costante del tubo. Allo stesso modo, il flusso di calore in un filo è governato da una semplice relazione che coinvolge la differenza di temperatura, l’area della sezione trasversale del filo e la sua lunghezza. La scoperta di tale relazione per i circuiti elettrici è stata il risultato di una ricerca riuscita.

Negli anni '20 dell'Ottocento, l'insegnante tedesco Georg Ohm fu il primo a iniziare a cercare la relazione di cui sopra. Prima di tutto, ha cercato fama e fama, che gli avrebbero permesso di insegnare all'università. Ecco perché ha scelto un settore di ricerca che prometteva vantaggi speciali.

Om era figlio di un meccanico, quindi sapeva come disegnare fili metallici di diversi spessori, di cui aveva bisogno per gli esperimenti. Poiché a quei tempi era impossibile acquistare un filo adatto, Om lo costruì lui stesso. Durante i suoi esperimenti, ha provato diverse lunghezze, diversi spessori, diversi metalli e persino diverse temperature. Ha variato tutti questi fattori uno per uno. Ai tempi di Ohm, le batterie erano ancora deboli e producevano corrente incoerente. A questo proposito, il ricercatore ha utilizzato come generatore una termocoppia, la cui giunzione calda è stata posta in una fiamma. Inoltre, usò un rozzo amperometro magnetico e misurò le differenze di potenziale (Ohm le chiamava “tensioni”) modificando la temperatura o il numero di giunzioni termiche.

Lo studio dei circuiti elettrici ha appena iniziato a svilupparsi. Dopo che le batterie furono inventate intorno al 1800, iniziarono a svilupparsi molto più velocemente. Sono stati progettati e fabbricati vari dispositivi (molto spesso a mano), sono state scoperte nuove leggi, sono comparsi concetti e termini, ecc. Tutto ciò ha portato ad una comprensione più profonda dei fenomeni e dei fattori elettrici.

L'aggiornamento delle conoscenze sull'elettricità, da un lato, divenne la ragione per l'emergere di un nuovo campo della fisica, dall'altro fu la base per il rapido sviluppo dell'ingegneria elettrica, ad es. batterie, generatori, sistemi di alimentazione per l'illuminazione e furono inventati l'azionamento elettrico, i forni elettrici, i motori elettrici, ecc., Altro.

Le scoperte di Ohm furono di grande importanza sia per lo sviluppo dello studio dell'elettricità che per lo sviluppo dell'ingegneria elettrica applicata. Hanno permesso di prevedere facilmente le proprietà dei circuiti elettrici per la corrente continua e successivamente per la corrente alternata. Nel 1826 Ohm pubblicò un libro in cui esponeva conclusioni teoriche e risultati sperimentali. Ma le sue speranze non furono giustificate; il libro fu accolto con scherno. Ciò accadde perché il metodo della sperimentazione grossolana sembrava poco attraente in un’epoca in cui molti erano interessati alla filosofia.

Non aveva altra scelta che lasciare il suo posto di insegnante. Non ha ottenuto un incarico all'università per lo stesso motivo. Per 6 anni, lo scienziato ha vissuto in povertà, senza fiducia nel futuro, provando un sentimento di amara delusione.

Ma gradualmente le sue opere guadagnarono fama, prima fuori dalla Germania. Om era rispettato all'estero e traeva beneficio dalle sue ricerche. A questo proposito, i suoi connazionali furono costretti a riconoscerlo in patria. Nel 1849 ottenne una cattedra presso l'Università di Monaco.

Ohm scoprì una semplice legge che stabilisce la relazione tra corrente e tensione per un pezzo di filo (per una parte di un circuito, per l'intero circuito). Inoltre, ha compilato regole che ti consentono di determinare cosa cambierà se prendi un filo di dimensioni diverse. La legge di Ohm è formulata come segue: l'intensità della corrente in una sezione di un circuito è direttamente proporzionale alla tensione in questa sezione e inversamente proporzionale alla resistenza della sezione.

Legge di Joule-Lenz. La corrente elettrica in qualsiasi parte del circuito compie del lavoro. Ad esempio, prendiamo qualsiasi sezione del circuito tra le cui estremità è presente una tensione (U). Per definizione di tensione elettrica, il lavoro svolto quando si sposta un'unità di carica tra due punti è uguale a U. Se l'intensità della corrente in una data sezione del circuito è uguale a i, allora nel tempo t la carica passerà, e quindi il lavoro della corrente elettrica in questa sezione sarà:

A = Uit

Questa espressione è valida comunque per la corrente continua, per qualsiasi sezione del circuito, che può contenere conduttori, motori elettrici, ecc. La potenza attuale, cioè il lavoro nell'unità di tempo, è pari a:

P = A/t = Ui

Questa formula viene utilizzata nel sistema SI per determinare l'unità di tensione.

Supponiamo che la sezione del circuito sia un conduttore stazionario. In questo caso, tutto il lavoro si trasformerà in calore, che verrà rilasciato in questo conduttore. Se il conduttore è omogeneo e obbedisce alla legge di Ohm (questo include tutti i metalli e gli elettroliti), allora:

U = ir

dove r è la resistenza del conduttore. In questo caso:

A = rt2i

Questa legge fu dedotta sperimentalmente per la prima volta da E. Lenz e, indipendentemente da lui, da Joule.

Va notato che i conduttori riscaldanti hanno numerose applicazioni nella tecnologia. Le più comuni e importanti tra queste sono le lampade a incandescenza.

Legge dell'induzione elettromagnetica. Nella prima metà del XIX secolo, il fisico inglese M. Faraday scoprì il fenomeno dell'induzione magnetica. Questo fatto, essendo diventato proprietà di molti ricercatori, ha dato un forte impulso allo sviluppo dell'ingegneria elettrica e radio.

Nel corso degli esperimenti, Faraday ha scoperto che quando cambia il numero di linee di induzione magnetica che penetrano in una superficie delimitata da un circuito chiuso, al suo interno si forma una corrente elettrica. Questa è la base della legge forse più importante della fisica: la legge dell'induzione elettromagnetica. La corrente che si verifica nel circuito è chiamata induzione. A causa del fatto che la corrente elettrica si forma nel circuito solo quando le cariche libere sono esposte a forze esterne, quindi con un flusso magnetico variabile che passa lungo la superficie di un circuito chiuso, queste stesse forze esterne compaiono in esso. L'azione delle forze esterne in fisica è chiamata forza elettromotrice o fem indotta.

L'induzione elettromagnetica appare anche nei conduttori aperti. Quando un conduttore attraversa le linee di forza magnetiche, alle sue estremità appare la tensione. La ragione della comparsa di tale tensione è la fem indotta. Se il flusso magnetico che passa attraverso un circuito chiuso non cambia, non appare alcuna corrente indotta.

Usando il concetto di "fem di induzione", possiamo parlare della legge dell'induzione elettromagnetica, cioè la fem di induzione in un circuito chiuso è uguale in grandezza alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito.

Regola di Lenz. Come già sappiamo, in un conduttore si forma una corrente indotta. A seconda delle condizioni del suo aspetto, ha una direzione diversa. In questa occasione, il fisico russo Lenz formulò la seguente regola: la corrente indotta che si forma in un circuito chiuso ha sempre una direzione tale che il campo magnetico da essa creato non consente al flusso magnetico di cambiare. Tutto ciò provoca la comparsa di una corrente di induzione.

La corrente di induzione, come qualsiasi altra, ha energia. Ciò significa che in caso di corrente di induzione appare energia elettrica. Secondo la legge di conservazione e trasformazione dell'energia, l'energia sopra menzionata può derivare solo dalla quantità di energia di qualche altro tipo di energia. Pertanto, la regola di Lenz corrisponde pienamente alla legge di conservazione e trasformazione dell'energia.

Oltre all'induzione, nella bobina può verificarsi la cosiddetta autoinduzione. La sua essenza è la seguente. Se si forma una corrente nella bobina o la sua intensità cambia, appare un campo magnetico variabile. E se il flusso magnetico che passa attraverso la bobina cambia, in essa appare una forza elettromotrice, chiamata fem di autoinduzione.

Secondo la regola di Lenz, la fem autoinduttiva quando si chiude un circuito interferisce con l'intensità della corrente e ne impedisce l'aumento. Quando il circuito è spento, la fem autoinduttiva riduce la forza attuale. Nel caso in cui l'intensità della corrente nella bobina raggiunga un certo valore, il campo magnetico smette di cambiare e la fem di autoinduzione diventa zero.

L'induzione elettromagnetica fu scoperta da Michael Faraday il 29 agosto 1831. Scoprì che la forza elettromotrice che si forma in un circuito conduttore chiuso è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata da questo circuito. L'entità della forza elettromotrice (EMF) non dipende da ciò che causa il cambiamento di flusso: un cambiamento nel campo magnetico stesso o il movimento del circuito (o parte di esso) nel campo magnetico. La corrente elettrica causata da questa fem è chiamata corrente indotta.

Essendo istantanee, scomparendo istantaneamente dopo la loro comparsa, le correnti induttive non avrebbero alcun significato pratico se Faraday non avesse trovato il modo, con l'aiuto di un dispositivo ingegnoso (un commutatore), di interrompere costantemente e condurre nuovamente la corrente primaria proveniente dalla batteria lungo il primo filo, grazie al quale il secondo filo viene continuamente eccitato da sempre nuove correnti induttive, diventando così costanti. Pertanto, è stata trovata una nuova fonte di energia elettrica, oltre a quelle precedentemente conosciute (attrito e processi chimici), - l'induzione, e un nuovo tipo di questa energia - l'elettricità induttiva.

IN 1820 Hans Christian Oersted mostrò che la corrente elettrica che scorre attraverso il circuito fa deviare l'ago magnetico. Se la corrente elettrica genera magnetismo, la comparsa della corrente elettrica deve essere associata al magnetismo. Questo pensiero catturò lo scienziato inglese M. Faraday. "Converti il magnetismo in elettricità", scrisse nel suo diario nel 1822. Per molti anni ha condotto con insistenza vari esperimenti, ma senza alcun risultato e solo 29 agosto 1831 arrivò il trionfo: scoprì il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. L'allestimento in cui Faraday fece la sua scoperta prevedeva che Faraday realizzasse un anello di ferro dolce di circa 2 cm di larghezza e 15 cm di diametro e avvolgesse molti giri di filo di rame su ciascuna metà dell'anello. Il circuito di un avvolgimento era chiuso da un filo, alle sue spire c'era un ago magnetico, sufficientemente rimosso in modo che l'effetto del magnetismo creato nell'anello non influisse. La corrente proveniente da una batteria di celle galvaniche veniva fatta passare attraverso il secondo avvolgimento. Quando si accendeva la corrente, l'ago magnetico faceva diverse oscillazioni e si calmava; quando la corrente veniva interrotta, l'ago oscillava nuovamente. Si è scoperto che l'ago deviava in una direzione quando la corrente veniva attivata e nell'altra quando la corrente veniva interrotta. M. Faraday ha stabilito che è possibile “convertire il magnetismo in elettricità” utilizzando un normale magnete.

Le LINEE DI CAMPO sono linee tracciate in qualsiasi campo di forza ( cm. CAMPO DI FORZA) (elettrico, magnetico, gravitazionale), le tangenti alle quali in ciascun punto del campo coincidono in direzione con il vettore che caratterizza il campo dato (vettore forza( cm. INTENSIONE DEL CAMPO ELETTRICO) campi elettrici o gravitazionali, vettore di induzione magnetica ( cm. INDUZIONE MAGNETICA)). Le linee di forza sono solo un modo visivo per rappresentare i campi di forza. Per la prima volta, il concetto di “linee di forza” per i campi elettrici e magnetici fu introdotto da M. Faraday ( cm. FARADAY Michele).
Poiché l'intensità del campo e l'induzione magnetica sono funzioni inequivocabili di un punto, solo una linea di campo può passare attraverso ogni punto nello spazio. La densità delle linee di campo viene solitamente scelta in modo che il numero di linee di campo che attraversano un'area unitaria perpendicolare alle linee di campo sia proporzionale all'intensità del campo (o induzione magnetica) su quest'area. Pertanto, le linee di campo forniscono un’immagine visiva della distribuzione del campo nello spazio, caratterizzando l’entità e la direzione dell’intensità del campo.
Linee del campo elettrostatico ( cm. CAMPO ELETTROSTATICO) sono sempre aperti: iniziano con cariche positive e finiscono con cariche negative (o vanno all'infinito). Le linee del campo non si intersecano da nessuna parte, poiché in ogni punto del campo la sua intensità ha un unico valore e una certa direzione. La densità delle linee di campo è maggiore in prossimità di corpi carichi, dove l'intensità del campo è maggiore.
Le linee del campo elettrico nello spazio tra due cariche positive divergono; è possibile specificare un punto neutro in cui i campi di forze repulsive di entrambe le cariche si annullano a vicenda.
Le linee di campo di una singola carica sono rette radiali che divergono dalla carica in raggi, come le linee di forza del campo gravitazionale di un punto materiale o di una palla. Quanto più ci si allontana dalla carica, tanto meno dense saranno le linee: ciò dimostra l'indebolimento del campo con l'aumentare della distanza.
Le linee di campo provenienti da un conduttore carico di forma irregolare diventano più dense in prossimità di qualsiasi sporgenza o punta; vicino a concavità o cavità, la densità delle linee di campo diminuisce.
Se le linee di campo partono da una punta carica positivamente situata vicino a un conduttore piatto carico negativamente, allora si condensano attorno alla punta, dove il campo è molto forte, e divergono in un'ampia area vicino al piano su cui terminano, entrando nel piano perpendicolarmente .
Il campo elettrico nello spazio tra piastre cariche parallele è uniforme. Le linee di tensione in un campo elettrico uniforme sono parallele tra loro.
Se una particella, ad esempio un elettrone, entra in un campo di forza, sotto l'influenza del campo di forza acquisisce accelerazione e la direzione del suo movimento non può seguire esattamente la direzione delle linee di forza, si muoverà nella direzione di il vettore della quantità di moto.
Un campo magnetico ( cm. UN CAMPO MAGNETICO) caratterizzano le linee di induzione magnetica, in qualsiasi punto delle quali il vettore di induzione magnetica è diretto tangenzialmente.
Le linee di induzione magnetica del campo magnetico di un conduttore rettilineo con corrente sono cerchi che giacciono su piani perpendicolari al conduttore. I centri del cerchio sono sull'asse del conduttore. Le linee di campo del vettore di induzione magnetica sono sempre chiuse, cioè il campo magnetico è un vortice. La limatura di ferro posta in un campo magnetico è allineata lungo le linee di forza; Grazie a ciò è possibile determinare sperimentalmente il tipo di linee del campo di induzione magnetica. Anche il campo elettrico a vortice generato da un campo magnetico variabile ha linee di forza chiuse.

Maxwell gettò le basi del moderno elettrodinamica classica (Le equazioni di Maxwell), ha introdotto i concetti nella fisica corrente di polarizzazione E campo elettromagnetico, ha ricevuto una serie di conseguenze dalla sua teoria (previsione onde elettromagnetiche, natura elettromagnetica Sveta, leggera pressione e altri). È uno dei fondatori teoria cinetica dei gas, stabilì la distribuzione delle molecole di gas in base alla velocità ( Distribuzione di Maxwell). Maxwell fu uno dei primi a introdurre concetti statistici nella fisica e ne mostrò la natura statistica seconda legge della termodinamica(« Il demone di Maxwell"), ha ottenuto una serie di importanti risultati fisica molecolare E termodinamica(Relazioni termodinamiche di Maxwell, regola di Maxwell per la transizione di fase liquido-gas e altre). È un pioniere della teoria quantitativa del colore, autore del principio fotografia a colori. Gli altri lavori di Maxwell includono studi sulla sostenibilità Gli anelli di Saturno, teoria dell'elasticità e meccanica ( fotoelasticità, teorema di Maxwell), ottica, matematica. Ha preparato manoscritti di opere per la pubblicazione Henry Cavendish, ha prestato molta attenzione divulgazione della scienza, progettò una serie di strumenti scientifici.

Conferma sperimentale di Hertz della teoria di Maxwell
La prima conferma sperimentale della teoria elettromagnetica di Maxwell fu data negli esperimenti di G. Hertz nel 1887, otto anni dopo la morte di Maxwell. Per produrre onde elettromagnetiche, Hertz utilizzò un dispositivo costituito da due aste separate da uno spinterometro (vibratore Hertz). Ad una certa differenza di potenziale, nello spazio tra loro è apparsa una scintilla: una scarica ad alta frequenza, sono state eccitate oscillazioni di corrente ed è stata emessa un'onda elettromagnetica. Per ricevere le onde, Hertz usò un risonatore: un circuito rettangolare con uno spazio vuoto, alle estremità del quale erano attaccate piccole sfere di rame.
Sperimentalmente è stato possibile misurare anche la velocità delle onde elettromagnetiche, che risultò essere pari alla velocità della luce nel vuoto. Questi risultati sono una delle prove più convincenti della correttezza della teoria elettromagnetica di Maxwell, secondo la quale la luce è un'onda elettromagnetica.

№29????

1 Postulato o principio di relatività di Einstein: tutte le leggi della natura sono invarianti rispetto a tutti i sistemi di riferimento inerziali. Tutti i fenomeni fisici, chimici e biologici si verificano ugualmente in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

Postulato o principio della costanza della velocità della luce: la velocità della luce nel vuoto è costante e la stessa rispetto a qualsiasi sistema di riferimento inerziale. Non dipende né dalla velocità della sorgente luminosa né dalla velocità del suo ricevitore. Nessun oggetto materiale può muoversi più velocemente della luce nel vuoto. Inoltre, pi una particella di materia, cioè una particella con massa a riposo diversa da zero non può raggiungere la velocità della luce nel vuoto; solo le particelle di campo possono muoversi a tale velocità, cioè particelle con massa a riposo pari a zero.

Lo spazio-tempo (continuo spazio-temporale) è un modello fisico che integra lo spazio con una dimensione temporale uguale e, quindi, crea un costrutto teorico-fisico chiamato continuum spazio-temporale.

Secondo la teoria della relatività, l'Universo ha tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale, e tutte e quattro le dimensioni sono organicamente collegate in un unico insieme, essendo quasi uguali e (entro certi limiti, vedi note sotto) capaci di trasformarsi l'una nell'altra quando l'osservatore cambia il conto alla rovescia del sistema.

Nell'ambito della teoria generale della relatività, lo spazio-tempo ha un'unica natura dinamica e la sua interazione con tutti gli altri oggetti fisici (corpi, campi) è la gravità. Pertanto, la teoria della gravità nel quadro della Relatività Generale è una teoria dello spazio-tempo (che in essa si presume non sia piatto, ma capace di cambiare dinamicamente la sua curvatura).

Lo spaziotempo è continuo e, da un punto di vista matematico, una varietà, solitamente dotata di una metrica di Lorentz.

Test 11-1 (induzione elettromagnetica)

opzione 1

1. Chi ha scoperto il fenomeno dell'induzione elettromagnetica?

UN. X. Oersted. B. Sh. Ciondolo. V. A. Volta. GA Ampere. DM Faraday. E . D. Maxwell.

2. I conduttori della bobina di filo di rame sono collegati a un galvanometro sensibile. In quale dei seguenti esperimenti il galvanometro rileverà la presenza di una fem di induzione elettromagnetica nella bobina?

Un magnete permanente viene rimosso dalla bobina.

Un magnete permanente ruota attorno al proprio asse longitudinale all'interno della bobina.

A. Solo nel caso 1. B. Solo nel caso 2. C. Solo nel caso 3. D. Nei casi 1 e 2. E. Nei casi 1, 2 e 3.

3.Come si chiama la grandezza fisica pari al prodotto del modulo B dell'induzione del campo magnetico per l'area S della superficie penetrata dal campo magnetico e il coseno
angolo a tra il vettore B di induzione e la normale n a questa superficie?

A. Induttanza. B. Flusso magnetico. B. Induzione magnetica. D. Autoinduzione. D. Energia del campo magnetico.

4. Quale delle seguenti espressioni determina la fem indotta in un circuito chiuso?

UN. B. IN. G. D.

5. Quando una striscia magnetica viene spinta dentro e fuori da un anello metallico, nell'anello si verifica una corrente indotta. Questa corrente crea un campo magnetico. Quale polo è rivolto al campo magnetico della corrente nell'anello verso: 1) il polo nord retrattile del magnete e 2) il polo nord retrattile del magnete.

6. Qual è il nome dell'unità di misura del flusso magnetico?

7. L'unità di misura di quale grandezza fisica è 1 Henry?

A. Induzione del campo magnetico. B. Capacità elettriche. B. Autoinduzione. D. Flusso magnetico. D. Induttanza.

8. Quale espressione determina la connessione tra il flusso magnetico attraverso un circuito e l'induttanza l circuito e intensità di corrente IO nel circuito?

UN. LI . B. . IN. LI ‘ . G. LI 2 . D.

9. Quale espressione determina la relazione tra la fem di autoinduzione e la forza attuale nella bobina?

UN. B . IN . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Le proprietà dei vari campi sono elencate di seguito. Quale di essi ha un campo elettrostatico?

Le linee di tensione non sono associate alle cariche elettriche.

Il campo ha energia.

Il campo non ha energia.

UN. 1, 4, 6. B. 1, 3, 5. IN. 1, 3, 6. G. 2, 3, 5. D. 2, 3, 6. E. 2, 4, 6.

11. Un circuito con un'area di 1000 cm 2 si trova in un campo magnetico uniforme con un'induzione di 0,5 T, l'angolo tra il vettore IN

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

12. Quale intensità di corrente in un circuito con un'induttanza di 5 mH crea un flusso magnetico 2· 10 -2 Wb?

R.4mA. B. 4 A.C. 250 A.D. 250 mA. D. 0,1 A. E. 0,1 mA.

13. Il flusso magnetico attraverso il circuito in 5 · 10 -2 s è diminuito uniformemente da 10 mWb a 0 mWb. Qual è il valore della FEM nel circuito in questo momento?

R.5 · 10 -4 V.B. 0,1 V.V. 0,2 V.G. 0,4 V.D. 1 V.E. 2 V.

14. Qual è il valore dell'energia del campo magnetico di una bobina con un'induttanza di 5 H quando la corrente al suo interno è di 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. Una bobina contenente n spire di filo è collegata a una sorgente di corrente continua con tensione U all'uscita. Qual è il valore massimo della fem autoinduttiva nella bobina quando la tensione ai suoi capi aumenta da 0 V a U IN?

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

16. Due lampade identiche sono collegate a un circuito sorgente CC, la prima in serie con un resistore, la seconda in serie con una bobina. In quale delle lampade (Fig. 1) l'intensità della corrente, quando l'interruttore K è chiuso, raggiungerà il suo valore massimo più tardi dell'altra?

R. Nel primo. B. Nel secondo. B. Nel primo e nel secondo contemporaneamente. D. Nel primo, se la resistenza del resistore è maggiore della resistenza della bobina. D. Nel secondo, se la resistenza della bobina è maggiore della resistenza del resistore.

17. Una bobina con un'induttanza di 2 H è collegata in parallelo con un resistore con una resistenza elettrica di 900 Ohm, la corrente nella bobina è 0,5 A, la resistenza elettrica della bobina è 100 Ohm. Quale carica elettrica scorrerà nel circuito della bobina e del resistore quando sono scollegati dalla fonte di corrente (Fig. 2)?

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

18. Un aereo vola ad una velocità di 900 km/h, il modulo della componente verticale del vettore di induzione del campo magnetico terrestre è 4 10 5 Tesla. Qual è la differenza di potenziale tra le estremità delle ali di un aereo se l'apertura alare è di 50 m?

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

19. Quale deve essere l'intensità di corrente nell'avvolgimento dell'indotto di un motore elettrico affinché una forza di 120 N agisca su una sezione dell'avvolgimento di 20 spire lunga 10 cm, situata perpendicolare al vettore di induzione in un campo magnetico con un'induzione di 1,5 Tesla?

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

20. Quale forza deve essere applicata a un ponticello metallico per muoverlo uniformemente alla velocità di 8 m/s lungo due conduttori paralleli posti a una distanza di 25 cm l'uno dall'altro in un campo magnetico uniforme con un'induzione di 2 Tesla? Il vettore induzione è perpendicolare al piano in cui si trovano le rotaie. I conduttori sono chiusi da un resistore con resistenza elettrica di 2 ohm.

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

Test 11-1 (induzione elettromagnetica)

opzione 2

1. Qual è il nome del fenomeno della presenza di corrente elettrica in un circuito chiuso quando cambia il flusso magnetico attraverso il circuito?

A. Induzione elettrostatica. B. Il fenomeno della magnetizzazione. B. Forza amperometrica. Forza di G. Lorentz. D. Elettrolisi. E. Induzione elettromagnetica.

Nella bobina è inserito un magnete permanente.

La bobina è posizionata su un magnete.

3) La bobina ruota attorno ad un magnete situato
dentro di lei.

A. Nei casi 1, 2 e 3. B. Nei casi 1 e 2. C. Solo nel caso 1. D. Solo nel caso 2. E. Solo nel caso 3.

3. Quale delle seguenti espressioni determina il flusso magnetico?

UN. BScosα. B. . IN. qvBsinα. G. qvBI. D. IBLsina .

4. Cosa esprime la seguente affermazione: la fem indotta in un circuito chiuso è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito?

A. La legge dell'induzione elettromagnetica. Regola di B. Lenz. B. Legge di Ohm per un circuito completo. D. Il fenomeno dell'autoinduzione. D. Legge dell'elettrolisi.

5. Quando una striscia magnetica viene spinta dentro e fuori da un anello metallico, nell'anello si verifica una corrente indotta. Questa corrente crea un campo magnetico. Quale polo è rivolto al campo magnetico della corrente nell'anello verso: 1) il polo sud retrattile del magnete e 2) il polo sud retrattile del magnete.

A. 1 - settentrionale, 2 - settentrionale. B. 1 - meridionale, 2 - meridionale.

B. 1 - meridionale, 2 - settentrionale. G. 1 - settentrionale, 2 - meridionale.

6. L'unità di misura di quale grandezza fisica è 1 Weber?

A. Induzione del campo magnetico. B. Capacità elettriche. B. Autoinduzione. D. Flusso magnetico. D. Induttanza.

7. Qual è il nome dell'unità di misura dell'induttanza?

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

8. Quale espressione determina la relazione tra l'energia del flusso magnetico nel circuito e l'induttanza l circuito e intensità di corrente IO nel circuito?

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

9.Qual è la quantità fisica X è determinato dall'espressione x= per una bobina di P giri .

A. Fem. di induzione. B. Flusso magnetico. B. Induttanza. D. Campi elettromagnetici di autoinduzione. D. Energia del campo magnetico. E. Induzione magnetica.

10. Le proprietà dei vari campi sono elencate di seguito. Quale di questi ha un campo elettrico di induzione a vortice?

Le linee di tensione sono necessariamente associate alle cariche elettriche.

Le linee di tensione non sono associate alle cariche elettriche.

Il campo ha energia.

Il campo non ha energia.

Il lavoro compiuto dalle forze per spostare una carica elettrica lungo un percorso chiuso potrebbe non essere uguale a zero.

Il lavoro compiuto dalle forze per spostare una carica elettrica lungo un percorso chiuso è zero.

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. Un circuito con un'area di 200 cm 2 si trova in un campo magnetico uniforme con un'induzione di 0,5 T, l'angolo tra il vettore IN induzione e una normale alla superficie del contorno di 60°. Qual è il flusso magnetico attraverso la spira?

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

12. Una corrente di 4 A crea nel circuito un flusso magnetico di 20 mWb Qual è l'induttanza del circuito?

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

13. Il flusso magnetico attraverso il circuito in 0,5 s è diminuito uniformemente da 10 mWb a 0 mWb. Qual è il valore della FEM nel circuito in questo momento?

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

14. Qual è il valore dell'energia del campo magnetico di una bobina con un'induttanza di 500 mH quando la corrente al suo interno è 4 A?

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

15. Bobina contenente P giri di filo, collegati a una sorgente CC con tensione U in uscita. Qual è il valore massimo della fem autoinduttiva nella bobina quando la tensione ai suoi capi diminuisce U V a 0 V?

UN. U V.B. nU V.V. U / N V.G. Forse molte volte di più U , dipende dalla velocità di variazione della corrente e dall'induttanza della bobina.

16. Nel circuito elettrico mostrato nella Figura 1, ci sono quattro tasti 1, 2, 3 E 4 Chiuso. L'apertura di quale delle quattro offrirà la migliore opportunità di rilevare il fenomeno dell'autoinduzione?

UN. 1. B. 2. V.3.G. 4. D. Uno qualsiasi dei quattro.

17. Una bobina con un'induttanza di 2 H è collegata in parallelo con un resistore con una resistenza elettrica di 100 Ohm, la corrente nella bobina è 0,5 A, la resistenza elettrica della bobina è 900 Ohm. Quale carica elettrica scorrerà nel circuito della bobina e del resistore quando sono scollegati dalla fonte di corrente (Fig. 2)?

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

18. Un aereo vola ad una velocità di 1800 km/h, il modulo della componente verticale del vettore di induzione del campo magnetico terrestre è 4 10 -5 Tesla. Qual è la differenza di potenziale tra le estremità delle ali di un aereo se l'apertura alare è di 25 m?

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

19. Cornice rettangolare con areaS Con elettro-shockIO collocato magnetico campo di induzioneIN . Qual è il momento della forza che agisce sul telaio se l'angolo tra il vettoreIN e la normale al frame è una?

UN. IBS peccato a. B. IBS. IN. IBS così a. G. IO 2 B.S. peccato a. D. IO 2 B.S. così a. .

opzione 2

L'induzione elettromagnetica fu scoperta da Michael Faraday nel 1831. Scoprì che la forza elettromotrice che si forma in un circuito conduttore chiuso è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata da questo circuito. L'entità dell'EMF non dipende dal fatto che la causa della variazione di flusso sia un cambiamento nel campo magnetico stesso o il movimento del circuito (o parte di esso) nel campo magnetico. La corrente elettrica causata da questa fem è chiamata corrente indotta.

Legge di Faraday Secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, la forza elettromotrice che agisce lungo un circuito scelto arbitrariamente Il segno meno nella formula riflette la regola di Lenz, dal nome del fisico russo E. H. Lenz: La corrente di induzione che si forma in un circuito conduttore chiuso ha la seguente direzione , che il campo magnetico creato contrasta la variazione del flusso magnetico che ha causato la corrente.

Flusso magnetico In un campo magnetico uniforme, l'entità del vettore di induzione è uguale a B, viene posizionato un circuito chiuso piatto di area S. La normale n al piano di contorno forma un angolo a con la direzione del vettore di induzione magnetica B ( vedere Fig. 1). Il flusso magnetico attraverso la superficie è la quantità Ф, determinata dalla relazione: Ф = В·S·cos a. L'unità di misura del flusso magnetico nel sistema SI è 1 Weber (1 Wb).

Fem di induzione in un conduttore in movimento Lasciamo che un conduttore di lunghezza L si muova con velocità V in un campo magnetico uniforme, attraversando linee di forza. Le cariche nel conduttore si muovono insieme al conduttore. Una carica che si muove in un campo magnetico è influenzata dalla forza di Lorentz. Gli elettroni liberi vengono spostati verso un'estremità del conduttore e le cariche positive non compensate rimangono all'altra estremità. Ne risulta una differenza di potenziale che rappresenta la fem ei indotta. Il suo valore può essere determinato calcolando il lavoro compiuto dalla forza di Lorentz quando si sposta una carica lungo un conduttore: ei = A/q = F·L/q. Ne consegue che ei = B·V·L·sin a.

Autoinduzione L'autoinduzione è un caso speciale di varie manifestazioni dell'induzione elettromagnetica. Consideriamo un circuito collegato a una sorgente di corrente (Fig. 6). Lungo il circuito scorre la corrente elettrica I. Questa corrente crea un campo magnetico nello spazio circostante. Di conseguenza, il circuito è attraversato dal proprio flusso magnetico F. Ovviamente, il proprio flusso magnetico è proporzionale alla corrente nel circuito che ha creato il campo magnetico: Ф = L·I. Il fattore di proporzionalità L è chiamato induttanza del circuito. L'induttanza dipende dalle dimensioni, dalla forma del conduttore e dalle proprietà magnetiche del mezzo. L'unità SI dell'induttanza è 1 Henry (H). Se cambia la corrente nel circuito, cambia anche il flusso magnetico intrinseco Fs. Una variazione del valore di Fs porta alla comparsa di una fem di induzione nel circuito. Questo fenomeno è chiamato autoinduzione e il valore corrispondente è l'emf eiс di autoinduzione. Dalla legge dell'induzione elettromagnetica segue che eiс = dФс/dt. Se L = cost, allora eiñ= - L·dI/dt.

Trasformatore Un trasformatore è un dispositivo elettromagnetico statico con due (o più) avvolgimenti, spesso progettato per convertire la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione. La conversione dell'energia in un trasformatore viene effettuata da un campo magnetico alternato. I trasformatori sono ampiamente utilizzati nella trasmissione di energia elettrica su lunghe distanze, distribuendola tra ricevitori, nonché in vari dispositivi di rettifica, amplificazione, segnalazione e altri.

Trasformatori di potenza I trasformatori di potenza convertono la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione per fornire elettricità ai consumatori. A seconda dello scopo, possono aumentare o diminuire. Nelle reti di distribuzione, di norma vengono utilizzati trasformatori step-down trifase a due avvolgimenti, che convertono tensioni di 6 e 10 kV in una tensione di 0,4 kV.

Trasformatore di corrente Un trasformatore di corrente è un dispositivo ausiliario in cui la corrente secondaria è praticamente proporzionale alla corrente primaria ed è progettato per collegare strumenti di misura e relè a circuiti elettrici a corrente alternata. I trasformatori di corrente vengono utilizzati per convertire la corrente di qualsiasi valore e tensione in una corrente conveniente per la misurazione con strumenti standard (5 A), per alimentare avvolgimenti di corrente di relè, dispositivi di disconnessione, nonché dispositivi di isolamento e relativo personale operativo dall'alta tensione.

Trasformatori di tensione per strumenti I trasformatori di tensione per strumenti sono trasformatori intermedi attraverso i quali gli strumenti di misura vengono accesi ad alta tensione. Grazie a ciò, gli strumenti di misura sono isolati dalla rete, il che rende possibile l'utilizzo di strumenti standard (con scala riclassificata) e espande così i limiti delle tensioni misurate. I trasformatori di tensione vengono utilizzati sia per misurare tensione, potenza, energia, sia per alimentare circuiti di automazione, allarmi e protezione relè delle linee elettriche da guasti verso terra. In alcuni casi, i trasformatori di tensione possono essere utilizzati come trasformatori di potenza step-down a bassa potenza o come trasformatori di prova step-up (per testare l'isolamento dei dispositivi elettrici)

Classificazione dei trasformatori di tensione I trasformatori di tensione differiscono: a) per il numero di fasi: monofase e trifase; b) in base al numero di avvolgimenti, a due e tre avvolgimenti; c) secondo la classe di precisione, cioè secondo i valori di errore ammessi; d) per metodo di raffreddamento, trasformatori con raffreddamento ad olio (olio), con raffreddamento ad aria naturale (a secco e con isolamento in ghisa); e) per tipologia di installazione per installazione interna, per installazione esterna e per quadro completo (quadri)

Classificazione dei trasformatori di corrente I trasformatori di corrente sono classificati in base a vari criteri: 1. In base al loro scopo, i trasformatori di corrente possono essere suddivisi in di misura, di protezione, intermedi (per includere strumenti di misura nei circuiti di corrente di protezione a relè, per equalizzare le correnti nei circuiti di protezione differenziale, ecc.) e da laboratorio (elevata precisione, nonché con numerosi rapporti di trasformazione). 2. In base alla tipologia di installazione, i trasformatori di corrente si distinguono: a) per installazione all'esterno (in quadri aperti); b) per installazione interna; c) incorporati in apparecchi e macchine elettriche: interruttori, trasformatori, generatori, ecc.; d) coperture aeree poste sopra l'isolatore passante (ad esempio, sull'ingresso ad alta tensione di un trasformatore di potenza); e) portatile (per misurazioni di controllo e prove di laboratorio). 3. In base alla progettazione dell'avvolgimento primario, i trasformatori di corrente sono suddivisi in: a) multigiro (bobina, avvolgimento ad anello e avvolgimento a otto); b) monogiro (asta); c) pneumatici.

4. Secondo il metodo di installazione, i trasformatori di corrente per installazione interna ed esterna si dividono in: a) passante; b) sostenere. 5. In base all'isolamento, i trasformatori di corrente possono essere suddivisi in gruppi: a) con isolamento a secco (porcellana, bachelite, isolamento epossidico fuso, ecc.); b) con isolamento carta-olio e con isolamento carta-olio dei condensatori; c) riempito di composto. 6. In base al numero degli stadi di trasformazione si distinguono trasformatori di corrente: a) monostadio; b) a due stadi (a cascata). 7. I trasformatori si distinguono in base alla tensione di esercizio: a) per tensioni nominali superiori a 1000 V; b) per tensione nominale fino a 1000 V.

Generatori di energia elettrica La corrente elettrica viene generata nei generatori, dispositivi che convertono l'energia di un tipo o dell'altro in energia elettrica. I generatori includono celle galvaniche, macchine elettrostatiche, termopile, pannelli solari, ecc. L'ambito di applicazione di ciascuno dei tipi elencati di generatori di elettricità è determinato dalle loro caratteristiche. Pertanto, le macchine elettrostatiche creano un'elevata differenza di potenziale, ma non sono in grado di creare alcuna corrente significativa nel circuito. Le celle galvaniche possono produrre una corrente elevata, ma la loro durata d'azione è breve. Il ruolo predominante nel nostro tempo è svolto dai generatori di corrente alternata ad induzione elettromeccanica. In questi generatori l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica. La loro azione si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Tali generatori hanno una struttura relativamente semplice e consentono di ottenere correnti elevate con una tensione sufficientemente elevata

Generatore di corrente alternata Un generatore di corrente alternata (alternatore) è un dispositivo elettromeccanico che converte l'energia meccanica in energia elettrica a corrente alternata. I generatori includono celle galvaniche, macchine elettrostatiche, termopile, pannelli solari, ecc. L'ambito di applicazione di ciascuno dei tipi elencati di generatori di elettricità è determinato dalle loro caratteristiche. Pertanto, le macchine elettrostatiche creano un'elevata differenza di potenziale, ma non sono in grado di creare alcuna corrente significativa nel circuito.