Elektromagnetisme Perantaraan dan Induksi Elektromagnetik

The Fifth Interview of Dr Neruda #wingmakers (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Elektromagnetisme Perantaraan dan Induksi Elektromagnetik

DC Litar Elektrik


soalan 1

Semasa arus elektrik dilalui gegelung dawai, ia menghasilkan medan magnet. Sekiranya magnitud perubahan semasa dari masa ke masa, begitu juga dengan kekuatan medan magnet.

Kita juga tahu bahawa fluks medan magnet yang berubah dari masa ke masa akan mendorong voltan sepanjang panjang gegelung dawai. Terangkan bagaimana prinsip-prinsip pelengkap elektromagnetisme dan induksi elektromagnetik sendiri secara serentak dalam gegelung dawai yang sama untuk menghasilkan induksi diri .

Juga, terangkan bagaimana Hukum Lenz berkaitan dengan polaritas voltan diri yang gegelung.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Arus berubah melalui gegelung menghasilkan penurunan voltan yang menentang arah perubahan.

Nota:

Induksi sendiri bukan merupakan konsep yang sukar untuk dipahami jika seseorang sudah mempunyai pemahaman yang baik mengenai elektromagnetisme, induksi elektromagnetik, dan Hukum Lenz. Sesetengah pelajar mungkin berjuang memahami pemahaman diri, kerana ini mungkin merupakan aplikasi pertama yang mereka lihat di mana ketiga-tiga fenomena ini berkaitan secara serentak.

Soalan 2


∫f (x) dx Kalkulus isyarat!


Dalam litar perintang yang mudah, arus boleh dikira dengan membahagikan voltan terpakai dengan rintangan:

Walaupun analisis litar ini mungkin kelihatan remeh kepada anda, saya ingin menggalakkan anda untuk melihat apa yang berlaku di sini dari perspektif yang segar. Prinsip penting diperhatikan banyak kali dalam kajian fizik adalah keseimbangan, di mana kuantiti secara alami "mencari" keadaan keseimbangan. Imbangan yang dicari oleh litar mudah ini adalah persamaan voltan: voltan merentasi perintang mesti menyelesaikan nilai yang sama dengan output voltan oleh sumber:

Jika resistor dipandang sebagai sumber voltan yang mencari keseimbangan dengan sumber voltan, maka arus mestilah menumpu pada apa jua nilai yang diperlukan untuk menghasilkan voltan pengimbangan yang diperlukan merentasi perintang, menurut Hukum Ohm (V = IR). Dalam erti kata lain, arus perintang mencapai apa sahaja magnitud yang ada untuk menghasilkan penurunan voltan sama dengan voltan sumber .

Ini mungkin kelihatan seperti cara yang aneh untuk menganalisis litar mudah ini, dengan perintang "mencari" untuk menjana kejatuhan voltan sama dengan sumbernya, dan semasa "ajaib" mengandaikan nilai apa pun yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan voltan itu, tetapi ia membantu dalam memahami jenis litar lain.

Sebagai contoh, di sini kita mempunyai sumber voltan DC yang disambungkan kepada gegelung besar wayar melalui suis. Anggapkan bahawa gegelung dawai mempunyai rintangan yang kecil (0 Ω):

Seperti litar perintang, gegelung akan "mencari" untuk mencapai keseimbangan voltan dengan sumber voltan apabila suis ditutup. Walau bagaimanapun, kita tahu bahawa voltan yang terhasil dalam gegelung tidak berkadar langsung dengan arus kerana ia adalah dengan perintang - sebaliknya, penurunan voltan gegelung adalah berkadar dengan kadar perubahan fluks magnet sepanjang masa seperti yang diterangkan oleh Faraday's Law of induction elektromagnet :

gegelung v = N d φ


dt

Di mana,

v coil = Voltan teraruh seketika, dalam volt

N = Bilangan giliran dalam gegelung dawai

((d φ) / dt) = Kadar perubahan fluks magnetik secara instan, dalam webers sesaat

Dengan asumsi hubungan linear antara arus gegelung dan fluks magnet (iaitu ganda ganda apabila saya beregu), gambarkan semasa litar mudah ini dari masa ke masa selepas suis menutup.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila suis ditutup, semasa akan terus meningkat pada kadar linear dari masa ke masa:

Soalan cabaran: gegelung dawai sebenar mengandungi rintangan elektrik (kecuali jika ia diperbuat daripada dawai superconducting, dan tentu saja), dan kita tahu bagaimana keseimbangan voltan berlaku dalam litar resistif: semasa menumpu pada nilai yang diperlukan untuk rintangan untuk menjatuhkan jumlah yang sama voltan sebagai sumber. Huraikan, kemudian, apakah arus dalam litar dengan gegelung dawai sebenar, bukan gegelung dawai superconducting.

Nota:

Pelajar yang belum memahami konsep induktansi mungkin cenderung mencadangkan bahawa arus dalam litar ini tidak akan terhingga, mengikut Hukum Ohm (I = E / R). Salah satu tujuan soalan ini adalah untuk mendedahkan salah faham tersebut, supaya mereka dapat diperbetulkan.

Litar ini memberikan contoh cemerlang integrasi prinsip kalkulus, di mana penerapan voltan mantap merentasi keputusan induktor dalam arus yang semakin meningkat . Sama ada anda perlu menyentuh perkara ini bergantung pada kebolehan matematik pelajar anda.

Soalan 3

Kaedah mengukur semasa melalui dawai adalah sangat berguna untuk mengukur kekuatan medan magnet di sekelilingnya. Jenis ammeter ini dikenali sebagai ammeter pengapit :

Mengetahui prinsip di sebalik operasi meter ini, gambarkan nilai semasa yang akan ditunjukkan oleh ketiga-tiga ammeter pada litar ini:

Meter A =
Meter B =
Meter C =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Meter A = 2.5 amps
Meter B = 2.5 amp
Meter C = 0 amp

Nota:

Pengapit pada meter adalah peralatan ujian yang sangat berguna, tetapi ia mesti digunakan dengan betul. Saya telah melihat ramai orang membuat kesilapan penjepit salah satu ammeter ini di sekitar pelbagai wayar apabila cuba mengukur jumlah arus melalui hanya satu. Sekiranya anda mempunyai meter pengapit di dalam bilik darjah anda, adakah pelajar anda menyediakan litar mudah seperti ini dan membuktikan kesahihan konsep itu.

Soalan 4

Tuliskan persamaan yang menyatakan jumlah fluks magnet (Φ) yang dihasilkan oleh elektromagnet, memandangkan jumlah arus elektrik (I), bilangan lilitan dalam gegelung dawai (N), dan keengganan bahan teras (ℜ) .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Φ = NI


Nota:

Ini adalah latihan dalam penggantian algebra. Pelajar tidak mungkin mencari persamaan ini di mana-mana, jadi mereka perlu menciptanya daripada gabungan dua persamaan lain.

Soalan 5


∫f (x) dx Kalkulus isyarat!


Lakarkan lengkung BH relatif untuk sampel udara dan sampel besi, mengikut satu sama lain (sebanyak mungkin):

Apa yang anda perhatikan mengenai cerun (juga dipanggil derivatif, atau (dB / dH)) setiap plot "# 5"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: perhatikan bahawa cerun kedua-dua plot adalah kira-kira sama ke arah hujung sebelah kanan graf. Terangkan kesan ini dari segi tepu magnet.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah dua: untuk mendapatkan pelajar melihat bahawa bahan feromagnetik seperti besi lebih telap (kurang "enggan") daripada udara, tetapi keuntungan yang besar dalam B yang dihasilkan oleh besi cenderung hilang secepat tepu tetapkan. Apabila seterika tepu, keuntungan dalam B untuk kemajuan yang sama di H sama dengan udara. Iaitu, (dB / dH) untuk besi adalah sama dengan (dB / dH) untuk udara apabila seterika tepu.

Soalan 6

Jika gegelung dawai dengan bertukar 450 terdedah kepada peningkatan fluks magnet pada kadar 0.008 Webers sesaat, berapa voltan yang akan diinduksi merentasi gegelung "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/ imej / kuiz / 01983x01.png ">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

3.6 volt

Nota:

Ini hanyalah aplikasi kuantitatif Undang-undang Faraday. Tidak ada gunanya fakta bahawa fluks magnet meningkat daripada berkurang. Satu-satunya kesan yang ada pada voltan teraruh ialah polaritasnya.

Soalan 7

Undang-undang Lenz menggambarkan pembangkang perubahan dalam aliran magnet akibat aruhan elektromagnet antara medan magnet dan konduktor elektrik. Satu alat yang mampu membuktikan Hukum Lenz adalah tembaga atau cakera aluminium (konduktif elektrik, tetapi bukan magnet) diletakkan hampir pada akhir magnet kekal yang kuat. Tiada tarikan atau penolakan di antara cakera dan magnet apabila tiada gerakan, tetapi daya akan berkembang di antara kedua objek jika tiba-tiba ia bergerak. Kekuatan ini akan berada di arah sedemikian sehingga ia cuba untuk menahan gerakan (iaitu daya cuba untuk mengekalkan jurang antara dua objek):

Kita tahu pasukan ini bersifat magnetik. Iaitu, arus yang disebabkan menyebabkan cakera itu sendiri menjadi magnet untuk bertindak balas terhadap medan magnet kekal dan menghasilkan daya lawan. Untuk setiap senario berikut, labelkan tiang magnet yang disebabkan oleh magnet (Utara dan Selatan) kerana ia bertindak balas terhadap gerakan yang dikenakan oleh kuasa luar:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Medan magnet sendiri cakera akan berkembang sedemikian rupa sehingga ia "melawan" untuk memelihara jarak malar dari magnet:

Soalan susulan: menjejaki arah putaran bagi arus elektrik yang diinduksi dalam cakera yang diperlukan untuk menghasilkan kedua-dua daya tarikan dan daya tarikan yang menarik.

Nota:

Fenomena ini sukar untuk menunjukkan tanpa magnet yang sangat kuat. Walau bagaimanapun, jika anda mempunyai alat seperti ini yang terdapat di kawasan makmal anda, ia akan membuat sekeping hebat untuk demonstrasi!

Satu cara praktikal yang saya telah menunjukkan Undang-undang Lenz adalah untuk mendapatkan magnet jarang-bumi ( sangat kuat!), Menetapkannya di atas meja, kemudian jatuhkan duit syiling aluminium (seperti Yen Jepun) sehingga ia berada di atas magnet. Sekiranya magnetnya cukup kuat dan duit syiling cukup ringan, duit syiling itu akan jatuh dengan lembut pada magnet dan bukannya memukul keras dan melantun.

Ilustrasi yang lebih dramatik dari Hukum Lenz adalah untuk mengambil duit syiling yang sama dan berputar (tepi) pada permukaan meja. Kemudian, bawa magnet dekat ke pinggir koin berputar, dan tonton koin itu segera berhenti, tanpa sentuhan antara duit syiling dan magnet.

Satu lagi ilustrasi adalah untuk menetapkan syiling aluminium pada permukaan meja licin, kemudian dengan cepat menggerakkan magnet ke atas koin, selari dengan permukaan meja. Sekiranya magnet cukup dekat, duit syiling akan "diseret" jarak yang pendek apabila magnet itu melewati.

Dalam semua demonstrasi ini, adalah penting untuk menunjukkan kepada pelajar anda bahawa duit syiling itu sendiri bukan magnet. Ia tidak akan berpegang pada magnet sebagai koin besi atau keluli, oleh itu sebarang daya yang dihasilkan antara koin dan magnet adalah ketat disebabkan oleh arus dan bukan ferromagnetisme.

Soalan 8

Menggabungkan Undang-undang Lenz dengan peraturan sebelah kanan (atau peraturan kiri, jika anda mengikuti aliran elektron bukannya aliran konvensional) menyediakan cara yang mudah dan berkesan untuk menentukan arah arus induksi dalam gegelung induksi. Dalam contoh berikut, surih arah arus melalui perintang beban:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota: Sekiranya ia tidak jelas dari ilustrasi, Rajah 1 hingga 4 menunjukkan magnet bergerak berhubung dengan gegelung pegun. Angka 5 dan 6 menunjukkan gegelung bergerak berhubung dengan magnet pegun.

Nota:

Cara mudah yang saya dapati untuk mengingati Undang-undang Lenz untuk mentafsir adalah sebagai pembangkang untuk berubah . Gegelung akan cuba menjadi magnet yang melawan gerakan. Cara yang baik untuk mendapatkan pemikiran pelajar di sepanjang baris ini adalah dengan bertanya kepada mereka, "Apa yang harus diperkuat oleh magnetik gegelung (dalam setiap kes) untuk menahan gerakan relative magnet" panel kerja panel panel lalai "

Soalan 9

Tulis persamaan yang berkaitan kekuatan arus elektrik dan medan magnet bersama dalam gegelung dawai. Jika arus (I) diberikan dalam unit amperes, dan bilangan lilitan adalah nilai integer mudah, apakah unit pengukuran yang akan mempunyai kekuatan medan magnet?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

F = IN

Di mana,

F

= Magnetomotive force (kekuatan medan magnet), dalam amp-turns

I = Semasa dalam gegelung dawai, amp

N = Bilangan pusingan gegelung

Nota:

Kadang-kadang, unit ukuran masuk akal! Dalam kes ini, unit pusingan amp adalah jelas dari pembinaan persamaan, dengan masa ampa bertukar.

Soalan 10

Apakah tepu magnetik?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ketepatan "magnet" adalah apa yang berlaku apabila fluks magnetik (Φ, atau kepadatan fluks B) tidak dapat meningkat dalam perkadaran yang sama dengan peningkatan daya medan magnet ( F, atau intensiti medan H) yang dilakukan pada tahap F yang lebih rendah

atau H.

Nota:

Untuk menggunakan frasa ekonomi, tepu adalah kes pulangan yang berkurang : di mana peningkatan selanjutnya dalam satu hasil pembolehubah lebih kecil dan keuntungan yang lebih kecil dalam pemboleh ubah yang lain. Adalah penting bahawa pelajar mengenali perkataan "tepu" digunakan untuk menggambarkan fenomena selain magnetisme, juga. Tetapi dalam sebarang konteks ia digunakan, konsep "pulangan berkurang" adalah sama.

Soalan 11

Terangkan maksud graf ini, dan bagaimana ia mewakili kedua-dua tepu dan histeresis sebagai fenomena magnet:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah lengkung BH, merancang kepadatan fluks magnet (B) terhadap intensiti medan magnet (H) daripada elektromagnet. Anak panah menunjukkan arah peningkatan dan penurunan pembolehubah.

"Ketepuan" adalah apabila B berubah sedikit untuk perubahan besar di H. Terdapat dua wilayah di lengkung BH di mana tepu jelas.

Nota:

Persoalan ini sepatutnya banyak perbincangan. Ia adalah satu perkara untuk mengenali lengkung ini sebagai kurva B-H, dan agak lain untuk menerangkan dengan tepat apa maksudnya. Tanya pelajar anda untuk menunjukkan pada lengkung, misalnya, apa yang berlaku apabila elektromagnet sepenuhnya bertenaga dengan DC, dan kemudian arusnya dimatikan, meninggalkan fluks sisa di inti. Apa yang diperlukan untuk de-magnetkan teras sekali lagi "itemscopepanel panel panel-default" itemscope>

Soalan 12

Jika arus elektrik dilalui melalui gelang wayar ini, di mana kedudukannya akan cuba mengorientasikan dirinya?

Sekiranya percubaan ini dijalankan, mungkin didapati bahawa tork yang dijana agak kecil tanpa menggunakan arus tinggi dan / atau medan magnet yang kuat. Menetapkan cara untuk memodifikasi radas ini untuk menghasilkan torque yang lebih kuat menggunakan tahap arus sederhana dan magnet biasa.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Gelung akan cuba mengorientasikan dirinya dalam satah menegak, serenjang dengan paksi fluks magnet antara tiang magnet:

Untuk meningkatkan tork yang dihasilkan oleh gelung dawai, anda boleh menggunakan gelung dengan lebih daripada 1 "belokan" wayar. Ini bukan satu-satunya penyelesaian.

Nota:

Persoalan ini membentangkan peluang yang baik untuk membincangkan "peraturan sebelah kanan" (atau "aturan kiri" bagi mereka yang menggunakan notasi aliran elektron daripada notasi aliran konvensional).

Soalan 13

Dengan menggerakkan magnet kekal secara berselang melepasi dawai, voltan akan dihasilkan antara hujung dawai itu:

Huraikan faktor apa yang menentukan polar dan magnitud voltan ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Daripada memberi jawapan di sini, saya akan serahkan kepada anda untuk menentukan jawapannya dengan eksperimen!

Nota:

Percubaan seperti ini sangat mudah untuk ditubuhkan, ia akan menjadi malu untuk merosakkan kegembiraan penemuan secara langsung dengan hanya memberitahu pelajar apa yang sepatutnya berlaku!

Soalan 14


∫f (x) dx Kalkulus isyarat!


Hubungan antara fluks magnet dan voltan teraruh dalam gegelung dawai dinyatakan dalam persamaan ini, yang dikenali sebagai Hukum Faraday :

e = N d φ


dt

Di mana,

e = voltan teraruh seketika, dalam volt

N = Bilangan giliran dalam gegelung dawai

φ = Fluks magnetik seketika, dalam webers

t = Masa, dalam saat

Jelaskan apa ungkapan matematik ((d φ) / dt) bererti, berdasarkan apa yang anda ketahui tentang induksi elektromagnetik. Petunjuk: notasi (d / d) dipinjam dari kalkulus, dan ia dipanggil derivatif .

Juga, jelaskan mengapa huruf kecil digunakan (e bukan E, φ bukan Φ) dalam persamaan ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ekspresi matematik ((d φ) / dt) bermaksud "kadar perubahan fluks magnet dari masa ke masa." Dalam contoh khusus ini, unit itu adalah "webers sesaat."

Penggunaan huruf kecil untuk pembolehubah menunjukkan nilai-nilai merta : iaitu jumlah yang dinyatakan dalam momen momen masa yang singkat.

Soalan susulan: memanipulasi persamaan ini untuk menyelesaikan setiap pemboleh ubah (((d φ) / dt) =

.

; N =

.

).

Nota:

Bagi pelajar yang tidak pernah mempelajari kalkulus, ini adalah satu peluang yang baik untuk memperkenalkan konsep derivatif, setelah menubuhkan prinsip voltan teraruh yang berkaitan dengan seberapa cepat fluks magnet berubah dari masa ke masa. Dalam kajian fizik umum, kuantiti kedudukan, halaju, dan pecutan digunakan sama untuk memperkenalkan konsep derivatif masa, dan kemudian, masa-integral. Dalam elektrik, walaupun, kami mempunyai aplikasi unik kami sendiri!

Soalan 15

Berapa banyak lilitan wayar mesti gegelung mempunyai untuk mendorong voltan 10.5 volt apabila terdedah kepada perubahan fluks magnet dengan kadar 0.0075 Wb / s "# 15"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Bertukar 1400

Nota:

Ini tidak lain hanyalah aplikasi kuantitatif Undang-undang Faraday, selepas manipulasi algebra untuk menyelesaikan N.

Soalan 16

Sekiranya cincin tembaga dibawa mendekati akhir magnet kekal, satu kekuatan yang menjijikkan akan timbul antara magnet dan cincin. Kekuatan ini akan berhenti, bagaimanapun, apabila gelang berhenti bergerak. Apakah kesan ini dipanggil?

Juga, gambarkan apa yang akan berlaku jika cincin tembaga dipindahkan dari penghujung magnet kekal.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Fenomena ini dikenali sebagai Hukum Lenz . Sekiranya cincin tembaga dipindahkan dari penghujung magnet kekal, arah kuasa akan berbalik dan menjadi menarik dan bukannya menjijikkan.

Persoalan susulan: menjejaki arah putaran untuk arus elektrik yang diinduksi dalam gelang yang diperlukan untuk menghasilkan kedua-dua gaya yang menjijikan dan menarik.

Soalan cabaran: apa yang akan berlaku jika orientasi magnet telah diterbalikkan (kutub selatan di kutub kiri dan utara di sebelah kanan) "nota tersembunyi"> Nota:

Fenomena ini sukar untuk menunjukkan tanpa magnet yang sangat kuat. Walau bagaimanapun, jika anda mempunyai alat seperti ini yang terdapat di kawasan makmal anda, ia akan membuat sekeping hebat untuk demonstrasi!

Satu cara praktikal yang saya telah menunjukkan Undang-undang Lenz adalah untuk mendapatkan magnet jarang-bumi ( sangat kuat!), Menetapkannya di atas meja, kemudian jatuhkan duit syiling aluminium (seperti Yen Jepun) sehingga ia berada di atas magnet. Sekiranya magnetnya cukup kuat dan duit syiling cukup ringan, duit syiling itu akan jatuh dengan lembut pada magnet dan bukannya memukul keras dan melantun.

Ilustrasi yang lebih dramatik dari Hukum Lenz adalah untuk mengambil duit syiling yang sama dan berputar (tepi) pada permukaan meja. Kemudian, bawa magnet dekat ke pinggir koin berputar, dan tonton koin itu segera berhenti, tanpa sentuhan antara duit syiling dan magnet.

Satu lagi ilustrasi adalah untuk menetapkan syiling aluminium pada permukaan meja licin, kemudian dengan cepat menggerakkan magnet ke atas koin, selari dengan permukaan meja. Sekiranya magnet cukup dekat, duit syiling akan "diseret" jarak yang pendek apabila magnet itu melewati.

Dalam semua demonstrasi ini, adalah penting untuk menunjukkan kepada pelajar anda bahawa duit syiling itu sendiri bukan magnet. Ia tidak akan berpegang pada magnet sebagai koin besi atau keluli, oleh itu sebarang daya yang dihasilkan antara koin dan magnet adalah ketat disebabkan oleh arus dan bukan ferromagnetisme.

Soalan 17

Watt-hour meter elektromekanik menggunakan cakera aluminium yang diputar oleh motor elektrik. Untuk menjana "seret" yang berterusan pada cakera yang diperlukan untuk menghadkan kelajuan putarannya, magnet yang kuat diletakkan sedemikian rupa sehingga garisan fluks magnetnya melepasi dengan ketat melalui ketebalan cakera:

Terangkan fenomena di sebalik mekanisme "seret" magnet ini, dan juga jelaskan bagaimana perhimpunan magnet tetap harus diletakkan semula supaya ia memberikan seretan yang kurang pada cakera untuk kelajuan putaran yang sama.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Inilah contoh Hukum Lenz . Untuk menurunkan seretan pada cakera, magnet perlu dipindahkan ke tempat di atas cakera yang mempunyai halaju permukaan kurang (saya akan membiarkan anda mengetahui di mana yang mungkin).

Soalan susulan: andaikan bergerak magnet yang kuat melepasi permukaan cakera aluminium. Apa yang akan berlaku pada cakera, jika apa-apa "nota disembunyikan"> Nota:

Pelarasan penentukuran penting pada majelis wattmeter elektromekanik ialah kedudukan magnet "seret", menjadikan soalan ini sangat praktikal. Cabaran yang menarik untuk pelajar adalah meminta mereka melukis arus arus elektrik yang diinduksi dalam cakera kerana ia berputar melewati magnet!

Soalan susulan sebenarnya adalah pratonton teori motor induksi, dan mungkin digambarkan dengan magnet yang kuat (jarang-bumi) dan logam logam (Yen Jepun, diperbuat daripada aluminium, berfungsi dengan baik untuk ini, sebagai konduktor elektrik yang baik dan ringan!).

Soalan 18

Satu konteks di mana untuk memahami Undang-undang Lenz adalah undang-undang fizikal yang dikenali sebagai Konservasi Tenaga, yang menyatakan bahawa tenaga tidak boleh diciptakan (dari apa-apa) atau dimusnahkan (tidak ada). Undang-undang fizik yang diasaskan dengan baik ini adalah prinsip umum yang mengharamkan mesin yang dipanggil "over-unity" atau "tenaga bebas", di mana tenaga sepatutnya dihasilkan dari sumber tidak.

Menunjukkan bahawa jika Hukum Lenz dibalikkan, prinsip Pemeliharaan Tenaga akan dilanggar. Dengan kata lain, bayangkan apa yang akan berlaku sekiranya kesan Lenz Law adalah bertentangan dengan arah, dan tunjukkan bagaimana ini akan menghasilkan lebih banyak tenaga yang dihasilkan oleh sistem daripada apa yang dimasukkan ke dalam sistem itu.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Terdapat beberapa cara untuk menunjukkan ini. Mungkin yang paling mudah untuk memvisualisasikan (dari perspektif tenaga) adalah cakera magnetik "seret", di mana persimpangan tegak medan magnet dan cakera konduktif elektrik menghasilkan tork seret (menentang) tork apabila cakera diputar. Kesan pembalikan arah kuasa Lenz harus jelas di sini.

Nota:

Persoalan ini mungkin sangat membawa kepada perbincangan yang membuahkan hasil mengenai gerakan kekal dan tuntutan mesin "tenaga bebas", kewujudan tuntutan sedemikian pada zaman moden menjadi bukti yang jelas tentang buta huruf saintifik. Bukan sahaja bilangan orang yang banyak tidak kelihatan pada prinsip Pemuliharaan Tenaga dan hanya sejauh mana ia diasaskan, tetapi juga tidak dapat memahami kepentingan ujian muktamad bagi peranti sedemikian: untuk dapat berkuasa sendiri (dan beban) selama-lamanya. Tetapi saya menggeletar. . .

Soalan 19

Mengikut pengetahuan anda tentang Hukum Lenz, jelaskan bagaimana seseorang boleh membina brek elektromagnet, di mana penyambungan gegelung elektromagnet akan menghasilkan "drag" mekanikal pada aci berputar tanpa memerlukan hubungan antara aci dan pad brek.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: terangkan beberapa kelebihan dan kekurangan yang ada brek magnetik, berbanding dengan brek mekanikal (di mana sentuhan fizikal menghasilkan geseran pada aci).

Soalan cabaran: brek biasa (mekanikal) menjadi panas semasa operasi, disebabkan geseran yang digunakan untuk menghasilkan seretan. Adakah brek elektromekanik menghasilkan haba juga, memandangkan tiada hubungan fizikal untuk mencipta geseran "nota tersembunyi"> Nota:

Brek elektromagnet adalah alat yang sangat berguna dalam industri. Satu aplikasi yang menarik yang saya lihat untuk teknologi ini ialah beban mekanikal untuk dinamometer automotif, di mana sebuah kereta didorong ke atas satu set penggelek keluli, dengan satu roller ditambah ke cakera logam besar (dengan elektromagnet di kedua-dua sisi). Dengan mengubah jumlah semasa yang dihantar ke elektromagnet, tahap seragam mekanikal mungkin berbeza-beza.

Secara kebetulan, cakera ini menjadi sangat panas apabila digunakan, kerana output kuasa kereta tidak dapat hilang sahaja - ia mesti diubah menjadi bentuk tenaga yang berlainan dalam mekanisme brek, dan memanaskannya.

Soalan 20

Tentukan polaritas voltan induksi gegelung untuk setiap contoh berikut. Berhati-hati untuk perhatikan arah setiap gegelung dibalut di sekelilingnya - gegelung tidak sama sekali!

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Ia mungkin membantu pelajar untuk memvisualisasikan polariti sekiranya mereka membayangkan beban rintangan yang disambungkan di antara dua terminal keluaran, dan kemudian menentukan arah yang diinduksi semasa akan melalui beban tersebut. Apabila penentuan dibuat, polaritas voltan (mengingati gegelung sebagai sumber tenaga) harus lebih mudah untuk digambarkan. Kesalahan yang banyak dimulakan oleh para pelajar ketika melakukan ini, adalah untuk gagal mengenali koil sebagai sumber tenaga listrik dan perintang sebagai beban, jadi bersiaplah untuk mengatasi kesalahpahaman ini.

Jika ini tidak membantu, cadangkan mereka terlebih dahulu mengenal pasti polariti magnet bagi medan induksi gegelung: menentukan akhir gegelung yang "cuba" menjadi Utara dan yang "cuba" menjadi Selatan. Sudah tentu, tidak ada medan teraruh yang akan dibentuk kecuali gegelung mempunyai litar lengkap untuk menampung arus teraruh, tetapi masih berguna untuk membayangkan perintang beban atau bahkan melengkapkan litar yang pendek sehingga arus teraruh dan oleh itu polaritas magnet yang diindikasikan dapat divisualisasikan .

Soalan 21

Jika gegelung dawai dengan 320 pusing terdedah kepada fluks magnet berkurang pada kadar 0.03 Webers sesaat (seperti yang ditunjukkan dalam ilustrasi), berapa voltan yang akan diinduksi merentasi gegelung, dan apa yang akan menjadi polaritasnya "// www .beautycrew.com.au // sub.allaboutcircuits.com / images / quiz / 03272x01.png ">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Persoalan ini adalah permohonan kuantitatif Hukum Faraday dan permohonan Undang-undang Lenz.

Soalan 22

Sekiranya gegelung dawai dengan lilitan 1100 terdedah kepada peningkatan fluks magnet pada kadar 0.07 Webers sesaat (seperti ditunjukkan dalam ilustrasi), berapa voltan yang akan diinduksi merentasi gegelung, dan apa yang akan polaritasnya menjadi "// www .beautycrew.com.au // sub.allaboutcircuits.com / images / kuiz / 03273x01.png ">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Persoalan ini adalah permohonan kuantitatif Hukum Faraday dan permohonan Undang-undang Lenz.

Soalan 23

Kirakan kadar perubahan fluks magnet yang diperlukan dari masa ke masa (dalam unit Weber sesaat) serta arah gerakan magnet (sama ada ke arah atau jauh dari gegelung) untuk mendorong voltan 13.5 volt dalam polariti yang ditunjukkan:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

((d φ) / dt) mestilah bersamaan dengan 0.0964 Webers sesaat, dengan magnet bergerak dari gegelung.

Nota:

Persoalan ini adalah permohonan kuantitatif Hukum Faraday dan permohonan Undang-undang Lenz.

Soalan 24

Sekiranya pergerakan konduktor melalui medan magnet menginduksi suatu voltan dalam konduktor itu, ia menjadi alasan bahawa cecair konduktif yang bergerak melalui paip juga boleh menjana voltan, jika benar terdedah kepada medan magnet. Lukiskan gambar yang menunjukkan arah orientasi paip, medan magnet, dan elektrod yang memintas voltan yang diinduksi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Persoalan ini benar-benar menguji pemahaman pelajar tentang hubungan ortogonal antara fluks magnet, gerakan pengalir, dan voltan teraruh. Selain itu, ia mendedahkan kaedah baru menghasilkan elektrik: magnetohydrodinamik .

Terdapat beberapa aplikasi magnetohydrodynamics yang menarik, termasuk penjanaan kuasa dan pengukuran aliran. Bincangkan perkara-perkara ini dengan pelajar anda jika permit masa.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →