Unit Magnetik Pengukuran

Magnetik Kontaktor (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Unit Magnetik Pengukuran

DC Litar Elektrik


soalan 1

Dalam litar elektrik, tiga kuantiti asas adalah voltan (E atau V), semasa (I), dan rintangan (R), sepadan dengan konsep umum sebab, kesan, dan pembangkang .

I = E


R

kesan = sebab


pembangkang

Litar "magnet" juga mempunyai kuantiti yang bersamaan dengan "sebab, " "kesan, " dan "pembangkang." Kenal pasti kuantiti ini, bersama dengan simbol masing-masing, dan menulis persamaan "Hukum Ohm" yang berkaitan dengannya secara matematik. Juga, kenalpasti unit ukuran yang berkaitan dengan setiap tiga sistem pengukuran: CGS (metrik "lama"), SI (metrik "baru"), dan bahasa Inggeris.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Sebab" = Magnetomotive force (MMF) = F

"Kesan" = Aliran magnetik = Φ

"Pembangkang" = Reluctance = ℜ

Hubungan ini dikenali sebagai Undang-undang Rowland, dan ia menimbulkan persamaan yang ketara dengan Hukum Ohm dalam litar elektrik:

Φ = F


Persoalan susulan: algebraically memanipulasi persamaan Undang-undang Rowland yang ditunjukkan di atas untuk diselesaikan

F dan untuk menyelesaikan ℜ

.

Nota:

Magnetisme, sementara yang biasa dialami dalam bentuk magnet tetap dan kompas magnetik, sama seperti konsep "pelik" sebagai tenaga elektrik untuk pelajar baru. Pada ketika ini dalam pendidikan mereka, mereka harus cukup akrab dengan voltan, arus, dan rintangan untuk mencerminkan mereka sebagai kuantisasi analog dengan jumlah magnetik baru MMF, fluks, dan keengganan. Tekankan persamaan analogi kuantiti elektrik asas dalam perbincangan anda dengan pelajar. Bukan sahaja ini membantu pelajar memahami daya tarikan yang lebih baik, tetapi ia juga akan memperkuat pemahaman kuantiti elektrik.

Soalan 2

Sekiranya kita menukarkan "tindak balas" perintang ke pelbagai tahap voltan yang digunakan, kita akan mendapat plot yang kelihatan seperti ini:

Sekiranya kita membuat graf "tindak balas" sampel ferromagnetik kepada pelbagai peringkat kekuatan mesin magnetik, kita akan mendapat plot yang kelihatan seperti ini:

Apakah graf ini menunjukkan kepada anda, berbanding dengan grafik untuk ciri perintang "# 2"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Plot MMF / fluks untuk bahan ferromagnet agak tidak linear, tidak seperti plot untuk perintang elektrik.

Nota:

Tanyakan pelajar anda untuk mengenal pasti rintangan pada graf V / I yang ditunjukkan dalam soalan tersebut. Di manakah graf tersebut adalah rintangan? Pelajar anda yang lebih matematik akan mengenali (atau mungkin ingat dari perbincangan terdahulu) bahawa cerun plot menunjukkan rintangan litar. Rintangan kurang, curam plot (sekurang-kurangnya dalam kes ini, di mana semasa berada pada paksi menegak dan voltan pada mendatar). Di mana-mana titik di plot, cerun adalah sama, menunjukkan bahawa rintangan tidak berubah ke atas pelbagai voltan dan arus.

Sekarang, berikan perhatian kepada graf MMF / fluks. Di manakah keengganan yang ditunjukkan pada graf? Kesimpulan apa yang boleh kita bentuk mengenai keengganan dalam litar magnet, dari menganalisis bentuk lengkung MMF / fluks yang ditunjukkan? Pada titik apa keengganan yang paling besar? Pada titik mana yang paling kurang?

Soalan 3

Katakan bahawa panjang wayar elektrik dibalut sekeliling tori besi, dan arus elektrik yang dijalankan melalui dawai:

Faktor apa yang mempengaruhi jumlah MMF, fluks, dan keengganan dalam "litar magnet" ini "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

MMF ditentukan oleh jumlah semasa melalui gegelung dawai, dan bilangan pusingan dalam gegelung ( F

= IN). Keengganan ditentukan oleh kawasan keratan rentas jalur fluks magnet, panjang jalan itu, jenis bahan torus terbuat dari, dan jumlah fluks yang terdapat di torus . Fluks magnet ditentukan oleh MMF dan keengganan.

Soalan susulan: bagaimanakah hubungan ini menjadi voltan, rintangan, dan arus dalam litar elektrik? Perhatikan sebarang persamaan serta sebarang perbezaan.

Nota:

Mungkin bahagian paling menarik jawapan kepada soalan ini adalah bahawa keengganan magnet (ℜ) berubah dengan jumlah fluks (Φ) dalam "litar". Pada mulanya, ini mungkin agak berbeza daripada litar elektrik, di mana rintangan (R) adalah tetap tanpa mengira semasa (I).

Walau bagaimanapun, ketahanan rintangan elektrik adalah sesuatu yang mudah diambil. Tanya pelajar anda untuk memikirkan peranti elektrik (atau fenomena) di mana rintangan tidak stabil ke atas pelbagai arus. Selepas beberapa perbincangan, anda harus mendapati bahawa fenomena rintangan berterusan tidak sepadan dengan yang mungkin difikirkan!

Selepas pelajar memahami konsep ini, tanyakan kepada mereka apa yang dimaksudkan dengan fluks magnet (Φ) berbanding MMF (

F

). Dalam erti kata lain, apa yang berlaku kepada fluks dalam litar magnetik sebagai MMF meningkat?

Soalan 4

Kirakan keengganan (ℜ) untuk litar magnet di mana MMF ( F

) adalah 8.9 amp pusingan dan fluks (Φ) ialah 0.24 weber.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

ℜ = 37.08 amp-turn per weber (At / Wb)

Nota:

Tiada apa yang istimewa di sini, hanya pengiraan yang mudah. Salah satu perkara soalan ini adalah untuk membuat penyelidikan para pelajar Rowland Law dan belajar cara menggunakannya kerana mereka akan Undang-undang Ohm.

Soalan 5

Kirakan jumlah fluks magnet (Φ) dalam sekeping besi dengan keengganan (ℜ) dari 55 amp-bertukar setiap weber dan MMF yang digunakan ( F

) daripada 2.2 amp pusingan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Φ = 40 mWb

Nota:

Tiada apa yang istimewa di sini, hanya pengiraan yang mudah. Salah satu perkara soalan ini adalah untuk membuat penyelidikan para pelajar Rowland Law dan belajar cara menggunakannya kerana mereka akan Undang-undang Ohm.

Perhatikan bahawa singkatan unit untuk "weber" mengandungi dua huruf, bukan hanya seperti kes bagi singkatan unit paling!

Soalan 6

Kirakan jumlah daya magnetomotive (MMF, atau F

) diperlukan untuk menubuhkan fluks magnet (Φ) daripada 30 μWb dalam sekeping besi yang mempunyai keengganan (ℜ) dari 14 At / Wb.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

F

= 420 μAt

Nota:

Tiada apa yang istimewa di sini, hanya pengiraan yang mudah. Salah satu perkara soalan ini adalah untuk membuat penyelidikan para pelajar Rowland Law dan belajar cara menggunakannya kerana mereka akan Undang-undang Ohm.

Perhatikan bahawa singkatan unit untuk "weber" mengandungi dua huruf, bukan hanya seperti kes bagi singkatan unit paling!

Soalan 7

Kirakan jumlah MMF ( F

) yang dihasilkan oleh gegelung wayar yang mempunyai 1300 giliran dan membawa 3.5 milliamperes semasa.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

F

= 4.55 amp pusingan

Nota:

Tiada apa yang istimewa di sini, hanya pengiraan yang mudah. Salah satu perkara soalan ini adalah untuk pelajar mengkaji formula untuk mengira F

, semudah itu.

Soalan 8

Kirakan bilangan "lilitan" (bungkus) gegelung dawai diperlukan untuk menghasilkan MMF ( F

) 5.7 amp pusingan dengan arus elektrik 12 mA.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

N = 475 bertukar

Nota:

Tiada apa yang istimewa di sini, hanya pengiraan yang mudah. Salah satu perkara soalan ini adalah untuk pelajar mengkaji formula untuk mengira F

, semudah itu.

Soalan 9

Kirakan jumlah arus elektrik yang perlu melalui gegelung dawai yang mempunyai 850 giliran untuk menghasilkan MMF ( F

) daripada 2.1 amp pusingan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I = 2.471 mA

Nota:

Tiada apa yang istimewa di sini, hanya pengiraan yang mudah. Salah satu perkara soalan ini adalah untuk pelajar mengkaji formula untuk mengira F

, semudah itu.

Soalan 10

Rumusan untuk mengira keengganan (ℜ) gegelung dawai udara teras ("solenoid") adalah seperti berikut:

ℜ = l


μ 0 A

Di mana,

l = panjang gegelung gegelung dalam meter (m)

A = kawasan keratan rentas "kerongkong" dalam meter persegi (m 2 )

μ 0 = kebolehtelapan ruang bebas = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Menggunakan formula ini dan rumus Rowland's Law, hitung jumlah fluks magnet (Φ) yang dihasilkan di tekak solenoid teras udara dengan 250 pusingan dawai, panjang 0.2 meter, luas keratan rentas 6.5 × 10 - 4 meter persegi, dan arus gegelung 5 amp;

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Φ = 5.105 μWb

Nota:

Dengan semua maklumat yang diberikan, ini tidak lebih daripada latihan dalam pengiraan. Walau bagaimanapun, adalah baik untuk pelajar mempunyai rumus keengganan solenoid teras yang berguna untuk pengiraan yang lain, yang merupakan titik utama soalan ini.

Soalan 11

Bahan konduktif elektrik boleh diberi nilai mengikut rintangan relatif mereka dengan kuantiti yang kami panggil rintangan tertentu (ρ). Rumus yang berkaitan dengan rintangan tertentu kelihatan seperti ini:

R = ρ l


A

Di mana,

R = Rintangan elektrik, dalam ohm

ρ = Rintangan spesifik, dalam ohm-cmil / ft, atau gabungan beberapa unit

l = Panjang konduktor, kaki atau cm (bergantung kepada unit untuk ρ)

A = Kawasan keratan rentas keratan, dalam cmil atau cm 2 (bergantung kepada unit untuk ρ)

Bahan magnetik juga boleh dinilai mengikut keengganan relatifnya dengan kuantiti yang kita panggil kebolehtelapan (μ). Tulis rumus yang berkaitan dengan keengganan untuk kebolehtelapan bahan magnetik, dan perhatikan apa jua perbezaan dan persamaan yang anda lihat di antaranya dan formula rintangan khusus bagi litar elektrik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

ℜ = l


μA

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menerangkan kesan keengganan magnet akibat peningkatan dan penurunan dalam ketiga-tiga pembolehubah bebas (μ, l, dan A). Adalah penting bagi mereka untuk memahami persamaan ini secara kualitatif, sama seperti yang penting bagi mereka untuk memahami secara kualitatif Undang-undang Ohm dan rumusan rintangan khusus.

Soalan 12

Terangkan perbezaan antara kebolehtelapan relatif (μ r ) dan kebolehtelapan mutlak (μ). Bagaimana unit pengukuran berbeza antara dua kuantiti ini? # 12 "> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

μ r = ((μ) / (μ 0 ))

Kebolehtelapan mutlak diukur dalam unit Webers per Amp-meter (Wb / Am), manakala kebolehtelapan relatif tidak mempunyai unit sama sekali.

Nota:

Tanya pelajar anda untuk menjelaskan mengapa kebolehtelapan relatif (μ r ) tidak bersandar. Adakah terdapat pemboleh ubah lain yang mereka temui dalam kajian sains mereka yang sama sekali tidak bersatu?

Adakah mana-mana pelajar anda menyelidik nilai kebolehtelapan mutlak ruang bebas (μ 0 )? Jika ya, apakah angka yang mereka perolehi?

Soalan 13

Dua pemboleh ubah penting dalam analisis litar magnet ialah B dan H. Jelaskan apa yang kedua mewakili, dari segi kuantiti magnetik yang lebih banyak daripada MMF ( F

) dan fluks (Φ), dan menghubungkannya, jika boleh, kepada kuantiti elektrik. Juga, tentukan unit pengukuran untuk kedua-dua pembolehubah, dalam sistem pengukuran CGS, SI, dan bahasa Inggeris.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Keamatan medan (H) juga dikenali sebagai "daya magnetizing" dan jumlah MMF per unit panjang laluan fluks magnetik. Ketumpatan fluks (B) ialah jumlah fluks magnet bagi kawasan unit.

Nota:

Walaupun pembolehubah elektrik bersamaan dengan keamatan medan dan ketumpatan fluks tidak biasa digunakan dalam elektronik, mereka ada! Tanya pelajar anda jika sesiapa sahaja dapat menentukan apa pembolehubah ini. Juga, tanya mereka di mana mereka dapat memperoleh maklumat mengenai jumlah magnet dan unit ukuran.

Anda harus menyebutkan kepada pelajar anda bahawa unit SI dianggap paling "moden" daripada yang ditunjukkan di sini, sistem SI adalah piawaian antarabangsa untuk unit metrik dalam semua aplikasi.

Soalan 14

Apabila pengeluar keluli menerbitkan ciri-ciri magnet aloi terkini mereka, mereka berbuat demikian dalam bentuk "B / H" graf, di mana ketumpatan fluks (B) diplot sebagai fungsi daya magnetizing (H):

Jarang sekali anda akan melihat plot fluks (Φ) yang ditunjukkan sebagai fungsi MMF (

F

), walaupun plot sebegini kelihatan sangat mirip dengan "B / H curve" untuk bahan yang sama. Mengapa ini "# 14"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Satu "B / H curve" adalah bebas daripada dimensi fizikal spesimen, menyampaikan sifat-sifat magnet bahan itu sendiri, dan bukannya ciri-ciri mana-mana satu bahan tertentu.

Nota:

Konsep ini mungkin mengelirukan sesetengah pelajar, jadi perbincangan mengenainya. Tanya pelajar anda apa "kepadatan fluks" dan "daya magnetizing" benar-benar bermaksud: mereka adalah ungkapan fluks dan MMF per unit dimensi . Oleh itu, jika pengeluar menyatakan bahawa aloi keluli baru mereka akan membenarkan ketumpatan fluks 0.6 Tesla untuk daya magnetizing yang digunakan 100 amp-putaran / meter, angka ini adalah benar untuk mana - mana bahagian saiz aloi itu.

Untuk membuktikan konsep ini melalui teknik rhetorical reductio ad absurdum, tanyakan kepada pelajar anda sama seperti jika pengeluar tembaga menentukan resistiviti aloi tembaga mereka dalam ohm: "Alloy 123XYZ mempunyai resistiviti 17 ohm." Daripada apa gunanya ini kenyataan? Apa maksudnya kepada kami? Bagaimana pernyataan, "Alloy 123XYZ mempunyai resistensi 10.5 ohm-cmil per kaki, " unggul?

Soalan 15

Berdasarkan persamaan berikut, dapatkan satu persamaan yang menyatakan kebolehtelapan (μ) dari segi ketumpatan fluks (B) dan keamatan medan (H, atau dikenali sebagai daya magnetizing):

ℜ = F


Φ

ℜ = l


μA

H = F


l

B = Φ


A

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

μ = B


H

Nota:

Soalan ini adalah latihan dalam penggantian dan manipulasi algebra. Mungkin idea yang baik untuk menunjukkan bahawa persamaan berikut hanya sah untuk "solenoid" (gegelung dawai).

ℜ = l


μA

Dalam kes solenoid teras udara, formulanya adalah seperti berikut:

ℜ = l


μ 0 A

Di mana,

l = panjang gegelung gegelung dalam meter (m)

A = kawasan keratan rentas "kerongkong" dalam meter persegi (m 2 )

μ 0 = kebolehtelapan ruang bebas = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Soalan 16

Menggunakan lengkung BH diperolehi dari buku rujukan, tentukan jumlah daya magnetizing (H) yang diperlukan untuk menubuhkan kepadatan fluks magnet 0.2 T dalam torus besi tuang dengan luas keratan rentas 7 × 10 -4 meter persegi.

Kirakan jumlah arus yang diperlukan dalam gegelung dawai untuk menentukan jumlah fluks ini, jika gegelung mempunyai 250 putaran, dan torus mempunyai panjang laluan fluks purata 45 cm. Juga, hitung jumlah fluks magnet (Φ) di dalam torus.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

H = 400 Pada / m

I = 720 mA

Φ = 1.4 mWb

Nota:

Saya memperoleh angka kekuatan magnetizing 400 At / m untuk 0.2 T ketumpatan fluks, dari edisi ke-9 Robert L. Boylestad, halaman 437.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →