Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вихревые токи

Вихревые токи

Вихревые токи, или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревой [1] индукционный [2] объёмный электрический ток [3] , возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока действующего на них магнитного поля.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф. Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Фуко также открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под действием изменяющегося во времени (переменного) магнитного поля [4] и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в проводах и вторичных обмотках электрических трансформаторов.

Поскольку электрическое сопротивление массивного [5] проводника может быть мало, то сила индукционного электрического тока, обусловленного токами Фуко, может достигать чрезвычайно больших значений. В соответствии с правилом Ленца токи Фуко в объеме проводника выбирают такой путь, чтобы в наибольшей мере противодействовать причине, вызывающей их протекание. Поэтому, в частности, движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с внешним магнитным полем. Этот эффект используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других приборов без использования силы трения, а также в некоторых конструкциях тормозных систем железнодорожных поездов.

Содержание

  • 1 Применение
  • 2 Примечания
  • 3 Литература
  • 4 Ссылки

Применение [ править | править код ]

Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах, где в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в котором возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления. Подобным образом работают индукционные плиты, в которых металлическая посуда разогревается вихревыми токами, создаваемыми переменным магнитным полем катушки, расположенной внутри плиты.

С помощью токов Фуко осуществляется прогрев металлических частей вакуумных установок и радиоламп для их дегазации во время вакуумирования.

В соответствии с правилом Ленца вихревые токи протекают внутри проводника по таким путям и направлениям, чтобы своим действием возможно сильнее противиться причине, которая их вызывает. Вследствие этого при движении в магнитном поле на хорошие проводники действует тормозящая сила, вызываемая взаимодействием вихревых токов с магнитным полем. Этот эффект используется в ряде приборов для демпфирования колебаний их подвижных частей.

Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками (шихтовка). Появление ферритов сделало возможным изготовление этих сердечников сплошными.

Читайте так же:
Тепло выделенное электрическим током

Вихретоковый контроль — один из методов неразрушающего контроля изделий из токопроводящих материалов.

19. Основные закономерности цепей постоянного тока.

Основные законы цепей постоянного тока.

Электрическим током называется всякое упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве. Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике под действием электрического поля называется током проводимости. Упорядоченное движение электрических зарядов путем перемещения в пространстве заряженного тела называется конвекционным электрическим током. За направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. В действительности в металлических проводниках электрический ток создается движением электронов в противоположном направлении. Силой тока называется количество электричества, проходящее через поверхность за единицу времени. Плотностью тока называется величина тока, проходящего через единичную площадь. Ток называется постоянным, если его сила и направление не меняются с течением времени. Для постоянного тока Носителями тока в металлах являются электроны проводимости. В классическом приближении эти электроны рассматриваются как электронный газ.

Ома закон, устанавливает, что сила постоянного электрического тока I в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника:

1-е и 2-е правила Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа (Закон токов Кирхгофа, ЗТК) гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком):

Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует из закона сохранения заряда. Второй закон Кирхгофа (Закон напряжений Кирхгофа, ЗНК) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:

для пос тоянных напряжений

для переменных напряжений

Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Применение постоянного тока в технике и технологиях

Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.

Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами).

20. Основные закономерности цепей переменного тока..

Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени. Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила. Э.д.с, переменного тока определяется выражением:

Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока,

Читайте так же:
Автоматические выключатели только с тепловой защитой типа контакт

Закон Ома для цепей переменного тока

Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω, а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

U — напряжение или разность потенциалов,

Z — комплексное сопротивление (импеданс),

R — полное сопротивление,

Rr — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),

Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,

Последовательный и параллельный резонансы

По отношению к внешним цепям колебательный контур может быть последовательным, если он включен последовательно с источником переменного напряжения, или параллельным, если включен параллельно.

При совпадении частоты возбуждающего напряжения сопротивление последовательного контура уменьшается до значения его активного сопротивления, а для параллельного — возрастает, при этом в последовательном контуре напряжение на реактивных элементах — конденсаторе и индуктивности резко возрастает в Q раз, где Q — добротность контура, равная отношению реактивного сопротивления к активному в момент резонанса:

Для параллельного контура во столько же рве возрастает его сопротивление для внешнего возбуждающего источника.

Явление резонанса и его применение в технике и технологиях.

Резонансные цепи широко используются в радиотехнике для выделения из общего состава электромагнитных волн нужной частоты. Меняя величины емкости и индуктивности, можно колебательный контур настроить на любую частоту и тем самым выделить именно ее, отсеяв все остальные, поскольку энергия только этой частоты будет накапливаться в колебательном контуре и усиливаться, остальные частоты будут этим контуром подавляться.

21. Техническое использование переменного тока.

В связи с удобством преобразования из высокого напряжения, необходимого для передачи электроэнергии на большие расстояния, а низкое, необходимое для непосредственного использования в быту и в технике, переменный ток нашел широкое применение в промышленности и в быту. В промышленности переменный ток используется для литания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту — для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т. п.

22. Закон Фарадея и принцип действия электрических трансформаторов.

э.д.с. электромагнитной индукции Ei, в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фм сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

• Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

• Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

Читайте так же:
Выключатель тепловой завесы тепломаш

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Различают воздушные и кабельные линии электропередачи.

По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов и ВОЛС. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Применение теплового действия тока в быту технике

Однофазный переменный ток

Практически в домашних условиях применяют однофазный переменный ток, который получают с помощью генераторов переменного тока. Устройство и принцип действия этих генераторов основывается на явлении электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, проходящего через него. Это явление было открыто английским ученым М.Фарадеем (1791-1867) в 1831 г.
Переменный ток, используемый в производстве и быту, изменяется по синусоидальному закону:

i = Im · sin (2 ·π·f·t ),
где i — мгновенное значение тока;
Im — амплитудное (наибольшее) значение тока;
f — частота переменного тока;
t — время.

На рис. справа представлен график переменного тока и указаны амплитудные и мгновенное значения переменного тока в момент времени t .

Частота измеряется в герцах (Гц) в честь немецкого ученого Г. Герца (1857-1894). В сети переменного тока она равна 50 Гц. Частота переменного тока характеризует быстроту периодических процессов, число колебаний, совершаемых в единицу времени. Она измеряется с помощью специальных приборов — частотомеров.
Величина, обратная частоте, называется периодом колебания Т. Он равен для сети переменного тока 0,02 секунды.
Частота переменного тока зависит от частоты вращения ротора генератора и числа пар полюсов индуктора. Она определяется по формуле:

где p — число пар полюсов индуктора;
n — частота вращения ротора в минуту.
Если генератор имеет одну пару полюсов, то ротор такого генератора совершает 3000 об/мин для получения переменного тока частотой 50 Гц.
Переменный ток так же, как и постоянный ток, может производить тепловое действие. Накаливание волоска лампочки осуществляется как переменным, так и постоянным током. Поэтому, сравнивая тепловые эффекты постоянного и переменного токов ( Q = = Q _ ), получают соотношение между действующим (эффективным) и максимальным токами:

где I , U — действующие значения тока и напряжения;
Im , Um — максимальные значения тока и напряжения.

Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока или напряжения.

Переменный ток одного напряжения, в отличие от постоянного, легко преобразовать в переменный ток другого напряжения с помощью трансформатора.

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте тока. Трансформаторы широко используются при передаче и распределении электрической энергии переменного тока. Они бывают однофазные и трехфазные.

Читайте так же:
Мощность тепловых потерь источника тока

Однофазный трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток изолированного провода. Сердечник трансформатора делается из листов электротехнической стали и служит магнитопроводом. Листы стали изолируются лаком для уменьшения потери энергии в сердечнике. Обмотка, подключенная в сеть, называется первичной, а обмотка, с которой снимается напряжение, — вторичной. Трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная, являются повышающими, а трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет меньшее число витков, чем первичная, являются понижающими. Отношение числа витков W 1 и W 2 обеих обмоток трансформатора равно отношению напряжений U 1 и U 2 на зажимах обмоток и называется коэффициентом трансформации К , т. е.

Тема урока: «Действия электрического тока», 8класс

Черепахова М.И. учитель физики

«МБОУ СОШ №151 г. Челябинска»

УМК : « Физика» Автор: А.В.Перышкин

Место и роль урока в изучаемой теме: 7 урок по теме «Электрические явления»

Тип урока : урок открытия новых знаний; систематизации новых знаний

Цель урока: продолжить формировать понятие электрический ток; ознакомить с действиями электрического тока, практическим применением свойств электрического тока

Образовательные:

Продолжить формирование знаний об электрическом токе и его свойствах , применения этих свойств.

Воспитательные:

Продолжить формировать научное мировоззрение, самостоятельность мышления;

Продолжить формировать у учащихся положительного мотива учения через самостоятельный эксперимент и знаний о практических применения исследуемых явлений;

Продолжить формирование навыков общения и коллективной деятельности.

Развивающие :

Продолжить формировать умение наблюдать, сравнивать и делать выводы;

Развивать навыки проводить физические эксперименты;

Вырабатывать умение работать с табличным материалом.

Оборудование: компьютеры подключенные к интернет, мультимедийный проектор , экран,

Оборудование для работы в группах: 1 группа-батарейка 4,5 В, медный; коробка из пластмассы, электрический провод, компас, скотч

2 группа-батарейка на 4,5 В, ключ, медный изолированный провод, большой железный гвоздь, скотч, ножницы, коробочка булавок;

3 группа- деревянная дощечка, два тонких гвоздя, стальная проволока, батарейка на 4,5В;

4 группа- термометр, батарейка на 4,5В, тонкий медный провод, изолента;

5 группа- изолированный электрический провод, две батарейки на 4,5 В, два шурупа, стакан, вода, соль, небольшой кусок картона.

Физика А.В. 8кл: учебник/ А.В. Перышкин- М.: Дрофа,2014

Разработка уроков по физике 7-8 кл. Развитие интеллектуальных способностей учащихся/ Казакова Ю.В.-М.: ИЛЕКСА,2010

Физика 8 класс. Тесты/ Сыпченко Г.В.- Саратов: Лицей, 2012

Большая книга экспериментов для школьников/ Под. Ред. Антонеллы Мейяни: Пер. с ит. Э.И. Мотылевой.- М.: ЗОА «Росмэн — Пресс», 2008

Наглядные пособия.

Классная доска. Экран

Деятельность учителя

Деятельность ученика.

Цель: организация внимания школьников.

Здравствуйте! На прошлом уроке мы с вами начали разговор об очень важном, интересном и полезном явление — электрическом токе. А сегодня продолжим изучать «истины , за которые Архимед отдал бы жизнь»

Читайте так же:
Максимальный ток генератора тепловоза тэм 2

Повторение. Проверка домашнего задания.

Цель: проверка знаний полученных на предыдущих уроках, подготовка к восприятию нового материала.

Для того чтобы освоить важные истины, на необходимо проверить как вы помните материал прошлого урока.

Давайте ответим на вопросы.

1.Что такое электрический ток?

2.Можно ли считать тепловое движение электронов в проводнике электрическим током?

3.Каковы условия существования электрического тока в проводнике?

4.Является ли молния электрическим током?

5.Почему говорят, что металлы обладают электронной проводимостью?

6. Электрический сигнал, посланный по проводам из Москвы во Владивосток (8000км), приходит с запозданием на 0,003с. Что является причиной запоздания?

Отвечают на вопросы учителя. Слушают ответы одноклассников, при необходимости исправляют ошибки и неточности.

Постановка целей и задач урока

Цель: подготовить учащихся к восприятию новой темы]7

Итак, для возникновения тока необходимы свободные заряженные частицы и электрическое поле. Электрический ток возник. В этом можно убедиться по действиям тока. Рассмотрим эти действия, ведь мы каждый день сталкиваемся с проявлениями действия тока. А также рассмотрим пример того, как эти действия применяются в быту и технике.

Записывают тему урока в тетрадь

Первичное усвоение новых знаний

Цель: ознакомить обучающихся с действиями тока; продолжить формировать навыка выполнения опыта по описания и работы в группе

На сегодняшнем уроке мы выделим три действия тока: тепловое, химическое, магнитное.

На столе у каждой группы находиться набор для изучения разных действий тока с описанием. Вам необходим выполните опыт согласно описанию, определить к какое действие тока описывает Ваш опыт и попытаться объяснить результаты опыта.

Корректирует описание и результаты опыта.

Переносят таблицу в тетрадь. Знакомиться с описаниям опытов, оборудованием. Выполняют опыт. Определяют действие тока. Демонстрируют эксперимент другим группам, поясняя его и называя действие тока.

Применение полученных знаний

Цель: связать полученные знания о действиях тока с применение и проявлением этих действий на практике

У каждой группы на партах несколько описаний устройств, прибор или явлений. Необходимо выбрать те, которые относиться к вашему действию тока

Контролирует и корректирует работу групп и их доклад.

Знакомиться с описанием явлений, приборов, устройств и определяют к какое из описаний подходит к действию тока, которое группа демонстрировала в опыте. Рассказывают о результате соей работы другим группам.

Закрепление полученных знаний

Цель: закрепить изученный материал

Ребята, сейчас в своих тетрадях вам необходимо ответить на вопросы теста, а затем мы все вместе его проверим.

Учитель контролирует и корректирует работу над тестом

Проверяют и вносят исправления.

Учитель выставляет оценки за работу на уроке.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector