Rad gibljive struje u magnetskom polju. Rad pri pomicanju vodiča sa strujom u magnetskom polju
Na vodič kroz koji teče struja u magnetskom polju djeluju sile određene Amperovim zakonom (vidi §111). Ako vodič nije fiksiran (na primjer, jedna od strana kruga je napravljena u obliku pomičnog skakača, sl. 177), tada će se pod djelovanjem Amperove sile pomicati u magnetskom polju. Kao posljedica toga, magnetsko polje radi na pomicanju vodiča kroz koji teče struja.
Da biste odredili ovaj rad, razmotrite vodič duljine l sa strujom ja(može se slobodno kretati) postavljen u jednolično vanjsko magnetsko polje okomito na ravninu kruga. S onima prikazanim na sl. 177 smjerova struje i polja, sila, čiji je smjer određen pravilom lijeve ruke, a vrijednost Amperovim zakonom (vidi (111.2)), jednaka je
Pod utjecajem te sile, vodič će se pomaknuti paralelno sam sa sobom za segment Oh s pozicije 1 na poziciju 2. Rad magnetskog polja jednak je
dA=Fdx=IBldx =IB dS= ja dF,
jer l dx=dS - površina koju prolazi vodič kada se kreće u magnetskom polju, U dS=dF - tok vektora magnetske indukcije koji prodire u ovo područje. Tako,
d A=ja dF, (121.1)
odnosno rad gibanja vodiča s strujom u magnetskom polju jednak je umnošku jakosti struje i magnetskog toka, preko koje prelazi pokretni vodič. Dobivena formula vrijedi i za proizvoljan smjer vektora B.
Izračunajmo rad pomicanja zatvorene petlje sa DC ja u magnetskom polju. Pretpostavimo da sklop M kreće se u ravnini crteža i kao rezultat infinitezimalnog kretanja zauzet će položaj M", prikazano na sl. 178 isprekidana linija. Smjer struje u krugu (u smjeru kazaljke na satu) i magnetsko polje(okomito na ravninu crteža - iza crteža) naznačeno je na slici. krug M mentalno
Podijelimo ga na dva vodiča spojena na svojim krajevima: ABC I CDA.
Rad dA koji vrše Amperove sile tijekom razmatranog kretanja kruga u magnetskom polju jednak je algebarskom zbroju rada pri pomicanju LAN vodiča (dA 1 ) i CDA (dA 2 ), tj.
dA=dA 1 +dA 2. (121.2)
Sile primijenjene na područje CDA kontura, tvore oštre kutove sa smjerom kretanja, pa je rad koji obavljaju dA 2 >0. Prema (121.1) taj je rad jednak umnošku jakosti struje ja u strujnom krugu koji prelazi vodič CDA magnetski tok. Istraživač CDA pri svom kretanju siječe tok dF 0 kroz površinu izrađenu u boji i tok dF 2 probijajući konturu u konačnom položaju. Stoga,
d A 2 = ja(dF 0 + dF 2). (121.3)
Sile koje djeluju na LAN dio kruga formiraju se sa smjerom kretanja tupi kutovi, pa je posao koji obavljaju dA 1 <0. Tijekom svog kretanja LAN vodič prolazi tok dF 0 kroz površinu izrađenu u boji, te tok dF 1 probijajući krug u početnom položaju. Stoga,
d A 1 =ja(dF 0 + dF 1). (121.4)
Zamjenom (121.3) i (121.4) u (121.2) dobivamo izraz za elementarni rad:
d A=ja(dF 2 -dF 1),
gdje je dF 2 -dF 1 =dF"- promijeniti magnetski tok kroz područje ograničeno strujnim krugom. Tako,
d A=ja dF". (121.5)
Integriranim izrazom (121.5) određujemo rad Amperovih sila tijekom konačnog proizvoljnog gibanja kruga u magnetskom polju:
A=ja DF, (121.6)
tj. rad pomicanja zatvorene petlje strujom u magnetskom polju jednak je umnošku jakosti struje u vremenima petlje promjena magnetskog toka spregnut
s obrisom. Formula (121.6) ostaje važeća za krug bilo kojeg oblika u proizvoljnom magnetskom polju.
Kraj posla -
Ova tema pripada odjeljku:
Zakon održanja električnog naboja
Razmotrimo vezu između vektora E i D na granici između dva homogena izotropna dielektrika čije su dielektrične konstante e i e... odakle...
Ako trebate dodatne materijale o ovoj temi ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučamo pretraživanje naše baze radova:
Što ćemo učiniti s primljenim materijalom:
Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:
| Cvrkut |
Sve teme u ovom odjeljku:
Zakon održanja električnog naboja
Još u davna vremena znalo se da jantar, utrljan na vunu, privlači svijetle predmete. Engleski liječnik Gilbert (kraj 16. stoljeća) nazvao je tijela koja nakon trljanja mogu lako privući
Coulombov zakon
Zakon interakcije stacionarnih točkastih električnih naboja uspostavio je 1785. C. Coulomb koristeći torzijske vage slične onima (vidi §22) koje je koristio G. Cavendish za
Elektrostatičko polje. Jakost elektrostatskog polja
Ako se drugi naboj unese u prostor koji okružuje električni naboj, tada će na njega djelovati Coulombova sila; To znači da u prostoru koji okružuje električni naboji postoje
Princip superpozicije elektrostatičkih polja
Razmotrimo metodu za određivanje vrijednosti i smjera vektora intenziteta E u svakoj točki elektrostatskog polja stvorenog sustavom stacionarnih naboja q1
Tok vektora napetosti. Gaussov teorem za elektrostatičko polje u vakuumu
Izračunavanje jakosti polja sustava električnih naboja pomoću principa superpozicije elektrostatičkih polja može se znatno pojednostaviti uporabom onog kojeg je izveo njemački znanstvenik K. Gauss (
Primjena Gaussovog teorema na proračun nekih elektrostatičkih polja u vakuumu
1. Polje jednoliko nabijene beskonačne ravnine Beskonačna ravnina (sl. 126) nabijena je konstantnom površinskom gustoćom + s (s = dQ/dS-naboj koji dolazi
Rad na električnom polju. Kruženje vektora jakosti elektrostatskog polja
Ako se u elektrostatskom polju točkastog naboja Q od točke 1 do točke 2 po proizvoljnoj putanji (sl. 132) giba drugi točkasti naboj Q0, tada sila na
Potencijal elektrostatskog polja. Potencijalna razlika.
Tijelo koje se nalazi u potencijalnom polju silnica (a elektrostatsko polje je potencijalno) ima potencijalnu energiju zbog koje polje silnica vrši rad (vidi §12). Kao što je poznato
Napetost kao potencijalni gradijent. Ekvipotencijalne površine
Pronađimo odnos između intenziteta elektrostatskog polja, koji je njegova karakteristika snage, i potencijala, koji je energetska karakteristika polja. Raditi prema
Izračunavanje razlike potencijala iz jakosti polja
Gore utvrđena veza između jakosti polja i potencijala omogućuje nam da pronađemo razliku potencijala između dvije proizvoljne točke ovog polja koristeći poznatu jakost polja.
Vrste dielektrika. Vrste polarizacije
Dielektrik se (kao i svaka tvar) sastoji od atoma i molekula. Budući da je pozitivan naboj svih jezgri molekule jednak ukupnom naboju elektrona, molekula kao cjelina je električki neutralna. E
Polarizacija. Jakost polja u dielektriku. Slobodni i vezani troškovi. Dielektrična konstanta medija
Kada se dielektrik stavi u vanjsko elektrostatsko polje, on postaje polariziran, tj. dobiva dipolni moment različit od nule.
Električna pristranost. Gaussov teorem za elektrostatsko polje u dielektriku
Jakost elektrostatskog polja, prema (88.5), ovisi o svojstvima medija: u homogenom izotropnom sredstvu jakost polja E obrnuto je proporcionalna e. Vektor napetosti
Vodiči u elektrostatičkom polju
Ako vodič stavite u vanjsko elektrostatsko polje ili ga napunite, tada će naboje vodiča biti pod utjecajem elektrostatičkog polja, uslijed čega će se oni početi pomicati. Promijeniti
Električni kapacitet usamljenog vodiča
Razmotrimo usamljeni vodič, tj. e. vodič koji je odvojen od drugih vodiča, tijela i naboja. Njegov potencijal, prema (84.5), izravno je proporcionalan naboju vodiča. Od otprilike
Kondenzatori
Kao što se vidi iz § 93, da bi vodič imao veliki kapacitet, mora imati vrlo velike dimenzije. U praksi su međutim potrebni uređaji koji imaju mogućnost da
Energija sustava naboja, izoliranog vodiča i kondenzatora. Energija elektrostatskog polja
1. Energija sustava stacionarnih točkastih naboja.Sile elektrostatskog međudjelovanja su konzervativne (vidi § 83); dakle, sustav naboja ima potencijalnu energiju
Energija elektrostatskog polja.
Transformirajmo formulu (95.4), koja izražava energiju ravnog kondenzatora kroz naboje i potencijale, koristeći izraz za kapacitet ravnog kondenzatora (C = e0e/d) i vremena
Električna struja, jakost i gustoća struje
U elektrodinamici, dio proučavanja elektriciteta koji se bavi fenomenima
Vanjske sile. Elektromotorna sila i napon
Ako u strujnom krugu na nositelje struje djeluju samo sile elektrostatskog polja, tada se nositelji kreću (pretpostavlja se da su pozitivni) od točaka s većim potencijalom prema točkama s nižim potencijalom.
Ohmov zakon. Otpor vodiča
Njemački fizičar G. Ohm (1787-1854) eksperimentalno je utvrdio da jakost struje I koja teče kroz homogeni metalni vodič (tj. vodič u kojem ne djeluju vanjske sile)
Ohmov zakon za nejednolik dio strujnog kruga
Razmotrimo nejednolik dio kruga, gdje je efektivna emf. u odsječku 1-2 označavamo s ξ12, a razliku primijenjenu na krajevima odsječka
Rad i strujna snaga. Joule-Lenzov zakon
Promotrimo homogeni vodič na čije krajeve je doveden napon U. Za vrijeme At kroz presjek vodiča prolazi naboj dq = Idt. Budući da je struja
Kirchhoffova pravila za razgranate lance
Generalizirani Ohmov zakon (vidi (100.3)) omogućuje vam izračunavanje gotovo bilo kojeg složenog kruga. Međutim, izravan izračun razgranatih krugova koji sadrže nekoliko zatvorenih petlji (petlje mogu
Rad izlaza elektrona iz metala
Kao što iskustvo pokazuje, slobodni elektroni na uobičajenim temperaturama praktički ne napuštaju metal. Posljedično, mora postojati usporavajuće električno polje u površinskom sloju metala, sprječavajući
Fenomeni emisije i njihova primjena
Ako elektronima u metalima damo energiju potrebnu za svladavanje rada rada, tada dio elektrona može napustiti metal, što rezultira pojavom emisije elektrona, ili
Ionizacija plinova. Nesamoodrživo plinsko pražnjenje
Plinovi su dobri izolatori pri temperaturama koje nisu previsoke i pri tlakovima bliskim atmosferskom. Ako nabijeni elektrometar s dobrom izolacijom postavite u suhi atmosferski zrak
Samoodrživo plinsko pražnjenje i njegove vrste
Pražnjenje u plinu koje traje nakon što vanjski ionizator prestane raditi naziva se samopražnjenje. Razmotrimo uvjete za pojavu samoodrživog pražnjenja. Kako to
Plazma i njena svojstva
Plazma je visoko ioniziran plin u kojem su koncentracije pozitivnih i negativnih naboja gotovo jednake. Postoje plazme visoke temperature,
Magnetsko polje i njegove karakteristike
Iskustvo pokazuje da, kao što se u prostoru oko električnih naboja javlja elektrostatičko polje, tako se u prostoru oko struja i trajnih magneta javlja
Biot-Savart-Laplaceov zakon i njegova primjena na proračun magnetskog polja
Magnetsko polje istosmjernih struja različitih oblika proučavali su francuski znanstvenici J. Biot (1774-1862) i F. Savard (1791 -1841). Rezultate ovih eksperimenata sažeo je izvanredni francuski matematičar
Amperov zakon. Međudjelovanje paralelnih struja
Magnetsko polje (vidi § 109) ima orijentacijski učinak na okvir sa strujom. Posljedično, zakretni moment koji doživljava okvir rezultat je djelovanja sila na njegove pojedinačne elemente. Sažeti
Magnetska konstanta. Jedinice magnetske indukcije i jakosti magnetskog polja
Ako su dva paralelna vodiča s strujom u vakuumu (m=1), tada je sila međudjelovanja po jedinici duljine vodiča, prema (111.5), jednaka
Magnetsko polje pokretnog naboja
Svaki vodič kroz koji teče struja stvara magnetsko polje u okolnom prostoru. Električna struja je
Djelovanje magnetskog polja na pokretni naboj
Iskustvo pokazuje da magnetsko polje ne djeluje samo na vodiče s strujom (vidi §111), već i na pojedinačne naboje koji se kreću u magnetskom polju. Sila koja djeluje na električni naboj Q je
Gibanje nabijenih čestica u magnetskom polju
Izraz za Lorentzovu silu (114.1) omogućuje nam da pronađemo niz obrazaca gibanja nabijenih čestica u magnetskom polju. Smjer Lorentzove sile i smjer otklona nabijenog naboja uzrokovanog njom
Akceleratori nabijenih čestica
Akceleratori nabijenih čestica su uređaji u kojima se pod utjecajem električnih i magnetskih polja snopovi visokoenergetskih nabijenih čestica (npr.
Hall efekt
Hallov efekt (1879.) je pojava u metalu (ili poluvodiču) s gustoćom struje j, postavljenom u magnetsko polje B, električnog polja u smjeru
Kruženje vektora B za magnetsko polje u vakuumu
Slično kruženju vektora jakosti elektrostatskog polja (vidi § 83), uvodimo kruženje vektora magnetske indukcije. Kruženje vektora B duž zadane zatvorene petlje
Magnetsko polje solenoida i toroida
Izračunajmo, koristeći teorem o cirkulaciji, indukciju magnetskog polja unutar solenoida. Razmotrimo solenoid duljine l,
Vektorski tok magnetske indukcije. Gaussov teorem za polje B
Tok vektora magnetske indukcije (magnetski tok) kroz područje dS je skalarna fizikalna veličina jednaka dFB=B
Magnetski momenti elektrona i atoma
Pri razmatranju utjecaja magnetskog polja na vodiče kroz koje teče struja i na pokretne naboje, nisu nas zanimali procesi koji se odvijaju u materiji. Svojstva medija formalno su uzeta u obzir pomoću magneta
Dia- i paramagnetizam
Svaka tvar je magnetska, tj. To jest, sposoban je steći magnetski moment (magnetizaciju) pod utjecajem magnetskog polja. Za razumijevanje mehanizma ovog fenomena potrebno je
Magnetizacija. Magnetsko polje u tvari
Kao što je polarizacija uvedena za kvantitativni opis polarizacije dielektrika (vidi §88), za kvantitativni opis magnetiziranja magneta uvodi se vektorska veličina -
Feromagneti i njihova svojstva
Uz dvije razmatrane klase tvari - dija- i paramagnetske tvari, koje se nazivaju slabo magnetske tvari, postoje i jako magnetske tvari - feromagnetske tvari
Priroda feromagnetizma
Razmatrajući magnetska svojstva feromagneta, nismo otkrili fizikalnu prirodu ovog fenomena. Deskriptivnu teoriju feromagnetizma razvio je francuski fizičar P. Weiss (1865-1940).
Faradayev zakon i njegovo izvođenje iz zakona održanja energije
Sumirajući rezultate svojih brojnih eksperimenata, Faraday je došao do kvantitativnog zakona elektromagnetske indukcije. Pokazao je da kad god postoji promjena u strujnom krugu
Rotacija okvira u magnetskom polju
Fenomen elektromagnetske indukcije koristi se za pretvaranje mehaničke energije u električnu. U tu svrhu koriste se generatori čiji je princip rada
Induktivitet petlje. Samoindukcija
Električna struja koja teče u zatvorenom krugu stvara oko sebe magnetsko polje čija je indukcija, prema Biot-Savart-Laplaceovom zakonu (vidi (110.2)), proporcionalna struji. Povezan sa sklopom ma
Struje pri otvaranju i zatvaranju kruga
Pri svakoj promjeni jakosti struje u vodljivom krugu javlja se emf. samoindukcija, zbog čega se u krugu pojavljuju dodatne struje koje se nazivaju strujama ekstrasamoindukcije.
Uzajamna indukcija
Razmotrimo dvije fiksne konture (1 do 2), smještene prilično blizu jedna drugoj (slika 184). Ako struja I1 teče u krugu 1, tada je stvoreni magnetski tok
transformatori
Princip rada transformatora koji se koriste za povećanje ili smanjenje napona izmjenične struje temelji se na pojavi međusobne indukcije. Transformatori su prvi put dizajnirani i uvedeni u
Energija magnetskog polja
Vodič kroz koji teče električna struja uvijek je okružen magnetskim poljem, a magnetsko polje se pojavljuje i nestaje zajedno s pojavom i nestankom struje. Magnetsko polje poput
Vrtložno električno polje
Iz Faradayeva zakona ξ=dF/dt slijedi da svaka promjena toka magnetske indukcije povezana s krugom dovodi do pojave elektromotorne sile indukcije i, kao rezultat,
Prednaponska struja
Prema Maxwellu, ako bilo koje izmjenično magnetsko polje pobuđuje vrtložno električno polje u okolnom prostoru, tada mora postojati i suprotni fenomen: svaka promjena u električnom
Maxwellove jednadžbe za elektromagnetsko polje
Maxwellovo uvođenje koncepta struje pomaka dovelo ga je do dovršetka jedinstvene makroskopske teorije elektromagnetskog polja koju je stvorio, što je omogućilo s jedinstvenog gledišta ne samo da se objasni električni
Eksperimentalna proizvodnja elektromagnetskih valova
Postojanje elektromagnetskih valova - izmjeničnog elektromagnetskog polja koje se širi u prostoru konačnom brzinom - proizlazi iz Maxwellovih jednadžbi (vidi.
Diferencijalna jednadžba elektromagnetskog vala
Kao što je već naznačeno (vidi §161), jedna od najvažnijih posljedica Maxwellovih jednadžbi (vidi §139) je postojanje elektromagnetskih valova. Može se pokazati da za homogenu i izotropnu
Energija elektromagnetskih valova. Puls elektromagnetskog polja
Sposobnost otkrivanja elektromagnetskih valova ukazuje na to da oni prenose energiju. Volumetrijska gustoća w energije elektromagnetskih valova sastoji se od volumetrijskih gustoća wel
Dipolno zračenje. Primjena elektromagnetskih valova
Najjednostavniji odašiljač elektromagnetskih valova je električni dipol, čiji se električni moment mijenja s vremenom prema harmonijskom zakonu p = p
Zbog sila koje u magnetskom polju djeluju na vodič kroz koji teče struja, vodič kroz koji teče struja, krećući se u smjeru tih sila, može proizvesti rad. Tako se strujna energija pretvara u mehaničku energiju koja se koristi u elektromotorima i raznim elektrodinamičkim uređajima.
Zakon pretvaranja električne energije u mehaničku energiju može se izvesti iz Amperove formule. Da bismo to učinili, izračunajmo rad koji obavi strujni krug ili dio strujnog kruga kada se kreće pod utjecajem sila uzrokovanih vanjskim magnetskim poljem. Proračun je najjednostavniji u slučaju uniformnog polja.
Razmotrimo eksperimentalni dijagram prikazan na sl. 272. Struja teče kroz tračnice i kroz cilindar.Cilindar se može slobodno kotrljati po tračnicama. Ako se stvori jednoliko magnetsko polje okomito na ravninu u kojoj se nalaze tračnice, tada će na cilindar okomito na njegovu duljinu djelovati sila u smjeru koji pokazuje ispruženi palac lijeve ruke. Veličina te sile, ako je trenutna veličina izražena u CGSM jedinicama, određena je formulom (3):
Ovdje je magnetska propusnost medija (u ovom slučaju zrak se može smatrati jednakim jedinici), jakost polja i duljina cilindra u centimetrima.
Riža. 272. Za izračunavanje rada struje.
Neka se pod utjecajem te sile cilindar pomiče iz položaja u položaj za neki put. Obavljeni rad u tom slučaju očito će se izraziti formulom ili, prema tome,
Ali postoji indukcija magnetskog polja B. Proizvod je područje pravokutnika koje opisuje vodič tijekom njegovog kretanja. Stoga umnožak predstavlja tok magnetske indukcije koji prolazi kroz područje koje opisuje vodič. Stoga se gornja formula, koja određuje rad pri pomicanju strujnog kruga u magnetskom polju, može napisati na sljedeći način:
Ako se trenutna vrijednost mjeri ne u CGSM jedinicama, već u amperima, tada
Ove jednadžbe pokazuju da je rad koji izvrši struja u magnetskom polju jednak veličini struje pomnoženoj s povećanjem indukcijskog toka kroz područje y usmjereno strujom.
Vodič je tijekom svog kretanja prešao preko indukcijskih vodova. Stoga možemo reći da je rad struje u magnetskom polju jednak veličini struje pomnoženoj s brojem indukcijskih linija koje vodič prijeđe tijekom svog kretanja.
Sve ovo vrijedi ne samo za slučaj jednolikog polja, nego općenito za najopćenitiji slučaj gibanja vodiča proizvoljnog oblika u bilo kojem magnetskom polju.
Ako je vodič kroz koji teče struja "opterećen" mehaničkim otporom, koji svladava pod utjecajem elektrodinamičkih sila, i kreće se u magnetskom polju bez akceleracije, tada sav rad određen formulom (5) ide na svladavanje
mehanička otpornost. Kada je opterećenje manje od pogonskih elektrodinamičkih sila, vodič kroz koji teče struja dobiva akceleraciju u magnetskom polju, a dio energije određene formulom (5) pretvara se u kinetičku energiju gibanja vodiča. Oba ova slučaja ostvaruju se kod elektromotora: prvi kada je motor pod normalnim opterećenjem, drugi kada je elektromotor podopterećen. Moguć je i treći slučaj, kada elektrodinamičke sile nadvladaju jače mehaničke sile koje djeluju na vodič, tako da se kretanje vodiča u magnetskom polju događa pod utjecajem mehaničkih sila i to u smjeru izravno suprotnom od smjera određena pravilom lijevog dlana. I u ovom slučaju, kao što je objašnjeno u sljedećem poglavlju, formula (5) ostaje važeća kao formula koja određuje pretvorbu mehaničke energije u električnu (elektromotor se pretvara u električni generator).
Riža. 273. Dijagram koji objašnjava princip rada istosmjernog motora s paralelnom uzbudom elektromagneta (skretni motor).
Prvi u svijetu praktično uporabljiv elektromotor s kontinuiranom rotacijom rotora ("armature") izumio je i izradio 1834. ruski znanstvenik Boris Semenovič Jacobi. Prije Jacobija svi su inozemni izumitelji išli krivim putem, pokušavajući konstruirati elektromotor koji se temelji na recipročnom gibanju.
Princip rada elektromotora je objašnjen na sl. 273. Između cilindrično konkavnih polova jakog elektromagneta nalazi se pravokutni vodič koji se može slobodno okretati oko osi (os i ležajevi nisu prikazani na slici). Struja se dovodi do vodiča kroz dvije takozvane četkice, koje dodiruju dva poluprstena spojena na vodič, koji se nazivaju kolektor. Primjenom pravila lijevog dlana nije teško uvidjeti da je u položaju prikazanom na slici gornji dio A pravokutnog vodiča pod utjecajem sile usmjerene ulijevo, a donji dio B pod utjecajem sile usmjerene udesno. Ovaj par sila će rotirati vodič sve dok njegova ravnina ne bude vodoravna. Od trenutka kada je vodič u vodoravnom položaju, njegovu rotaciju, koja se nastavlja inercijom, počeli bi usporavati sile suprotnog smjera. Ali upravo u tom trenutku se automatski mijenja smjer struje u vodiču, budući da će sada gornja četkica biti u kontaktu s poluprstenom koji je pričvršćen na dio B vodiča, dok će vodič A sada biti opskrbljen struja iz donje četke. Zahvaljujući ovoj promjeni smjera struje, zadržat će se prethodni smjer para sila koje okreću vodič. To rezultira kontinuiranom rotacijom vodiča kroz koji teče struja u magnetskom polju.
Označimo slovom tok indukcije kroz područje koje okružuje vodič u položaju vodiča kada je njegova ravnina okomita na smjer silnica polja. Sa svakim poluokretom vodiča dio, kao i drugi njegov dio B, prelazi indukcijske vodove, pa stoga svaki od tih dijelova vodiča sa svakim poluokretom
proizvodi rad erga (veličina struje I ovdje je izražena u jedinicama CGSM). To znači da svaki zavoj armaturnog namota motora proizvodi rad ergova pri punom okretaju armature.
Ako se namot armature sastoji od zavoja i ako kotva napravi 1 okretaj u minuti, tada je rad koji armatura izvrši u 1 sekundi jednak ergu. Dogovorimo se da trenutnu vrijednost izrazimo u amperima, a zatim dobiveni izraz moramo podijeliti s 10.
Da bismo snagu motora predstavili u konjskim snagama, rad najprije izrazimo u džulima, za što dobiveni izraz podijelimo s tada, da bismo rad izrazili u kilogram metrima, dobiveni izraz podijelimo s još 9,81 i / na kraju, uzimajući u obzir da snaga jednaka, dobiveni izraz ponovno podijelimo sa 75. Dakle, nalazimo da je pri struji od I ampera snaga motora jednaka
Na sl. 274 uz prethodnu sliku prikazuje kako nastalo polje elektromagneta i armature stvara par sila koje okreću armaturu motora.
Riža. 274. Deformacija jednolikog magnetskog polja uzrokovana strujom u armaturnom namotu motora.
Ovdje su prikazana dva zavoja armature i, sukladno tome, četiri sektora kolektora. Na slici a vidimo da polje, koje bi bilo jednoliko u odsutnosti struje u armaturi, postaje nehomogeno kada se kombinira sa strujnim poljem u zavojnici. Bočni tlak i napetost u linijama sila ovog sada nehomogenog polja stvara par sila, koje u prikazanom slučaju okreću sidro u smjeru kazaljke na satu. Laganom rotacijom armature, kao što je prikazano na slici, struja se više ne dovodi do vodiča, već do vodiča, čime se zadržava deformacija polja iste vrste, ali već blizu vodiča 2. Armatura se opet nalazi pod utjecajem sila koje ga okreću u smjeru kazaljke na satu.
U početku su elektromotori koristili I-grede, dvostruke I-grede i druga sidra koja nisu davala konstantan, tj. neovisno o kutu rotacije, moment rotacijskih sila. Elektromotor je radio u trzajima, koji su morali biti izglađeni pomoću zamašnjaka. Drugi veliki
Nedostatak u početku korištenih armatura bilo je slabo zatvaranje protoka magnetske indukcije kroz njih, što je uvelike smanjivalo učinkovitost elektromotora.
Trenutno svi više ili manje veliki elektromotori koriste takozvane armature bubnja, koje je izumio P. N. Yablochkov (Yablochkovljevu publikaciju koristio je Gefner Altenek, koji je dobio patent). Na sl. 275 prikazuje dijagram armature bubnja.
Namotaj rotora bubnja izveden je tako da kroz sve žice koje se nalaze na lijevoj strani cilindra struja teče u jednom smjeru, a kroz sve žice koje se nalaze na desnoj strani cilindra teče u suprotnom smjeru. . Budući da su linije magnetskog polja usmjerene s lijeva na desno za slučaj prikazan na slici, svi vodiči koji se nalaze s lijeve strane pomicat će se prema gore. To stvara par sila koje uzrokuju rotaciju armature u smjeru kazaljke na satu. Kada se armatura okreće, ništa se ne mijenja u relativnom položaju namota i polja.
Riža. 275. Dijagram armature bubnja.
U onim trenucima kada magnetsko polje ne djeluje na jedan dio zavoja, ono djeluje najvećom pogonskom silom na druge zavoje. Kao rezultat toga, ukupna sila koja rotira armaturu bubnja ostaje konstantna cijelo vrijeme.
Namatanje armature bubnja je složeno. Pojednostavljeni model nekoliko zavoja namota armature bubnja prikazan je na sl. 276.
Riža. 276. Model više zavoja namota armature bubnja.
Namot se postavlja u utore jezgre, koja je izrađena od limova željeza ili posebnog (mekog magnetskog) čelika, izoliranog lakom ili papirnatim jastučićima.
Kada se vodiči s strujom kreću pod utjecajem magnetskog polja, ispada da veličina struje ovisi o brzini kretanja vodiča. Za elektromotore ova je okolnost glavni čimbenik koji određuje njihov način rada.
Kada stalna struja teče u lancu nepokretnih vodiča "prve vrste", tj. onih vodiča koji ne doživljavaju kemijske promjene pod utjecajem struje (metali i općenito tvari s elektronskom vodljivošću), tada sva energija struja se u potpunosti oslobađa u obliku topline. Pod pretpostavkom da je toplina izražena u džulima, struja u amperima, a napon u voltima, možemo napisati da
Situacija je drugačija u slučaju da se vodič kreće pod utjecajem magnetskog polja. Svaki dio takvog vodiča koji se kreće u magnetskom polju proizvodi rad jednak umnošku sile kojom polje djeluje na njega i pomaka koji doživljava u smjeru te sile. Vodič kao cjelina proizvodi rad određen formulom (5). Ovaj rad može ići prema svladavanju nekog otpora ili se može pretvoriti u kinetičku energiju kretanja vodiča. Očito je da se mora pripisati ukupni rad svih dionica struje koje se kreću pod utjecajem polja, kao i toplina koju struja oslobađa zbog energije struje. Prema tome, u ovom općenitijem slučaju
Toplina koju stvara struja proporcionalna je otporu vodiča: Jasno je da otpor vodiča, kada se vodič počne gibati pod utjecajem polja, ostaje nepromijenjen. Ali energija struje se djelomično troši na rad koji proizvodi struja, pa se stoga u vodiču koji se kreće pod utjecajem polja, tijekom vremena oslobađa manje topline pri danom naponu struje koja se dovodi u vodič nego u “neradni” stacionarni vodič. Smanjenje topline, dok naizgled ostaje konstantno tijekom istog vremena, ukazuje na smanjenje veličine struje
To znači da kada se, pod utjecajem polja, vodič kroz koji teče struja počne gibati, u njemu se javlja reverzna elektromotorna sila koja smanjuje jačinu struje.
Zamjenom u formulu (6) izraza za A prema formuli (5) i dijeljenjem dobivene jednadžbe s nije teško odrediti vrijednost inverzne elektromotorne sile; to dovodi do Faradayeva zakona elektromagnetske indukcije, koji je detaljno objašnjen u sljedećem poglavlju.
Dakle, kada se vodič giba sa strujom u magnetskom polju, u svim slučajevima gdje je to gibanje uzrokovano djelovanjem magnetskog polja na struju, u vodiču se inducira reverzna elektromotorna sila, tj. elektromotorna sila usmjerena suprotno od napon primijenjen na vodič. Električna energija utrošena na svladavanje te elektromotorne sile, tj. na održavanje konstantne vrijednosti struje u vodiču pri gibanju u odnosu na magnetsko polje, u konačnici se daje u obliku rada, dok se drugi dio električne energije doveden vodiču troši pri svladavanju omskog otpora vodiča, odaje se u obliku topline. Neki dio elektriciteta od trenutka nastanka struje ostaje stalno povezan s magnetskim poljem struje.
Pojava reverzne elektromotorne sile u namotu rotirajuće armature elektromotora i svladavanje te elektromotorne sile vanjskim električnim naponom je najbitnija, glavna karika u pretvorbi električne energije u mehaničku energiju vrtnje elektromotora. armatura.
Kako bi se smanjilo rasipno stvaranje topline strujom, namot rotora elektromotora izrađen je od debelih bakrenih žica, tako da je otpor cijelog ovog namota obično desetinke oma. Stoga se kod pokretanja motora s paralelnom pobudom (motor za usklađivanje) struja dovodi do armature preko startnog reostata. S povećanjem broja okretaja armature, kada se struja u njoj smanjuje zbog povećanja reverzne elektromotorne sile, reostat se postupno isključuje.
Shunt motori su neosjetljivi na promjene mehaničkog opterećenja: s najvećim fluktuacijama opterećenja (od praznog hoda do normalnog opterećenja), brzina rotora ostaje gotovo konstantna. Istodobno, brzina vrtnje u ovim motorima može se lako prilagoditi; za to se, uz početni reostat spojen na armaturni krug, koristi drugi regulacijski reostat, preko kojeg se mijenja veličina struje razgranate za pobudu elektromagneta. Navedena svojstva: siguran rad u praznom hodu, održavanje gotovo konstantne brzine tijekom iznenadnih fluktuacija opterećenja i jednostavan način regulacije brzine promjenom količine struje koja napaja elektromagnete, osigurali su široku upotrebu shunt motora za pogon raznih strojeva i alata .
No shunt motori su neprikladni u slučajevima kada je potrebno da prilikom pokretanja motor odmah razvije veliki mehanički moment. U takvim slučajevima (a oni su također vrlo brojni) koriste se serijski pobuđeni motori (serijski motori), kod kojih namot elektromagneta nije spojen paralelno s namotom armature, kao što je prikazano na sl. 273, i u nizu s njim. Kod sporednih motora za pobudu elektromagneta račva se struja koja iznosi nekoliko postotaka struje u armaturi (namot elektromagneta je od velikog broja zavoja tanke žice), a kod serijskih motora struja iste veličine prolazi kroz namote armature i elektromagneta (stoga je u ovom slučaju namot elektromagneta izrađen od relativno malog broja zavoja debele žice). Serijski motori pri pokretanju odmah razvijaju veliki mehanički moment, pa su nezamjenjivi kao vučni motori za tramvaje, električne lokomotive željeznica, za dizalice, valjaonice, kada je potrebno savladati najveće otpore pri pokretanju. Ali oni su nezgodni za pogon alatnih strojeva, jer kako se opterećenje smanjuje, njihova brzina naglo raste i, u praznom hodu, prelazi dopuštenu granicu - motor, kako kažu, "podivlja".
U praksi se kao vučni motori često koriste elektromotori s kombiniranim namotom elektromagneta: jedan namot spojen je paralelno s namotom armature, drugi u seriju s njim (složeni elektromotori).
Serijski uzbuđen istosmjerni motor može raditi i s izmjeničnom strujom. Zbog činjenice da se u ovom slučaju, kada se promijeni smjer struje u armaturi, polaritet elektromagneta istodobno mijenja, smjer rotacije se ne mijenja. Motori ove vrste, ali strukturno prilagođeni za rad na izmjeničnu struju, nazivaju se kolektorski motori.
Serijski motori koji se koriste na električnim željeznicama obično imaju snagu od 100 do 1000-3000 KS. S. a napajaju se istosmjernom strujom 500-5000 V. Upravljanje motorom na električnim željeznicama iu mnogim tvornicama provodi se uključivanjem i podešavanjem pomoćnog
relativno slaba struja koja pokreće posebne sklopke (tzv. kontaktore) na motorima i reostatima. Za pogon velikih valjaonica, kao iu brodskim instalacijama (gdje se stvaranjem istosmjerne struje najlakše rješava problem zajedničkog rada 10-20 dizelskih motora), koriste se istosmjerni motori snage desetaka tisuća konjskih snaga.
Sićušni električni motori (ponekad veličine samo nekoliko kubičnih centimetara) također se naširoko koriste; koriste se u raznim kontrolnim mehanizmima.
Na vodič kroz koji teče struja u magnetskom polju djeluju sile (Amperove sile). Ako vodič nije fiksiran, tada će se pod utjecajem tih sila kretati u magnetskom polju. Pronađimo izraz za rad obavljen tijekom ovog pokreta.
Riža. 3.25 Gibanje vodiča s strujom u magnetskom polju
Razmotrimo krug s pokretnim dijelom duljine , kroz koji teče struja ja. Krug se nalazi u ravnini crtanja i nalazi se u jednoličnom magnetskom polju s indukcijom usmjerenom okomito na ravninu crtanja od nas. Amperova sila koja djeluje na pokretni dio usmjerena je udesno. Pod utjecajem te sile pokretna sekcija pomakne se iz položaja 1 u položaj 2 za neki put.
U ovom slučaju bit će obavljen elementarni posao
gdje je tok koji prelazi vodič dok se kreće.
Tako, rad pri gibanju vodiča sa strujom u magnetskom polju jednak je umnošku jakosti struje i količine toka magnetske indukcije prijeđenog tijekom gibanja.
Razmotrili smo poseban slučaj ravnog vodiča koji se nalazi u jednoličnom magnetskom polju okomito na vodič. Ali može se pokazati da rezultirajuća formula (3.55) vrijedi i za slučaj nejednolikog polja, proizvoljnog smjera i vodič proizvoljnog oblika.
Razmotrimo sada kretanje zatvorene petlje sa strujom u magnetskom polju. Neka se kontura nalazi okomito na crtež, a indukcijske linije nehomogenog magnetskog polja leže u ravnini crteža.
Riža. 3.26 Pomicanje zatvorene petlje u nejednolikom polju
Zatvorena kontura kreće se iz položaja 1 u položaj 2. Može se pokazati da će u tom slučaju elementarni rad pomicanja konture biti izražen formulom (3.55). Samo će značenje vrijednosti dF biti drugačije. Ovdje dF predstavlja promjenu magnetskog toka kroz krug kada se pomiče infinitezimalno za iznos d x.
Ako se struja u strujnom krugu ne mijenja, tada integracijom izraza (3.55) nalazimo rad koji se izvrši pri konačnom kretanju kruga u magnetskom polju iz položaja 1 u položaj 2.
; (3.56)
Rad pri pomicanju zatvorene petlje kroz koju prolazi istosmjerna struja u magnetskom polju jednak je umnošku jakosti struje i promjene magnetskog toka kroz površinu omeđenu petljom.
Formula za rad dobivena je razmatranjem translatornog gibanja kruga sa strujom. Međutim, može se pokazati da formula (3.57) uvijek vrijedi, bez obzira na razloge koji uzrokuju promjenu protoka kroz krug.
. (3.58)
Iz formule za protok (3.58) jasno je da se protok kroz krug može mijenjati: pri promjeni (npr. kretanje u nejednolikom magnetskom polju); kada se mijenja (oblik konture); zbog kuta između i (kod rotacije konture). U svim ovim slučajevima rad će također biti izražen formulom (3.57).
Rad Amperovih sila pri pomicanju i rotaciji kruga koji sadrži nekoliko zavoja sa strujom u magnetskom polju od položaja 1 do položaja 2
gdje je jakost struje koja teče u krugu; i – protočno povezivanje kruga u početnom i krajnjem položaju. Struja u krugu mora biti konstantna tijekom cijelog procesa kretanja.