- •Лекция 13 Электромагнитная индукция Вопросы
- •Экстратоки замыкания и размыкания.
- •Явление взаимоиндукции. Трансформаторы.
- •Энергия магнитного поля.
- •1. Экстратоки замыкания и размыкания
- •2) Размыкание электрической цепи
- •2. Явление взаимоиндукции. Трансформаторы
- •3. Энергия магнитного поля
- •Глава 1. Электродинамика Магнитное поле
- •Глава 2. Электромагнитные колебания и волны
Лекция 13 Электромагнитная индукция Вопросы
-
Экстратоки замыкания и размыкания.
-
Явление взаимоиндукции. Трансформаторы.
-
Энергия магнитного поля.
1. Экстратоки замыкания и размыкания
Явления при замыкании и размыкании тока обусловлены индуктивностью цепи или самоиндукцией. Если изменять ток в цепи, то собственный магнитный поток изменяется, и в цепи, помимо ЭДС источника, начнет действовать электродвижущая сила самоиндукции. При этом в дополнение к питающему току источника пойдет ток, вызванный ЭДС самоиндукции. Этот ток называется экстратоком или индукционным током. По правилу Ленца индукционный ток должен препятствовать причине (изменению начального тока в катушке), его вызвавшей. Следовательно, при увеличении тока в цепи индукционный ток потечет навстречу, а при уменьшении – в том же направлении, что и первичный ток.
(1)
1) Замыкание электрической цепи
, при t = 0 I0 = 0 , (2)
, (3)
где установившийся ток;
время установления тока (время, за которое ток увеличивается в e раз).
2) Размыкание электрической цепи
, при t = 0 = 0 , (4)
(5)
В цепях с большими индуктивностями при резком замыкании и размыкании ЭДС самоиндукции резко возрастает (с >> ), что ведет к появлению экстратоков. Возрастание тока в цепи ведет к пробою изоляции и порче электроприборов, электрооборудования.
-
2. Явление взаимоиндукции. Трансформаторы
Рис. 5. Схема опыта по обнаружению
взаимоиндукции
,
,
где коэффициент взаимной индукции, Гн (генри).
На взаимоиндукции основано действие трансформаторов устройств, в которых преобразуется напряжение переменного тока.
Отношение напряжения сети к напряжению на нагрузке называется коэффициентом трансформации: K=U2/U1. При K>1 трансформатор – повышающий; при K<1 трансформатор – понижающий.
,
(6)
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора зависит от соотношения числа витков, знак минус говорит о том, переменные напряжения в обмотках противоположны по фазе.
Полученные соотношения применимы только к идеальному трансформатору. Причины потерь в реальном трансформаторе:
-
активное сопротивление обмоток;
-
индукционные токи в сердечнике (токи Фуко);
-
перемагничивание ферромагнитного материала сердечника.
Пренебрегая потерями энергии в реальном трансформаторе(1…2%), запишем равенство передаваемых мощностей на обмотках
, (7)
т.е. токи и напряжения в обмотке трансформатора обратно пропорциональны.
K > 1: повышающий трансформатор, N2 > N1, U2 > U1, I2 < I1,
K < 1: понижающий трансформатор, N2 < N1, U2 < U1, I2 > I1.
Трансформатор, состоящий из одной обмотки, называется автотрансформатором (для понижающего автотрансформатора энергия подводится ко всей обмотке, а снимается с части обмотки).
Рис.
7.
Условная схема высоковольтной линии
передачи электроэнергии