Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Рыс. 9
В . Гэта азначае, што пры вярчэн
ні шрубы з левай нарэзкай у напрамку ліній напружанасці электрычнага поля паступальнае перамяшчэнне шрубы супадае з напрамкам вектара магнітнай індукцыі (гл. оыс. 9). Наадварот, пры ўбыванні магнітнан індукцыі Нр<0 напрамак вектара напружанасці ЎГўтварае правую шрубу з напрамкам вектара В.
Напрамак сілавых ліній напружанасці Е супадае з напрамкам індукцыйнага току. Сіла, якая дзейнічае з боку віхравога электрычнага поля на зарад q (пабочная сіла) паранейшаму роўна: F = qE. Але ў адрозненне ад стацыянарнага электрычнага поля работа віхравога поля на замкнутым шляху не роўна нулю. Бо пры перамяшчэнні зараду ўздоўж замкнутай лініі напружанасці электрычнага поля (гл. рыс. 9) работа на ўсіх участках шляху мае адзін і той жа знак, паколькі сіла і перамяшчэнне супадаюць па напрамку. Работа віхравога электрычнага поля пры персмяшчэнні адзінкаваёа дадатнала зараду ўздоўж замкнутага нерухомага правадніка колькасна роўна ЭРС індукцыі ў гэтым правадніку.
Індукцыйныя токі ў масіўных правадніках. Асабліва вялікай велічыні індукцыйныя токі дасягаюць у масіўных правадніках, зза таго, што іх супраціўленне малое.
Гэтыя токі, якія называюцца токамі Фуко па імені даследаваўшага іх французскага фізіка, можна выкарыстаць для награвання праваднікоў. На гэтым прынцыпе заснавана будова індукцыйных печаў. Асабліва шырокае прымяненне гэтыя печы атрымалі для плаўлення металаў у вакууме.
13
Аднак у многіх распаўсюджаных прыстасаваннях узнікненне токаў Фуко прыводзіць да дарэмных страт энергіі на вылучэнне цеплыні. Таму жалезныя стрыжні трансфарматараў, электрарухавікоў, генератараў і г. д. робяць не суцэльнымі, а з асобных пласцін, ізаляваных адна ад адной. Паверхні пласцін павінны быць перпендыкулярныя да напрамку вектара напружання віхравога электрычнага поля. Супраціўленне электрычнаму току пласцін будзе пры гэтым максімальным.
Прымяненне ферытаў. Радыёэлектронная апаратура працуе ў галіне вельмі высокіх частот (мільёны ваганняў у секунду). Тут прымяненне стрыжняў шпуль з асобных пласцін ужо не дае патрэбнага эфекту, паколькі вялікія токі Фуко ўзнікаюць у кожнай пласціне.
У § 66 падручніка фізікі для X класа адзначалася, што існуюць магнітныя ізалятары — ферыты. Пры перамагнічванні ў ферытах не ўзнікаюць віхравыя токі. У выніку страты энергіі на вылучэнне цеплыні ў іх зводзяцца да мінімуму. Таму з ферытаў робяць стрыжні высокачастотных трансфарматараў, магнітныя антэны транзістараў і інш. Ферытавыя стрыжні вырабляюць з сумесі парашкоў зыходных рэчываў. Сумесь прасуюць і тэрмічна апрацоўваюць.
Вельмі істотна, акрамя таго, пры хуткім змяненні магнітнага поля ў звычайным ферамагнетыку ўзнікаюць індукцыйныя токі, магнітнае поле якіх па правілу Ленца перашкаджае змяненню магнітнага патоку ў стрыжні шпулі. 3за гэтага паток магнітнай індукцыі практычна не мяняецца і стрыжань не перамагнічваецца. У ферытах віхравыя токі вельмі малыя, і таму іх можна вельмі хутка перамагнічваць.
Разам з патэнцыяльным кулонаўскім электрычным полем існуе віхравое электрычнае поле. Лініі напружанасці гэтага поля замкнутыя. Віхравое поле параджаецца пераменным магнітным полем.
1. Якая прырода пабочнай сілы, што выклікае з'яўленне індукцыйнага току ў нерухомым правадніку? 2. У чым адрозненне віхравога электрычнага поля ад электрастатычнага ці стацыянарнага? 3. Што такое токі Фуко? 4. У чым заключаюцца перавагі ферытаў у параўнанні са звычайнымі ферамагнетыкамі?
§ 6. ЭРС ІНДУКЦЫІ Ў ПРАВАДНІКАХ, ЯКІЯ РУХАЮЦЦА
Калі праваднік рухаецца ў пастаянным у часе магнітным полі, то ЭРС індукцыі ў правадніку абумоўлена не віхравым электрычным полем, якое ў гэтым выпадку не можа ўзнікнуць, а іншай прычынай.
Пры руху правадніка яго свабодныя зарады рухаюцца разам з ім. Таму на зарады з боку магнітнага поля дзейнічае сіла
14
Рыс. ю
Лорэнца. Яна ж і выклікае перамяшчэнне зарадаў унутры правадніка. ЭРС індукцыі, такім чынам, мае «магнітнае паходжанне».
На многіх электрастанцыях зямнога шара менавіта сіла Лорэнца выклікае перамяшчэнне электронаў у правадніках, якія рухаюцца.
Вылічым ЭРС індукцыі,
якая ўзнікае ў прамавугольным контуры, што рухаецца ў аднародным магнітным полі (рыс. 10). Няхай старана контуру MN даўжынёй / слізгаціць з пастаяннай скорасцю v уздоўж старон NC і MD, застаючыся ўвесь час паралельнай старане CD. Вектар магнітнай індукцыі В аднароднага поля перпендыкулярны правадніку і складае вугал a з напрамкам яго скорасці.
Сіла, з якой магнітнае поле дзейнічае на зараджаную часціцу, што рухаецца (гл. § 65 «Фізіка10»), роўна па модулю:
Fl = \q\vB sin a.
(15)
Накіравана гэта сіла ўздоўж правадніка MN. Работа сілы Лорэнца на шляху I дадатная і складае':
A = FlI = \q\vBl sin a.
Электрарухаючая сіла індукцыі ў правадніку MN роўна па азначэнню адносіне работы па перамяшчэнню зараду q да гэтага зараду:
&і = = vBl sin a. ' (16)
Гэта формула справядлівая для любога правадніка даўжынёй /, які рухаецца са скорасцю v у аднародным магнітным полі.
У іншых правадніках контуру ЭРС роўна нулю, паколькі праваднікі нерухомыя. Такім чынам, ЭРС ва ўсім контуры MNCD роўна ^і і застаецца нязменнай, калі скорасць руху v пастаянная. Электрычны ток пры гэтым будзе павялічвацца, паколькі пры зрушэнні правадніка MN управа памяншаецца агульнае супраціўленне контуру.
3 другога боку, ЭРС індукцыі можна вылічыць з дапамогай
1 Гэта няпоўная работа сілы Лорэнца. Акрамя сілы Лорэнца (1.5), маецца састаўляючая сілы Лорэнца, накіраваная супраць скорасці правадніка V. Гэта састаўляючая тармозіць праваднік і выконвае адмоўную работу. У рэзультаце поўная работа сілы Лорэнца аказваецца роўнай нулю.
15
N
Рыс. 1 1
закону электрамагнітнай індукцыі (1.4). Сапраўды, магнітны паток праз контур MNCD роўны:
Ф = BS cos (90° — a) = BS sin a,
дзе вугал 90 a ёсць вугал паміж вектарам В і нармаллю п да паверхні контуру (рыс. 11), а S— плошча контуру MNCD. Калі лічыць, што ў пачатковы момант часу (/ = 0) праваднік MN знаходзіцца на адлегласці NC ад правадніка CD (гл. рыс. 10), то пры перамяшчэнні правадніка плошча S змяняецца з часам наступным чынам:
S = l(NCvt).
За час Д/ плошча контуру мяняецца на \S=—lvM. Знак «мінус» паказвае на тое, што яна памяншаецца. Змяненне магнітнага патоку за гэты час роўна: ДФ = —BlvM sin а.
Значыць,
%і= —= Blv sin a.
Калі ўвесь контур MNCD рухаецца ў аднародным магнітным полі, захоўваючы сваю арыентацыю ў адносінах да вектара В, то ЭРС індукцыі ў контуры будзе роўна нулю, паколькі паток Ф праз плошчу, абмежаваную контурам, не мяняецца. Вытлумачыць гэта можна так. Пры руху контуру ў правадніках MN і CD узнікаюць сілы (1.5), дзеючыя на электроны ў напрамках ад У да М і ад С да D. Сумарная работа гэтых сіл пры абходзе контуру па гадзіннікавай стрэлцы ці супраць яе роўна нулю.
ЭРС індукцыі ў правадніках, якія рухаюцца ў пастаянным магнітным полі, узнікае за кошт дзеяння на свабодныя зарады правадніка сілы Лорэнца.
• 1. Чаму роўна сіла Лорэнца і як яна накіравана? 2. Ад чаго залежыць ЭРС індукцыі, што ўзнікае ў правадніку, які рухаецца ў пераменным у часе магнітным полі?
16
§ 7. ЭЛЕКТРАДЫНАМІЧНЫ МІКРАФОН
У X класе вы пазнаёміліся з электрадынамічным гучнагаварыцелем, які пераўтварае ваганні электрычнага току ў гукавыя ваганні. Адваротны працэс ператварэння гукавых ваганняў паветра ў ваганні электрычнага току ажыццяўляецца з дапамо гай мікрафона'
Мікрафоны шырока прымяняюцца ў радыёвяшчанні, тэлебачанні, сістэмах узмацнення гуку і гуказапісу, для тэлефоннай сувязі.
Дзеянне аднаго з самых распаўсюджаных мікрафонаў — электрадынамічнага — заснавана на электрамагнітнай індукцыі. Гэты мікрафон зроблены наступным чынам. Дыяфрагма 2 з тонкай полістыролавай плёнкі ці алюмініевай фольгі, жорстка звязана з гукавой шпуляй 1 з тонкага дроту (рыс. 12). Шпуля змяшчаецца ў кольцавым зазоры моцнага пастаяннага магніта 3. Лініі магнітнай індукцыі перпендыкулярныя да плоскасці віткоў шпулі.
Гукавая хваля выклікае ваганні дыяфрагмы і звязанай з ёю шпулі. Віткі шпулі рухаюцца ў магнітным полі, і ў іх узнікае пераменная ЭРС індукцыі. У рэзультаце на заціскачках шпулі з’яўляецца пераменнае напружанне, якое выклікае ваганні электрычнага току ў ланцугу мікрафона. Гэтыя ваганні пасля ўзмацнення могуць быць пададзены на гучнагаварыцель, запісаны на магнітнай стужцы і г. д.
Электрадынамічныя мікрафоны простыя па канструкцыі, маюць невялікія габарыты і надзейныя ў эксплуатацыі. Скажэнні ваганняў, якія пераўтвараюцца, у інтэрвале частот ад 50 да 10 000 Гц невялікія.
У тэлефонных апаратах прымяняюць менш дасканалыя, але больш танныя вугальныя мікрафоны. Дыяфрагма ў такіх мікрафонах дзейнічае на вугальны парашок і стварае ў ім перыядычныя сцісканні і разрэджванні. Ад гэтага мяняецца супраціўленне парашку і сіла току ў электрычным ланцугу мікрафона. Існуюць і іншыя тыпы мікрафонаў.
У гучнагаварыцелі сіла Ампера выклікае ваганні шпулі і звязанай з ёю дыяфрагмы.
У мікрафоне ваганні дыяфрагмы перадаюцца рухомай шпулі, і ў ёй узнікае індукцыйны ток.
1 н
■ Ці можна выкарыстаць у якасці адчувальнага элемента мікрафона адну з абкладак кандэнсатара, што вагаецца пад дзеяннем гукавой хвалі?
1 Ад грэчаскіх слоў: мікрас — малы, фоне — гук.
17
§ 8. САМАІНДУКЦЫЯ. IНДУКТЫЎНАСЦЬ
Калі па шпулі ідзе пераменны ток, то магнітны паток, што пранізвае катушку, мяняецца. Таму ўзнікае ЭРС індукцыі ў тым жа самым правадніку, па якому ідзе пераменны ток. Гэту з’яву называюць самаіндукцыяй.
Самаіндукцыя. Пры самаіндукцыі праводзячы контур адыгрывае дваякую ролю: па ім праходзіць ток, які выклікае індукцыю, і ў ім жа з’яўляецца ЭРС індукцыі ffis. Па правілу Ленца ў момант нарастання току напружанне віхравога электрычнага поля накіравана супраць току. Значыць, у той момант віхравое поле перашкаджае нарастанню току. Наадварот, у момант памяншэння току віхравое поле падтрымлівае яго.
Гэта прыводзіць да таго, што пры замыканні ланцуга, які змяшчае крыніцу пастаяннай ЭРС, пэўнае значэнне сілы току вызначаецца не адразу, а паступова, з цягам часу (рыс. 13). 3 другога боку, пры адключэнні крыніцы ток у замкнутых контурах спыняецца не імгненна. Узнікаючая пры гэтым ЭРС самаіндукцыі можа перавышаць ЭРС крыніцы, паколькі змяненне току і яго магнітнага поля пры адключэнні крыніцы адбываецца вельмі хутка.
КНІГІ ОНЛАЙН
