Induktivität

Physics II

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Overview

Quelle: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics & Astronomie, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN

Dieses Experiment wird induktive Spulen verwenden, um das Konzept der Induktor und Induktivität zu demonstrieren. Magnetische Induktion werden vorgeführt, mit einen Stabmagneten eingefügt oder extrahiert von den Kern einer Spule induzieren eine transiente elektromotorische Kraft (emf) Spannung in der Spule mit einem Voltmeter gemessen. Dieses Experiment zeigen auch die Gegeninduktivität zwischen zwei Spulen, wo ein- oder Ausschalten eines Stromes in einer Spule eine emf-Spannung in eine zweite Spule in der Nähe induzieren kann. Schließlich wird das Experiment der Eigeninduktivität aus einer Spule, demonstrieren, wenn einen Strom abschalten eine emf induziert zu Leuchten eine Glühbirne parallel mit der Spule verbunden.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Physik II. Induktivität. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Gemäß dem Faradayschen Gesetz wird ein wechselndes Magnetfeld (zeitabhängigen) B ein elektrisches Feld, bekannt als die elektromotorische Kraft (emf) Feld induzieren. Wenn das Magnetfeld quer zur einer Single-Loop-Spule ist, generiert das emf-Feld eine emf-Spannung V über die beiden Enden der Spule:

Equation 1(Gleichung 1)

Der magnetische Fluss durch die Schleife ist,

Equation 2

wo A ist der Bereich der Schleife, und wenn das Magnetfeld B entlang eine allgemeine Richtung liegt, B werden, mit ihrer Komponente senkrecht auf die Fläche der Schleife und ΔΦ/Δt ersetzt muss ist die Änderungsgeschwindigkeit. Das Minuszeichen in der Gleichung 1 steht für die Richtung der induzierten emf (oder Spannung): er versucht immer gegen die Änderung des äußeren Feldes B durch die Generierung von Strom in der Spule, die sein eigenes Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung von der ändern , des Feldes B produziert. Die Richtung des induzierten Magnetfeldes bezieht sich auf die Richtung des Stromes in der Spule durch die rote-Hand-Regel (Wrap die Finger der rechten Hand um die Stromrichtung, der Daumen zeigt in die Richtung des Magnetfeldes durch den Strom produziert). Zum Beispiel, wenn das externe B-Feld entlang + x-Richtung (der Bereich der Schleife ist in Yz-Ebene) und steigt mit der Zeit, dann wird das Magnetfeld erzeugt durch induzierte emf und jetzigen in X - Richtung; Wenn externe B Bereich zurückgeht, werden die induzierte emf und Strom Erzeugung eines Magnetfeldes in, + x-Richtung. Dies ist das Phänomen der magnetischen Induktion. Für "Magnetspule" N Windungszahl wird die emf-Spannung erzeugte jede Runde eine totale emf Spannung hinzufügen. Während die magnetische Induktion kann die Spule betrachtet werden als ein Analogon von einer Batterie, die Ausgangsspannung würde und (wenn einige laden angeschlossen ist) einen Strom. In diesem Experiment wird dieses Phänomen nachgewiesen werden mit zunehmender oder abnehmender Magnetfeld B produziert von: (1) ein Permanentmagneten bewegt in Richtung oder Weg von der Spule (Abbildung 1); (2) eine andere Spule mit einem Strom ich durch die Spule fließt, wo ich aktivieren oder deaktivieren (Abbildung 2), umschaltbar (3) die Spule selbst mit einem Strom I durchflossen, wo ich kann umgeschaltet werden ein- oder ausschalten (Abbildung 3). Im Falle von (3) die Induktion wird als Selbstinduktion bezeichnet (und das Magnetventil ist ein Beispiel einer "Induktivität"). Für beide Fälle (2) und (3) da der magnetische Fluss oder Magnetfeld (deren Änderung bewirkt die Induktion) ist proportional zum Strom ist I, die induzierte emf-Spannung proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des Stromes (ΔI/Δt), mit der Anteilsfaktor L bekannt als die Mutual inductance wie im Fall (2) oder Eigeninduktivität wie im Fall (3) , bzw.:

Equation 3(Gleichung 2)

Die Richtung der Spannung V wird in ähnlicher Weise bestimmt, wie oben beschrieben: emf V wird versuchen, einem Strom zu produzieren, ich, und sein eigenes Magnetfeld, die gegen die Veränderung der ursprünglichen Magnetfeld B.

Procedure

(1) magnetische Induktion

  1. Erhalten Sie eine Magnetspule (mit einem hohlen Kern) und einen Stabmagneten (mit ihrer Nord- und Südpole beschriftet).
  2. Erhalten Sie eine analoge bipolar Amperemeter mit einer Anzeige-Nadel. Die Nadel ist nominell an der mittleren Position Null Lesung und wird nach rechts oder links je nach der Richtung des Stromflusses (positiv bedeutet Lesen der Strom fließt aus dem zum Pluspol und Minuspol innen das Amperemeter) abzulenken.
  3. Verbinden Sie die zwei Enden des Magnetventils, das "+" und "−" Terminals das Amperemeter, wie in Abbildung 1. Die Verbindung mit Kabel hergestellt werden kann, mit Klemmen oder Banane Stecker in Häfen auf den Instrumenten zu erhalten.
  4. Bringen Sie der Stabmagnet näher zu, an der Spule und Kern einfügen Sie seiner nördlichen Ende, wie in Abbildung 1dargestellt. Beobachten Sie das Amperemeter und notieren Sie die Zeichen seiner Lesung. Für alle Beobachtungen im folgenden durchgeführt werden, erfassen die Zeichen und die ungefähre Größe des Lesens.
  5. Extrahieren Sie den Magneten wieder aus der Spule zu, und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  6. Drehen Sie mit der Stabmagnet weit weg von der Spule sie um und nun das South End näher an der Spule. Einsetzen Sie South End in den Kern der Spule und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  7. Extrahieren Sie den Magneten wieder aus der Spule wieder, und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 1.6 und 1.7 oben wieder (einfügen und extrahieren Südpol des Magneten) aber mit einem langsameren und dann eine schnellere Geschwindigkeit und beobachten und vergleichen Sie die Lesung auf das Amperemeter.

Figure 1
Abbildung 1 : Das Diagramm zeigt ein Magnet bewegt in Richtung/Entfernung von einer Spule induzieren einen Strom in der Spule (magnetische Induktion).

(2) Gegeninduktivität

  1. Erhalten Sie eine zweite Magnetspule (bezeichnet als Spule #2), und bringen Sie es in der Nähe der ersten Spule (bezeichnet als Spule #1), wie in Abbildung 2dargestellt. Die beiden Spulen sind etwa entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet.
  2. Verbinden Sie die beiden Enden der Spule #2 an eine DC-Spannungsquelle mit einem Schalter, wie in Abbildung 2dargestellt. Spule #1 ist immer noch mit der analogen Amperemeter verbunden.
  3. Öffnen Sie mit dem Schalter, legen Sie die Spannungsquelle auf + 2 V, dann schließen Sie den Schalter, um einen Strom in der Spule #2 fließen lassen und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter mit Spule #1 verbunden, wenn der Schalter eingeschaltet ist.
  4. Nun öffnen Sie den Schalter, und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  5. Legen Sie die Spannungsquelle −2 V (oder alternativ, tauschen die beiden angeschlossen Drähte, die Plus und minus-Klemmen der Spannungsquelle um das Vorzeichen von Spannung und Strom auf Spule #1 anzuwendenden umzukehren), wiederholen Sie die Schritte (Einschalten) 2.3 und 2.4 (Ausschalten), und beobachten Sie das Amperemeter um #1 Spule verbunden.
  6. Jetzt einfügen Spule #2 in den Kern der Spule #1 möglichst vollständig aus, und wiederholen Sie den obigen Schritt 2.5 und beobachten Sie, dass die Lesung auf das Amperemeter angeschlossen um #1 Spule.

Figure 2
Abbildung 2 : Das Diagramm zeigt, dass eine aktuelle ein- oder Ausschalten in einer Spule induzieren würde Strom in einem anderen nahe gelegenen Spule (gegenseitige Induktion).

(3) Eigeninduktivität

  1. Erhalten Sie eine Glühbirne und mit das Amperemeter in Reihe anschließen Sie, dann verbinden Sie die Kombination mit Spule #2 parallel mit der Volt-Versorgung, wie in Abbildung 3dargestellt. Die Spannung auf die Volt-Versorgung soll 1 V sein.
  2. Schließen Sie den Schalter, um den Stromfluss durch die Spule zu lassen. Die Glühbirne sollte dunkel sein, weil die Spule einen viel kleineren Widerstand als die Glühbirne hat, und die meisten der Strom durch die Spule fließt.
  3. Öffnen Sie den Schalter, so dass die Volt-Versorgung vom Rest der Schaltung getrennt ist, und beobachten Sie die Glühbirne und das Amperemeter lesen nur, wenn der Schalter geöffnet wird.

Figure 3
Abbildung 3 : Das Diagramm zeigt eine Schaltung zur Selbstinduktion, zeigen wo induziert tuning Strom in einer Spule, eine vorübergehende Spannung und Strom in einer Glühbirne angeschlossen.

Induktoren--in der Regel sind in Form von Spulen--in vielen Schaltung Anwendungen gebräuchlich. Ihr Zweck ist magnetische Energiespeicher, wenn ein Steady-State Strom fließt.

In einer Schleife, die einen geschlossenen Kreislauf bilden, induziert sich ändernden Magnetfelds eine elektromotorische Kraft, die die aktuelle antreibt. Dieses Phänomen nennt man elektromagnetischen Induktion. Eine Induktivität ist einfach eine Drahtspule und es hat die Eigenschaft der Eigeninduktivität, die die Spannung an den Klemmen mit dem Wechsel in sein eigenes Magnetfeld bezieht.

Dieses Video wird veranschaulichen die Konzepte hinter Induktivität und dann demonstrieren Induktion Experiment mit Magneten und eine Spule. Zu guter Letzt werden wir einige der aktuellen Anwendungen für Induktivitäten überprüfen.

Magnetische Fluss kann man sich als den Betrag des magnetischen Feldes durch eine Fläche vorstellen. Für eine einheitliche Magnetfeld senkrecht auf eine Fläche A B ist Magnetfluss Phi einfach das Produkt der beiden. Nach Faradays Gesetz der Induktion erzeugt ein sich ändernden magnetischen Fluss in einer Schleife der Leitung eine elektromotorische Kraft oder EMF, entlang der Schleife. Diese EMF ist das negativ von der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses im Laufe der Zeit gleich.

Die magnetische Flussrichtung Veränderungsrate bestimmt die Polarität der induzierten elektromotorischen Kraft. Die negativen Vorzeichen in den Ausdruck für Faradaysches Gesetz bedeutet, dass wenn das Magnetfeld mit der Zeit abnimmt, die EMF positiv ist. Wenn es mit der Zeit zunimmt, ist die EMF negativ. Wenn die Schleife ist ein geschlossener Kreislauf, die induzierte EMF-Laufwerke aktuelle, die wiederum sein eigenes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld hat eine Orientierung gegeben durch die Rechte-Hand-Regel. Wenn die Finger der rechten Hand in die Richtung des Stromes in der Schleife curl, möchte der Daumen der rechten Hand in die Richtung des erzeugten Magnetfeldes hinweisen. Der induzierte Strom muss in Richtung fließen, die eine gegen das äußere Magnetfeld Änderungsrate Magnetfeld erzeugt.

Beispielsweise zeigt das magnetische Feld von diesem Magneten nach oben durch eine einzelne Schleife des Drahtes. Schieben des Magnet von der Schleife vermindert die magnetische Feldstärke durch die Schlaufe. Die Veränderung der magnetische Fluss-vertreten durch einen Vektor zeigt induziert nach unten-eine positive EMF, die entgegen dem Uhrzeigersinn, wie aktuelle antreibt. Durch die Rechte Hand Regel erzeugt der Strom ein Magnetfeld, die innerhalb der Schleife gegen das abnehmende Magnetfeld oder Flussmittel nach oben zeigt. Im Gegensatz dazu erhöht bewegen die Magneten auf der Schleife es das Magnetfeld. Die Veränderung der magnetische Fluss wird durch einen Vektor nach oben dargestellt. In diesem Fall führt es eine negative EMF, die aktuellen im Uhrzeigersinn Laufwerke. Durch die Rechte-Hand-Regel erzeugt Strom in diese Richtung ein Magnetfeld, das innerhalb der Schleife gegen den zunehmenden Magnetfeld oder Flussmittel nach unten zeigt.

Jetzt gehen wir von einer Schleife zu ein Solenoid, die einfach mehrere Schleifen Draht um einen Kern von Luft oder magnetisches Material gewickelt ist. Es ist eine häufig verwendete Induktivität in elektrischen Schaltungen. Strom fließt durch ein Magnetventil, erzeugt es ein Magnetfeld innerhalb der Induktor. Die Richtung dieses Magnetfeldes ist durch die Rechte-Hand-Regel gegeben. Dieses Feld erzeugt wiederum einen magnetischen Fluss in die Richtung des Feldes und die Menge an diesem Fluss proportional zum Strom übereinstimmt. Daher, wenn der Strom mit der Zeit ändert, tut so den magnetischen Fluss. Nach dem Faradayschen Gesetz induziert der wechselnden Fluss eine Spannung, die Strom durch die Spule antreibt, so dass der induzierte Strom magnetische Feld wendet sich die Veränderung der ursprünglichen Flux gegen. Dieses Phänomen der Spannung Induktion über seinen eigenen Terminals als Reaktion auf unterschiedliche Strom nennt man Selbstinduktion und die gesamte induzierte Spannung über das Magnetventil ist die Anzahl der Windungen N multipliziert mit der EMF einer einzelnen Schleife.

Jetzt, da wir die Grundlagen erläutert habe, mal sehen, wie elektromagnetischen Induktion in einem Physiklabor zu studieren.

Alle folgenden Experimente verwenden eine analoge bipolar Amperemeter, mit einer Nadel, die nach rechts oder links vom Nullpunkt, abhängig von der Richtung des Stromflusses ablenkt.

Erstens erhalten Sie ein Magnetventil mit einem hohlen Kern, einen Stabmagneten mit deutlich beschrifteten Nord und Südpol und der bipolaren analogen Amperemeter. Schließen Sie dann das Magnetventil an das Amperemeter. Legen Sie für den ersten Versuch den Nordpol des Magneten in das Ende des Magneten an den Minuspol der das Amperemeter angeschlossen. Beobachten Sie das Amperemeter und notieren Sie die Polarität und die ungefähre Größenordnung der Auslenkung der Nadel. Ziehen Sie den Magneten aus das Magnetventil und notieren Sie die Polarität und die ungefähre Größenordnung der Amperemeter Nadel Durchbiegung.

Jetzt den Magneten umdrehen und einfügen und entfernen Sie den Südpol am Ende des Magnetventils an den Minuspol der das Amperemeter angeschlossen. Wiederholen Sie das Experiment durch Einfügen der Südpol des Magneten in die Spule und dann entfernen It-erste langsamer und dann mehr schneller als in der ersten Studie. Wenn der Nordpol bewegt sich in der Nähe und das Magnetventil betritt, induziert es Strom, der eine momentane positive Auslenkung des das Amperemeter verursacht. Wenn das Magnetventil den Nordpol entfernt ist, ist die Durchbiegung negativ. Umkehrung der Ausrichtung des Magneten kehrt auch die Amperemeter Antwort.

Zu guter Letzt die Geschwindigkeit der Bewegung wirkt sich die Änderung des magnetischen Feldes mit der Zeit, die bestimmt, die induzierte Spannung und Strom. Langsamer Bewegung induziert, weniger Strom und einer kleinen Lesung, und schneller Bewegung induziert mehr Strom und eine größere Lesung.

Verbinden Sie für das Experiment Eigeninduktivität eine Glühbirne, die Induktivität Spule, Spannungsversorgung bei positiven ein Volt, Schalter und die analogen Amperemeter festlegen, wie gezeigt. Montieren Sie die Schaltung mit dem Schalter offen also kein Strom fließt.

Schließen Sie den Schalter um die Spannungsquelle mit der Glühbirne und die Induktivität der Spule zu verbinden. Beobachten Sie die Birne, die scheint zu schwach beleuchtet werden. Öffnen Sie den Schalter, um die Spannungsversorgung vom Stromkreis trennen. Beobachten Sie die Glühbirne und das Amperemeter im Moment ist, den der Schalter geöffnet ist, dann dokumentieren Sie das Ergebnis. Die Glühbirne erhellt kurz und das Amperemeter zeigt einen positiven Wert zur gleichen Zeit. Dies geschieht durch Selbstinduktion und finden verschiedene Veranstaltungen statt, in diesem kurzen Zeitraum.

Anfangs, wenn der Schalter, geschlossen ist Stromfluss durch die Spule und die Glühbirne, aber viel mehr Strom fließt durch die Spule im Vergleich zur Glühbirne, hat seit der Spule geringer Widerstand der Lampe verglichen. Öffnen des Schalters wird die Spannungsquelle getrennt. Dies bewirkt, dass den Strom durch die Induktivität zu verringern.

Dieser Wechsel Strom durch die Drosselspule bewirkt eine Änderung in seiner magnetischen Fluss, die wiederum eine transiente aktuelle, die die Abnahme induziert durch fließt in die gleiche Richtung wie der ursprüngliche Strom entgegensetzt. Die Kombination zweier - Original und Transient aktuelle--ergibt insgesamt Induktor Strom, die jetzt fließt durch die Glühbirne leuchtet kurz und gleichzeitig verursacht eine Ablenkung in das Amperemeter einen positiven Strom an.

Elektromagnetischer Induktion hat viele Anwendungen in moderne Geräte und ist eine grundlegende Methode zur Übertragung von Energie und Information ohne Körperkontakt.

Induktion ist das Grundprinzip hinter der Funktionsweise der Geräte genannt Transformatoren. Ein Transformator hat ein paar Eingangsklemmen an einer Primärwicklung angeschlossen- oder Spule- und ein paar der Ausgangsklemmen mit einer Sekundärwicklung verbunden. Ein Kern bestehend aus Stahl, Ferrit oder sogar einfach Luft Paare magnetisch die beiden Wicklungen. Eine Spannung über einer Wicklung bewirkt, dass Strom durch sie fließen erstellen ein magnetisches Feld. Magnetische Fluss oder die Dichte des magnetischen Feldes ist dann an die Sekundärwicklung durch den Kern gekoppelt wo es eine Spannung induziert. Dieses Prinzip wird Gegeninduktion genannt.

Eine weitere Anwendung von Induktivitäten ist AC-Asynchronmotoren, die die Arbeitspferde der modernen Industrie aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit und Zuverlässigkeit sind. Asynchronmotor hat nur zwei Hauptteile. Der erste ist der stationäre Teil, den Stator, bestehend aus feststehenden Spulen um einen Hohlraum genannt. Ausgesetzt in der Kavität wird der Rotor, der ein paar Endringe Begrenzung einer zylindrischen Anordnung der Balken ist. Ein dreiphasiger AC Induktionsmotor verwendet drei-Phasen-Power mit jeder Phase auf einen eigenen, separaten Satz von Statorspulen verbunden. Die Spulen sind in einem Muster angeordnet, die für jede Phase von geliefertem Strom ein Magnetfeld erzeugt. Das daraus resultierende Netto Magnetfeld, genannt "Stator-Magnetfeld" dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit.

Die rotierenden magnetischen Fluss induziert in den Rotor, ähnlich der Weise, dass ein Transformator macht aus der Primärspule die sekundäre überträgt aktuelle. Der Strom durch die Gitterstäbe des Rotors erzeugt wiederum sein eigenes Magnetfeld, genannt "Magnetfeld induzierte Rotor." Die Interaktion zwischen diesen beiden Bereichen produziert eine Kraft auf dem Rotor, Stator-Magnetfeld, wie ein Bügeleisen bar Anschluss an die Magneten um ihn herum folgen bewirkt.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die elektromagnetische Induktivität beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie ein Mal wechselnden Magnetfeld induziert eine elektromotorische Kraft in einem Leiter, und wie der resultierende Strom sein eigenes Magnetfeld erzeugt. Danke fürs Zuschauen!

Results

Repräsentative Ergebnisse für was beobachtet werden kann, auf das Amperemeter Lektüre für Abschnitte 1 und 2 (Setups in den Figuren 1 und 2) sind in Tabellen 1 und 2 unten zusammengefasst.

Prozedurschritt Ausrichtung der Stabmagnet Bewegung des Magneten Lesung über das Amperemeter
1.4 Süd-Nord (Norden ist am rechten Ende des Stabes, wie in Abbildung 1) Richtung Spule (linke Seite) Positive
1.5 Süd-Nord Die Abkehr von der Spule Negative
1.6 Nord-Süd Umstellung auf Spule Negative
1.7 Nord-Süd Die Abkehr von der Spule Positive

Tabelle 1: Repräsentative Ergebnisse für Abschnitt 1. Für Schritt 1,8, beachten Sie, dass eine schnellere Geschwindigkeit der Bewegung einer größeren gibt das Amperemeter (größere Nadel Durchbiegung) weiterlesen.

Prozedurschritt Volt liefern Einstellung Schalter-Aktion Lesung über das Amperemeter
2.3 + 2 V Einschalten Positive
2.4 + 2 V Das Ausschalten Negative
2.5 −2 V Einschalten Negative
2.5 −2 V Das Ausschalten Positive

Tabelle 2: Repräsentative Ergebnisse für Abschnitt 2. Beobachten Sie für Schritt 2.6, dass die Spule #2 im Inneren Spule #1 Platzierung einer größeren lesen gibt (während die Zeichen der Lesung gleich bleiben) auf das Amperemeter im Vergleich zu Schritt 2.5 für jede entsprechende Schalter Aktion.

Für Abschnitt 3 wenn zunächst der Strom durch die Volt-Versorgung (+ 1 V) von rechts nach links in die Spule fließt wird wenn man es ausschaltet (Öffnen des Schalters) eine vorübergehende Strömung in der gleichen Richtung auslösen. Die Glühbirne leuchtet kurz, und das Amperemeter registriert einen positiven Wert für die Verbindung, die in Abbildung 3gegeben.

Applications and Summary

In diesem Experiment haben wir gezeigt, wie einen Strom in einer Spule induziert ein Magnetfeld (durch Verschieben ein Magneten) ändern, und auch, wie ändern der Strom in der Spule induziert in einer anderen Spule (gegenseitige Induktion) aktuell. Wir zeigte auch, dass die Änderung des Stroms in einer Spule induziert eine Spannung und Strom in der gleichen Spule (Selbstinduktion).

Induktivitäten (in der Regel in Form von Coils) sind in vielen Schaltung Anwendungen, wie z. B. verbreitet Magnetische Energiespeicher, wenn ein Steady-State Strom fließt. Sie sind nützlich für die elektrische Signalverarbeitung; zum Beispiel die Ableitung oder Integral eines elektrischen Signals, zum Filtern und für Resonanz-Schaltungen. Sie sind auch in Transformatoren verwendet, um die Spannung des AC-Signale zu ändern.

Der Autor des Experiments anerkennt die Unterstützung von Gary Hudson für die Vorbereitung des Materials und Chuanhsun Li für den Nachweis der Schritte in dem Video.

(1) magnetische Induktion

  1. Erhalten Sie eine Magnetspule (mit einem hohlen Kern) und einen Stabmagneten (mit ihrer Nord- und Südpole beschriftet).
  2. Erhalten Sie eine analoge bipolar Amperemeter mit einer Anzeige-Nadel. Die Nadel ist nominell an der mittleren Position Null Lesung und wird nach rechts oder links je nach der Richtung des Stromflusses (positiv bedeutet Lesen der Strom fließt aus dem zum Pluspol und Minuspol innen das Amperemeter) abzulenken.
  3. Verbinden Sie die zwei Enden des Magnetventils, das "+" und "−" Terminals das Amperemeter, wie in Abbildung 1. Die Verbindung mit Kabel hergestellt werden kann, mit Klemmen oder Banane Stecker in Häfen auf den Instrumenten zu erhalten.
  4. Bringen Sie der Stabmagnet näher zu, an der Spule und Kern einfügen Sie seiner nördlichen Ende, wie in Abbildung 1dargestellt. Beobachten Sie das Amperemeter und notieren Sie die Zeichen seiner Lesung. Für alle Beobachtungen im folgenden durchgeführt werden, erfassen die Zeichen und die ungefähre Größe des Lesens.
  5. Extrahieren Sie den Magneten wieder aus der Spule zu, und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  6. Drehen Sie mit der Stabmagnet weit weg von der Spule sie um und nun das South End näher an der Spule. Einsetzen Sie South End in den Kern der Spule und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  7. Extrahieren Sie den Magneten wieder aus der Spule wieder, und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 1.6 und 1.7 oben wieder (einfügen und extrahieren Südpol des Magneten) aber mit einem langsameren und dann eine schnellere Geschwindigkeit und beobachten und vergleichen Sie die Lesung auf das Amperemeter.

Figure 1
Abbildung 1 : Das Diagramm zeigt ein Magnet bewegt in Richtung/Entfernung von einer Spule induzieren einen Strom in der Spule (magnetische Induktion).

(2) Gegeninduktivität

  1. Erhalten Sie eine zweite Magnetspule (bezeichnet als Spule #2), und bringen Sie es in der Nähe der ersten Spule (bezeichnet als Spule #1), wie in Abbildung 2dargestellt. Die beiden Spulen sind etwa entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet.
  2. Verbinden Sie die beiden Enden der Spule #2 an eine DC-Spannungsquelle mit einem Schalter, wie in Abbildung 2dargestellt. Spule #1 ist immer noch mit der analogen Amperemeter verbunden.
  3. Öffnen Sie mit dem Schalter, legen Sie die Spannungsquelle auf + 2 V, dann schließen Sie den Schalter, um einen Strom in der Spule #2 fließen lassen und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter mit Spule #1 verbunden, wenn der Schalter eingeschaltet ist.
  4. Nun öffnen Sie den Schalter, und beobachten Sie die Lesung auf das Amperemeter.
  5. Legen Sie die Spannungsquelle −2 V (oder alternativ, tauschen die beiden angeschlossen Drähte, die Plus und minus-Klemmen der Spannungsquelle um das Vorzeichen von Spannung und Strom auf Spule #1 anzuwendenden umzukehren), wiederholen Sie die Schritte (Einschalten) 2.3 und 2.4 (Ausschalten), und beobachten Sie das Amperemeter um #1 Spule verbunden.
  6. Jetzt einfügen Spule #2 in den Kern der Spule #1 möglichst vollständig aus, und wiederholen Sie den obigen Schritt 2.5 und beobachten Sie, dass die Lesung auf das Amperemeter angeschlossen um #1 Spule.

Figure 2
Abbildung 2 : Das Diagramm zeigt, dass eine aktuelle ein- oder Ausschalten in einer Spule induzieren würde Strom in einem anderen nahe gelegenen Spule (gegenseitige Induktion).

(3) Eigeninduktivität

  1. Erhalten Sie eine Glühbirne und mit das Amperemeter in Reihe anschließen Sie, dann verbinden Sie die Kombination mit Spule #2 parallel mit der Volt-Versorgung, wie in Abbildung 3dargestellt. Die Spannung auf die Volt-Versorgung soll 1 V sein.
  2. Schließen Sie den Schalter, um den Stromfluss durch die Spule zu lassen. Die Glühbirne sollte dunkel sein, weil die Spule einen viel kleineren Widerstand als die Glühbirne hat, und die meisten der Strom durch die Spule fließt.
  3. Öffnen Sie den Schalter, so dass die Volt-Versorgung vom Rest der Schaltung getrennt ist, und beobachten Sie die Glühbirne und das Amperemeter lesen nur, wenn der Schalter geöffnet wird.

Figure 3
Abbildung 3 : Das Diagramm zeigt eine Schaltung zur Selbstinduktion, zeigen wo induziert tuning Strom in einer Spule, eine vorübergehende Spannung und Strom in einer Glühbirne angeschlossen.

Induktoren--in der Regel sind in Form von Spulen--in vielen Schaltung Anwendungen gebräuchlich. Ihr Zweck ist magnetische Energiespeicher, wenn ein Steady-State Strom fließt.

In einer Schleife, die einen geschlossenen Kreislauf bilden, induziert sich ändernden Magnetfelds eine elektromotorische Kraft, die die aktuelle antreibt. Dieses Phänomen nennt man elektromagnetischen Induktion. Eine Induktivität ist einfach eine Drahtspule und es hat die Eigenschaft der Eigeninduktivität, die die Spannung an den Klemmen mit dem Wechsel in sein eigenes Magnetfeld bezieht.

Dieses Video wird veranschaulichen die Konzepte hinter Induktivität und dann demonstrieren Induktion Experiment mit Magneten und eine Spule. Zu guter Letzt werden wir einige der aktuellen Anwendungen für Induktivitäten überprüfen.

Magnetische Fluss kann man sich als den Betrag des magnetischen Feldes durch eine Fläche vorstellen. Für eine einheitliche Magnetfeld senkrecht auf eine Fläche A B ist Magnetfluss Phi einfach das Produkt der beiden. Nach Faradays Gesetz der Induktion erzeugt ein sich ändernden magnetischen Fluss in einer Schleife der Leitung eine elektromotorische Kraft oder EMF, entlang der Schleife. Diese EMF ist das negativ von der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses im Laufe der Zeit gleich.

Die magnetische Flussrichtung Veränderungsrate bestimmt die Polarität der induzierten elektromotorischen Kraft. Die negativen Vorzeichen in den Ausdruck für Faradaysches Gesetz bedeutet, dass wenn das Magnetfeld mit der Zeit abnimmt, die EMF positiv ist. Wenn es mit der Zeit zunimmt, ist die EMF negativ. Wenn die Schleife ist ein geschlossener Kreislauf, die induzierte EMF-Laufwerke aktuelle, die wiederum sein eigenes Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld hat eine Orientierung gegeben durch die Rechte-Hand-Regel. Wenn die Finger der rechten Hand in die Richtung des Stromes in der Schleife curl, möchte der Daumen der rechten Hand in die Richtung des erzeugten Magnetfeldes hinweisen. Der induzierte Strom muss in Richtung fließen, die eine gegen das äußere Magnetfeld Änderungsrate Magnetfeld erzeugt.

Beispielsweise zeigt das magnetische Feld von diesem Magneten nach oben durch eine einzelne Schleife des Drahtes. Schieben des Magnet von der Schleife vermindert die magnetische Feldstärke durch die Schlaufe. Die Veränderung der magnetische Fluss-vertreten durch einen Vektor zeigt induziert nach unten-eine positive EMF, die entgegen dem Uhrzeigersinn, wie aktuelle antreibt. Durch die Rechte Hand Regel erzeugt der Strom ein Magnetfeld, die innerhalb der Schleife gegen das abnehmende Magnetfeld oder Flussmittel nach oben zeigt. Im Gegensatz dazu erhöht bewegen die Magneten auf der Schleife es das Magnetfeld. Die Veränderung der magnetische Fluss wird durch einen Vektor nach oben dargestellt. In diesem Fall führt es eine negative EMF, die aktuellen im Uhrzeigersinn Laufwerke. Durch die Rechte-Hand-Regel erzeugt Strom in diese Richtung ein Magnetfeld, das innerhalb der Schleife gegen den zunehmenden Magnetfeld oder Flussmittel nach unten zeigt.

Jetzt gehen wir von einer Schleife zu ein Solenoid, die einfach mehrere Schleifen Draht um einen Kern von Luft oder magnetisches Material gewickelt ist. Es ist eine häufig verwendete Induktivität in elektrischen Schaltungen. Strom fließt durch ein Magnetventil, erzeugt es ein Magnetfeld innerhalb der Induktor. Die Richtung dieses Magnetfeldes ist durch die Rechte-Hand-Regel gegeben. Dieses Feld erzeugt wiederum einen magnetischen Fluss in die Richtung des Feldes und die Menge an diesem Fluss proportional zum Strom übereinstimmt. Daher, wenn der Strom mit der Zeit ändert, tut so den magnetischen Fluss. Nach dem Faradayschen Gesetz induziert der wechselnden Fluss eine Spannung, die Strom durch die Spule antreibt, so dass der induzierte Strom magnetische Feld wendet sich die Veränderung der ursprünglichen Flux gegen. Dieses Phänomen der Spannung Induktion über seinen eigenen Terminals als Reaktion auf unterschiedliche Strom nennt man Selbstinduktion und die gesamte induzierte Spannung über das Magnetventil ist die Anzahl der Windungen N multipliziert mit der EMF einer einzelnen Schleife.

Jetzt, da wir die Grundlagen erläutert habe, mal sehen, wie elektromagnetischen Induktion in einem Physiklabor zu studieren.

Alle folgenden Experimente verwenden eine analoge bipolar Amperemeter, mit einer Nadel, die nach rechts oder links vom Nullpunkt, abhängig von der Richtung des Stromflusses ablenkt.

Erstens erhalten Sie ein Magnetventil mit einem hohlen Kern, einen Stabmagneten mit deutlich beschrifteten Nord und Südpol und der bipolaren analogen Amperemeter. Schließen Sie dann das Magnetventil an das Amperemeter. Legen Sie für den ersten Versuch den Nordpol des Magneten in das Ende des Magneten an den Minuspol der das Amperemeter angeschlossen. Beobachten Sie das Amperemeter und notieren Sie die Polarität und die ungefähre Größenordnung der Auslenkung der Nadel. Ziehen Sie den Magneten aus das Magnetventil und notieren Sie die Polarität und die ungefähre Größenordnung der Amperemeter Nadel Durchbiegung.

Jetzt den Magneten umdrehen und einfügen und entfernen Sie den Südpol am Ende des Magnetventils an den Minuspol der das Amperemeter angeschlossen. Wiederholen Sie das Experiment durch Einfügen der Südpol des Magneten in die Spule und dann entfernen It-erste langsamer und dann mehr schneller als in der ersten Studie. Wenn der Nordpol bewegt sich in der Nähe und das Magnetventil betritt, induziert es Strom, der eine momentane positive Auslenkung des das Amperemeter verursacht. Wenn das Magnetventil den Nordpol entfernt ist, ist die Durchbiegung negativ. Umkehrung der Ausrichtung des Magneten kehrt auch die Amperemeter Antwort.

Zu guter Letzt die Geschwindigkeit der Bewegung wirkt sich die Änderung des magnetischen Feldes mit der Zeit, die bestimmt, die induzierte Spannung und Strom. Langsamer Bewegung induziert, weniger Strom und einer kleinen Lesung, und schneller Bewegung induziert mehr Strom und eine größere Lesung.

Verbinden Sie für das Experiment Eigeninduktivität eine Glühbirne, die Induktivität Spule, Spannungsversorgung bei positiven ein Volt, Schalter und die analogen Amperemeter festlegen, wie gezeigt. Montieren Sie die Schaltung mit dem Schalter offen also kein Strom fließt.

Schließen Sie den Schalter um die Spannungsquelle mit der Glühbirne und die Induktivität der Spule zu verbinden. Beobachten Sie die Birne, die scheint zu schwach beleuchtet werden. Öffnen Sie den Schalter, um die Spannungsversorgung vom Stromkreis trennen. Beobachten Sie die Glühbirne und das Amperemeter im Moment ist, den der Schalter geöffnet ist, dann dokumentieren Sie das Ergebnis. Die Glühbirne erhellt kurz und das Amperemeter zeigt einen positiven Wert zur gleichen Zeit. Dies geschieht durch Selbstinduktion und finden verschiedene Veranstaltungen statt, in diesem kurzen Zeitraum.

Anfangs, wenn der Schalter, geschlossen ist Stromfluss durch die Spule und die Glühbirne, aber viel mehr Strom fließt durch die Spule im Vergleich zur Glühbirne, hat seit der Spule geringer Widerstand der Lampe verglichen. Öffnen des Schalters wird die Spannungsquelle getrennt. Dies bewirkt, dass den Strom durch die Induktivität zu verringern.

Dieser Wechsel Strom durch die Drosselspule bewirkt eine Änderung in seiner magnetischen Fluss, die wiederum eine transiente aktuelle, die die Abnahme induziert durch fließt in die gleiche Richtung wie der ursprüngliche Strom entgegensetzt. Die Kombination zweier - Original und Transient aktuelle--ergibt insgesamt Induktor Strom, die jetzt fließt durch die Glühbirne leuchtet kurz und gleichzeitig verursacht eine Ablenkung in das Amperemeter einen positiven Strom an.

Elektromagnetischer Induktion hat viele Anwendungen in moderne Geräte und ist eine grundlegende Methode zur Übertragung von Energie und Information ohne Körperkontakt.

Induktion ist das Grundprinzip hinter der Funktionsweise der Geräte genannt Transformatoren. Ein Transformator hat ein paar Eingangsklemmen an einer Primärwicklung angeschlossen- oder Spule- und ein paar der Ausgangsklemmen mit einer Sekundärwicklung verbunden. Ein Kern bestehend aus Stahl, Ferrit oder sogar einfach Luft Paare magnetisch die beiden Wicklungen. Eine Spannung über einer Wicklung bewirkt, dass Strom durch sie fließen erstellen ein magnetisches Feld. Magnetische Fluss oder die Dichte des magnetischen Feldes ist dann an die Sekundärwicklung durch den Kern gekoppelt wo es eine Spannung induziert. Dieses Prinzip wird Gegeninduktion genannt.

Eine weitere Anwendung von Induktivitäten ist AC-Asynchronmotoren, die die Arbeitspferde der modernen Industrie aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit und Zuverlässigkeit sind. Asynchronmotor hat nur zwei Hauptteile. Der erste ist der stationäre Teil, den Stator, bestehend aus feststehenden Spulen um einen Hohlraum genannt. Ausgesetzt in der Kavität wird der Rotor, der ein paar Endringe Begrenzung einer zylindrischen Anordnung der Balken ist. Ein dreiphasiger AC Induktionsmotor verwendet drei-Phasen-Power mit jeder Phase auf einen eigenen, separaten Satz von Statorspulen verbunden. Die Spulen sind in einem Muster angeordnet, die für jede Phase von geliefertem Strom ein Magnetfeld erzeugt. Das daraus resultierende Netto Magnetfeld, genannt "Stator-Magnetfeld" dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit.

Die rotierenden magnetischen Fluss induziert in den Rotor, ähnlich der Weise, dass ein Transformator macht aus der Primärspule die sekundäre überträgt aktuelle. Der Strom durch die Gitterstäbe des Rotors erzeugt wiederum sein eigenes Magnetfeld, genannt "Magnetfeld induzierte Rotor." Die Interaktion zwischen diesen beiden Bereichen produziert eine Kraft auf dem Rotor, Stator-Magnetfeld, wie ein Bügeleisen bar Anschluss an die Magneten um ihn herum folgen bewirkt.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die elektromagnetische Induktivität beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie ein Mal wechselnden Magnetfeld induziert eine elektromotorische Kraft in einem Leiter, und wie der resultierende Strom sein eigenes Magnetfeld erzeugt. Danke fürs Zuschauen!

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