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Induktivität

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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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