fizikzauglom

เกรด 11 · แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กและการเหนี่ยวนำ

ฟลักซ์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การเหนี่ยวนำตัวเอง และพลังงานสนาม

30 นาที18 บัตรทฤษฎี
เริ่มบทเรียนแบบโต้ตอบ

อ่านเนื้อหาทฤษฎีของบทเรียนทั้งหมดได้ที่นี่โดยไม่ต้องมีบัญชี ในบทเรียนแบบโต้ตอบ เนื้อหาเดียวกันจะแบ่งเป็นการ์ด ตามด้วยคำถามพร้อมคำอธิบายหลังตอบและโจทย์ฝึก ระบบจะบันทึกความก้าวหน้าของคุณ

ค่อย ๆ ทำความเข้าใจทีละขั้น

แม่เหล็กที่อยู่นิ่งข้างขดลวดไม่ได้ทำให้เกิดกระแสคงตัวด้วยตัวมันเอง เมื่อขยับแม่เหล็ก มิเตอร์กลับเบน อะไรเปลี่ยน: ขนาดสนาม จำนวนเส้นสนาม หรือรูปทรงวงจร? เราจะหาปริมาณที่รวมการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

แม่เหล็กอยู่นิ่งและเคลื่อนที่NSหยุดอยู่Φ ไม่เปลี่ยนNSเคลื่อนที่Φ เปลี่ยนปริมาณใดเปลี่ยน?
เมื่อแม่เหล็กข้างขดลวดอยู่นิ่ง ฟลักซ์ผ่านขดลวดคงตัว มิเตอร์ไม่ตอบสนอง พอขยับแม่เหล็ก ฟลักซ์เปลี่ยนและเกิดการตอบสนอง

สนามผ่านวงลวด

หมุนวงลวดในสนามเดิม สนามที่ผ่านผิวมีค่ามากที่สุดเมื่อสนามตั้งฉากกับระนาบ หากสนามอยู่ในระนาบ องค์ประกอบตั้งฉากเป็นศูนย์ ฟลักซ์แม่เหล็กรวมผลของสนาม พื้นที่ และแนววางผิว วัดมุมจากแนวฉากที่เลือก คือเวกเตอร์ตั้งฉากกับวงลวด ภาพสนามผ่านพื้นที่ช่วยให้เข้าใจ แต่ไม่ได้มีสารไหลผ่านช่องนั้น

ฟลักซ์ขึ้นกับแนววางแนวฉากตาม Bฟลักซ์สูงสุดเอียงฟลักซ์น้อยลงสนามในระนาบฟลักซ์ศูนย์แนวฉาก: ตั้งฉากกับระนาบวงลวด
ฟลักซ์ใช้แนวฉาก คือเวกเตอร์ตั้งฉากกับระนาบวงลวด ฟลักซ์มากที่สุดเมื่อแนวฉากชี้ตามสนาม และเป็นศูนย์เมื่อสนามอยู่ในระนาบ

มุมกับแนวฉาก

สำหรับผิวราบในสนามสม่ำเสมอ \Phi=BS\cos\alpha โดย α เป็นมุมระหว่าง B กับแนวฉากที่เลือก B เป็นเทสลา และ S เป็น m² พื้นที่เพิ่มสองเท่าทำให้ฟลักซ์เพิ่มสองเท่า เมื่อหมุนถึง α=90° ฟลักซ์เป็นศูนย์ และที่ α=0° เท่ากับ BS ใช้โคไซน์เพราะต้องการองค์ประกอบสนามตั้งฉากผิว ห้ามแทนด้วยมุมกับระนาบหรือมุมกับกระแสในกฎแรง เพราะเป็นคนละเรขาคณิต

αnBSΦ = BS cos α
ฟลักซ์ผ่านผิวราบเท่ากับ BS cos α โดย α คือมุมระหว่างสนามกับแนวฉากผิว หากสนามขนานผิว ฟลักซ์เป็นศูนย์

หน่วยฟลักซ์

ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็นเวเบอร์: 1\,\mathrm{Вб}=1\,\mathrm{Тл}\cdot\mathrm{м}^2=1\,\mathrm{В}\cdot\mathrm{с} การเลือกแนวฉากตรงข้ามทำให้ Φ เปลี่ยนเครื่องหมาย แต่สนามจริงไม่ได้กลับทิศ จึงต้องใช้แนวฉากเดิมเมื่อเปรียบเทียบเวลาต่างกัน ฟลักซ์เป็นลบตามข้อตกลงได้เหมือนองค์ประกอบความเร็ว ไม่ได้หมายถึงพื้นที่ลบหรือไม่มีสนาม

1 Вб = 1 Тл·м² = 1 В·сแนวฉากขึ้นΦ > 0แนวฉากลงΦ < 0ขนาดเท่าเดิม แนวฉากกำหนดเครื่องหมาย
ฟลักซ์วัดเป็นเวเบอร์ เท่ากับเทสลาคูณตารางเมตรหรือโวลต์วินาที การกลับแนวฉากเปลี่ยนเครื่องหมายฟลักซ์ แต่ไม่เปลี่ยนขนาด

การเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า

การเปลี่ยน B พื้นที่วงลวด หรือมุมเอียงล้วนเปลี่ยนฟลักซ์ได้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อฟลักซ์ผ่านวงจรเปลี่ยน สำหรับวงจรอยู่นิ่ง เกิดจากสนามแม่เหล็กเปลี่ยน ส่วนวงจรเคลื่อนที่อาจมีแรงแม่เหล็กต่อประจุร่วมด้วย กระแสต้องมีเส้นทางนำไฟฟ้าปิด การเปิดวงจรอาจหยุดกระแสแต่ไม่ปิดกั้นการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า

มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าอาจไม่มีกระแสเปลี่ยนสนาม พื้นที่ หรือมุมเอียงวงจรเปิดมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า ไม่มีกระแสวงจรปิดกระแสไหลฟลักซ์เปลี่ยนทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ
ฟลักซ์ที่เปลี่ยนทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ารอบวงจร แต่กระแสต้องมีเส้นทางปิด วงจรเปิดมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้แม้ไม่มีกระแส

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ย

สำหรับ n รอบที่มีฟลักซ์เท่ากันแต่ละรอบ \mathcal E_i=n|\Delta\Phi|/\Delta t ให้ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยในช่วงนั้น ΔΦ คือฟลักซ์สุดท้ายลบเริ่มต้นในเวเบอร์ Δt เป็นวินาที n ไม่มีมิติ และคำตอบเป็นโวลต์ เพิ่มจำนวนรอบเหมือนกันสองเท่าทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเพิ่มสองเท่า หากฟลักซ์สุทธิไม่เปลี่ยน ค่าเฉลี่ยแบบมีเครื่องหมายเป็นศูนย์ แม้ระหว่างช่วงอาจมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดและกลับทิศ

εi = n |ΔΦ| / ΔtΦฟลักซ์เท่ากันทุกรอบn: จำนวนรอบ ไม่มีหน่วยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็นโวลต์
ฟลักซ์เท่ากันทุกวงรอบ จำนวนรอบจึงเป็นตัวคูณการตอบสนองของขดลวด ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยมีหน่วยโวลต์

เปลี่ยนเร็ว ตอบสนองมาก

เปลี่ยนฟลักซ์เท่ากันครั้งแรกช้า แล้วครั้งที่สองเร็วขึ้นสองเท่า ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยครั้งที่สองเพิ่มสองเท่า ทั้งการเปลี่ยนและเวลาจึงสำคัญ หากฟลักซ์เปลี่ยนเชิงเส้น ค่าเฉลี่ยเท่ากับค่าขณะนั้น หากไม่เป็นเชิงเส้น ค่าขณะนั้นอาจมากหรือน้อยกว่าค่าเฉลี่ย ขนาดของค่าเฉลี่ยต่างจากค่าเฉลี่ยของขนาดเมื่อทิศเปลี่ยนระหว่างช่วง ผลต่างที่ปลายช่วงไม่บอกการแกว่งที่เกิดภายใน

ΔΦ เท่ากัน เวลาต่างกันΔΦรวดเร็วแรงเคลื่อนไฟฟ้ามากกว่าΔΦช้าแรงเคลื่อนไฟฟ้าน้อยกว่าสูตรเฉลี่ยตลอดช่วงเวลา
การเปลี่ยนฟลักซ์เท่ากันในเวลาสั้นกว่าให้ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยมากกว่า หากเปลี่ยนไม่สม่ำเสมอ สูตรให้ค่าเฉลี่ยตลอดช่วง

ต้านการเปลี่ยนแปลง

กระแสเหนี่ยวนำไหลทางใดในวงลวดปิด? กฎของเลนซ์บอกว่าสนามของมันต้านการเปลี่ยนฟลักซ์เดิม เมื่อฟลักซ์เพิ่มจะสร้างผลตรงข้าม เมื่อฟลักซ์ลดจะเสริมทิศเดิม หากผลตอบสนองเสริมเหตุโดยไม่ต้องทำงาน พลังงานก็จะเพิ่มเองได้ การขยับแม่เหล็กจึงต้องทำงาน สิ่งที่ถูกต้านคือการเปลี่ยนแปลง ไม่จำเป็นต้องเป็นสนามเดิมเสมอ

SNNSเข้าใกล้
ขั้วเหนือของแม่เหล็กเข้าใกล้ขดลวด กระแสเหนี่ยวนำสร้างสนามต้านฟลักซ์ที่เพิ่ม ด้านขดลวดที่หันเข้าหาแม่เหล็กจึงเป็นขั้วเหนือ เมื่อแม่เหล็กหยุด กระแสเหนี่ยวนำนี้จะลดหายไป

ขดลวดมีผลต่อตัวเอง

กระแสในขดลวดสร้างสนามของตัวเอง เมื่อกระแสเปลี่ยน ฟลักซ์ที่เกี่ยวข้องกับขดลวดเปลี่ยน จึงเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเหนี่ยวนำตัวเอง ซึ่งต้านทั้งการเพิ่มและลดกระแสโดยพยายามรักษาสภาพเดิม ความเหนี่ยวนำ L หน่วยเฮนรีบอกความสัมพันธ์นี้ L มากให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ามากขึ้นที่อัตราเปลี่ยนกระแสเท่ากัน การเหนี่ยวนำตัวเองไม่ต้องให้ขดลวดเคลื่อนเทียบกับแม่เหล็กภายนอก

กระแสไม่เปลี่ยนทันทีเริ่มจ่ายไฟกระแสค่อย ๆ เพิ่มหยุดจ่ายไฟกระแสค่อย ๆ ลดความเหนี่ยวนำ L วัดเป็นเฮนรี
ฟลักซ์ของขดลวดเองเปลี่ยนตามกระแส แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดต้านทั้งการเพิ่มและลดกระแส ความเหนี่ยวนำอธิบายการตอบสนองนี้

ฟลักซ์คล้อง

หนึ่งรอบครอบคลุมฟลักซ์ Φ และ n รอบเหมือนกันมีฟลักซ์คล้องรวม nΦ สำหรับขดลวดเชิงเส้น n\Phi=LI กระแสเพิ่มสองเท่าทำให้ฟลักซ์คล้องเพิ่มสองเท่าเมื่อ L คงตัว สำหรับหนึ่งรอบ Φ=LI นี่คือผลรวมตามรอบ ไม่ใช่สนามสองชนิด เมื่อใช้ nΦ แล้วห้ามคูณ n อีก เพราะจะนับรอบซ้ำ แกนไม่เชิงเส้นอาจทำให้ L ไม่คงตัว

n Φ = L Iฟลักซ์ Φ ผ่านหนึ่งรอบnΦ: ฟลักซ์คล้อง= L Iหนึ่งรอบ: Φ = L Iห้ามคูณ n ซ้ำ
ผลรวมฟลักซ์ผ่านทุกรอบเรียกว่าฟลักซ์คล้อง สำหรับขดลวดเชิงเส้นค่านี้แปรผันตรงกับกระแส ห้ามคูณจำนวนรอบซ้ำอีกครั้ง

การเปลี่ยนกระแสของตัวเอง

แทนความสัมพันธ์ฟลักซ์กับกระแสในกฎการเหนี่ยวนำ เมื่อ L คงตัว \mathcal E_{\text{си}}=L|\Delta I|/\Delta t โดย ΔI เป็นแอมแปร์ ผลคือขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยในโวลต์ การเปลี่ยนกระแสเท่ากันในเวลาครึ่งหนึ่งให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสองเท่า ใช้กฎของเลนซ์หาทิศ หากกระแสเพิ่มแล้วลด ผลต่างที่ปลายช่วงกำหนดค่าเฉลี่ยแบบมีเครื่องหมาย ไม่ใช่ผลรวมแรงดันกระชากทุกครั้ง

I เพิ่มEMF เหนี่ยวนำตัวเองL
เมื่อกระแสเพิ่ม ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดเองเพิ่ม แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเหนี่ยวนำตัวเองต้านการเพิ่มกระแส พลังงาน LI²/2 สะสมในสนามแม่เหล็กของขดลวด

พลังงานแม่เหล็กสะสม

เมื่อแหล่งจ่ายเพิ่มกระแส ต้องทำงานต้านการเหนี่ยวนำตัวเอง ขดลวดเชิงเส้นสะสมพลังงานแม่เหล็ก W=LI^2/2 ในจูล เพิ่ม I สองเท่าทำให้พลังงานสี่เท่า เพิ่ม L สองเท่าที่ I เดิมทำให้พลังงานสองเท่า เครื่องหมายกระแสไม่มีผลต่อพลังงาน เมื่อ I=0 ไม่มีพลังงานสะสมชนิดนี้ เมื่อกระแสลด สนามคืนพลังงานให้วงจรได้ การเหนี่ยวนำตัวเองจึงบอกการแลกเปลี่ยนพลังงาน ไม่ได้สร้างแหล่งพลังงานเพิ่ม

W = L I² / 2Wกระแส I4Wกระแส 2Iพลังงานคืนเมื่อกระแสลด
แหล่งจ่ายทำงานต้านการเหนี่ยวนำตัวเอง ทำให้พลังงานสะสมในสนามขดลวด กระแสเพิ่มสองเท่าทำให้พลังงานสี่เท่า เมื่อกระแสลด พลังงานคืนสู่วงจร

แท่งตัวนำเคลื่อนที่

ขยับแท่งตัวนำตรงในสนาม แรงต่อประจุที่เคลื่อนที่ทำให้ประจุแยกตามแท่ง หากแท่งวางตาม v×B จะมี \mathcal E=Blv\sin\alpha โดย α เป็นมุมระหว่างความเร็วกับ B, l เป็นเมตร และ v เป็นเมตรต่อวินาที เพิ่มอัตราเร็วสองเท่าทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสองเท่า เคลื่อนตามสนามให้ศูนย์ หากแท่งวางแนวอื่นต้องฉายแรงตามแนวแท่ง หากละเงื่อนไขนี้ สูตรอาจทำนายแรงดันระหว่างปลายที่เลือกผิด

+−vl⊗ B
แท่งตัวนำเคลื่อนไปขวาในสนามเข้าหน้ากระดาษ แรงแม่เหล็กผลักประจุบวกขึ้นและลบลง จึงเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า Blv ระหว่างปลาย

วงลวดหมุน

การหมุนสม่ำเสมอทำให้ฟลักซ์เปลี่ยนเป็นคาบและเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสลับ สำหรับ n รอบเหมือนกัน \mathcal E_{\max}=nBS\omega โดย ω เป็นเรเดียนต่อวินาที หมุนเร็วขึ้นสองเท่าทำให้ความถี่และแอมพลิจูดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพิ่มสองเท่า แกนหมุนอยู่ในระนาบวงลวดและตั้งฉากกับ B สม่ำเสมอ แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดเกิดเมื่อฟลักซ์เปลี่ยนเร็วที่สุด ไม่ใช่เมื่อฟลักซ์มากที่สุด ทั้งสองเกิดคนละขณะในรอบ

εmax = n B S ωBแกนหมุนสม่ำเสมอω: อัตราเร็วเชิงมุม, рад/с
วงลวดหมุนสม่ำเสมอในสนามสม่ำเสมอทำให้ฟลักซ์เปลี่ยนเป็นคาบ แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดขึ้นกับจำนวนรอบ สนาม พื้นที่ และอัตราเร็วเชิงมุม

แก้ตัวอย่างทีละขั้น

ขดลวดมี 100 รอบ ฟลักซ์ผ่านแต่ละรอบลดสม่ำเสมอจาก 0.003 เป็น 0.001 Wb ใน 0.1 s จงหาขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า

ค่าที่ทราบ100 รอบฟลักซ์ลดΦ₁ = 0,003 ВбΦ₂ = 0,001 ВбΔt = 0,1 сn = 100ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า — ?
ขดลวดหนึ่งร้อยรอบมีฟลักซ์ผ่านแต่ละรอบลดสม่ำเสมอจากสามส่วนพันเป็นหนึ่งส่วนพันเวเบอร์ในหนึ่งส่วนสิบวินาที จงหาขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 1

ฟลักซ์เปลี่ยนเหมือนกันทุก 100 รอบ จึงหาการเปลี่ยนของหนึ่งรอบก่อน แล้วคูณ n เพียงครั้งเดียว

ใช้กฎใด?ฟลักซ์เปลี่ยนεi = n |ΔΦ| / Δtแท่งตัวนำเคลื่อนε = B l vไม่ใช้ในที่นี้โจทย์ให้ฟลักซ์ที่เปลี่ยนและจำนวนรอบจึงใช้กฎของฟาราเดย์
โจทย์ให้การเปลี่ยนฟลักซ์ผ่านหนึ่งรอบและจำนวนรอบ จึงใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 2

|ΔΦ| = |0,001 − 0,003| = 0,002 Вб ฟลักซ์ลด แต่ใช้ขนาดการเปลี่ยนที่เป็นบวกเพื่อหาขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า

การเปลี่ยนฟลักซ์|ΔΦ| = |0,001 − 0,003|0,002 Вбใช้กฎของเลนซ์หาเครื่องหมายแยก
นำฟลักซ์สุดท้ายลบเริ่มต้นแล้วหาขนาด ได้สองส่วนพันเวเบอร์

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 3

|ε| = n|ΔΦ|/Δt = 100 × 0,002/0,1 = 2 В.

คำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้า100 · 0,002 / 0,12 Вเวเบอร์ต่อวินาทีได้โวลต์
คูณจำนวนรอบด้วยขนาดฟลักซ์ที่เปลี่ยนแล้วหารเวลา ได้สองโวลต์

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 4

ฟลักซ์เปลี่ยนสม่ำเสมอ ดังนั้น 2 V เป็นขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะนั้นด้วยตลอดช่วง หากวงจรปิด กระแสจะสร้างสนามช่วยเสริมฟลักซ์ที่กำลังลด

ตรวจสอบเปลี่ยนสม่ำเสมอค่าเฉลี่ย = ค่าขณะนั้นฟลักซ์ลดกระแสช่วยเสริมเลนซ์: กระแสต้านการเปลี่ยน
ฟลักซ์เปลี่ยนสม่ำเสมอ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยจึงเท่ากับค่าขณะนั้น กระแสเหนี่ยวนำในวงจรปิดจะเสริมฟลักซ์ที่กำลังลด

ตรวจคำตอบ

ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า |ε| = 2 В คงตัวในช่วงที่กำหนด เพราะฟลักซ์ลดสม่ำเสมอ

ประเด็นสำคัญ · 1

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับฟลักซ์ที่เปลี่ยน ซึ่งขึ้นกับสนาม พื้นที่ และแนววาง ฟลักซ์คงตัวไม่ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ประเด็นสำคัญ · 2

กฎของเลนซ์กำหนดการต้านการเปลี่ยนแปลงและทำให้การเหนี่ยวนำสอดคล้องกับการอนุรักษ์พลังงาน

ประเด็นสำคัญ · 3

ขดลวดเชื่อมกระแสกับฟลักซ์คล้องและสะสมพลังงาน LI²/2 ห้ามนับจำนวนรอบซ้ำ

เราจะไปที่ไหนต่อไป?

ต่อไปจะศึกษาการแลกเปลี่ยนพลังงานในการเคลื่อนที่เป็นคาบ

แนวคิดพื้นฐาน

2 แนวคิด

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรเปลี่ยน

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดจากฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยน กระแสเหนี่ยวนำต้านการเปลี่ยนนั้นตามกฎของเลนซ์

การเหนี่ยวนำตัวเอง

การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรเมื่อกระแสและฟลักซ์แม่เหล็กของวงจรเองเปลี่ยน

ขดลวดต้านการเปลี่ยนกระแสของตัวเองอย่างรวดเร็ว ความเหนี่ยวนำหรืออัตราเปลี่ยนกระแสที่มากขึ้นทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ามากขึ้น

ปริมาณทางฟิสิกส์

8 ปริมาณ

ฟลักซ์แม่เหล็ก

\Phi

ปริมาณที่บอกสนามแม่เหล็กที่ผ่านผิว

หน่วย: เวเบอร์ · \mathrm{Вб}

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

\mathcal{E}_i

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยน

หน่วย: โวลต์ · \mathrm{В}

จำนวนรอบ

n

จำนวนรอบของตัวนำในขดลวด

หน่วย: ปริมาณไร้มิติ

การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก

\Delta\Phi

ความแตกต่างระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กสุดท้ายและเริ่มต้น

หน่วย: เวเบอร์ · \mathrm{Вб}

ความเหนี่ยวนำ

L

ความสามารถของวงจรในการสร้างฟลักซ์แม่เหล็กของตัวเองเมื่อกระแสไหลผ่าน

หน่วย: เฮนรี · \mathrm{Гн}

การเปลี่ยนกระแส

\Delta I

ความแตกต่างระหว่างกระแสสุดท้ายและกระแสเริ่มต้น

หน่วย: แอมแปร์ · \mathrm{А}

แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเหนี่ยวนำตัวเอง

\mathcal{E}_{\text{си}}

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนกระแสในวงจรเอง

หน่วย: โวลต์ · \mathrm{В}

พลังงานสนามแม่เหล็ก

W

พลังงานที่สะสมอยู่ในสนามแม่เหล็กของขดลวด

หน่วย: จูล · \mathrm{Дж}

สูตรบทเรียน

8 สูตร

ฟลักซ์แม่เหล็ก

\Phi=BS\cos\alpha

ฟลักซ์แม่เหล็กขึ้นกับความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก พื้นที่ และแนววางผิว

นิยามของเวเบอร์

1\,\mathrm{Вб}=1\,\mathrm{В}\cdot\mathrm{с}=1\,\mathrm{Тл}\cdot\mathrm{м}^2

หนึ่งเวเบอร์เท่ากับหนึ่งโวลต์-วินาที และหนึ่งเทสลา-ตารางเมตร

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

\mathcal{E}_i=n\frac{\lvert\Delta\Phi\rvert}{\Delta t}

ด้านขวาให้ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยในช่วงเวลา ใช้กฎของเลนซ์หาทิศ แรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะนั้นแบบมีเครื่องหมายเท่ากับ −n dΦ/dt

เงื่อนไข: แต่ละรอบจากทั้งหมด n รอบมีฟลักซ์เท่ากัน และ n คงตัว เมื่ออัตราเปลี่ยนฟลักซ์คงตัว ผลยังเท่ากับขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะนั้น โดยทั่วไปขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยต่างจากค่าเฉลี่ยของขนาด

แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเหนี่ยวนำตัวเอง

\mathcal{E}_{\text{си}}=L\frac{\lvert\Delta I\rvert}{\Delta t}

ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเฉลี่ยจากการเหนี่ยวนำตัวเองแปรผันตรงกับการเปลี่ยนกระแสต่อหน่วยเวลา ทิศต้านการเปลี่ยนกระแส แรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะนั้นแบบมีเครื่องหมายเท่ากับ −L dI/dt

เงื่อนไข: ความเหนี่ยวนำ L คงตัว นิพจน์ผลต่างจำกัดให้ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะนั้นตรงพอดีเมื่ออัตราการเปลี่ยนกระแสคงตัว

พลังงานแม่เหล็กของขดลวด

W=\frac{LI^2}{2}

พลังงานของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับความเหนี่ยวนำและกำลังสองของกระแส

แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากตัวนำเคลื่อนที่

\mathcal{E}=Blv\sin\alpha

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนตัวนำในสนามแม่เหล็ก

แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดของวงลวดหมุน

\mathcal{E}_{\max}=nBS\omega

แอมพลิจูดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของวงลวดแปรผันตรงกับจำนวนรอบ ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก พื้นที่ และอัตราเร็วเชิงมุม

ฟลักซ์คล้องและความเหนี่ยวนำ

n\Phi=LI

ความเหนี่ยวนำเชื่อมกระแสกับฟลักซ์คล้องของขดลวด ซึ่งเป็นผลรวมฟลักซ์แม่เหล็กผ่านทุกรอบ

เงื่อนไข: แต่ละรอบจาก n รอบมีฟลักซ์เท่ากัน ผลคูณ nΦ เรียกว่าฟลักซ์คล้อง สำหรับหนึ่งรอบ Φ = LI

ทดลองความสัมพันธ์

คาดการณ์ก่อน ปุ่มทดลองจะเปลี่ยนปริมาณที่ระบุ จากนั้นเปรียบเทียบผลและสำรวจค่าอื่น

ขดลวดหมุนและแรงเคลื่อนไฟฟ้า

Φ = BS cos(ωt); ε = −N dΦ/dt = NBSω sin(ωt); N = 100

ขดลวด 100 รอบเท่ากันในสนามสม่ำเสมอ หมุนด้วยอัตราคงตัว Φ คือฟลักซ์ผ่านหนึ่งรอบ วงจรเปิด จึงไม่จำลองกระแสและแรงบิดต้านกลับ

ถ้าเพิ่มความถี่การหมุนจาก 1 เป็น 2 Hz แอมพลิจูดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเปลี่ยนอย่างไร?

การคาดการณ์ของคุณ

ค่าเริ่มต้น

แสดงเวกเตอร์
nBN = 100; Φ = BS cos(ωt)
0-15.580.5-7.791101.57.791215.58ε, Вt, с
ε

ผลการคำนวณ

Φ
0.02 Вб
ε
0 В
εмакс
12.57 В
อธิบายผล

แรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้นกับอัตราการเปลี่ยนฟลักซ์ เมื่อ |Φ| สูงสุด ε = 0 และเมื่อ Φ = 0 ค่า |ε| สูงสุด การเพิ่ม ν เป็นสองเท่าทำให้แอมพลิจูดของ ε เป็นสองเท่า

สูตรที่เกี่ยวข้อง

สูตรเดียวกันในคู่มืออ้างอิง พร้อมสัญลักษณ์และหน่วย

โจทย์ในหัวข้อนี้

โจทย์ ตัวเลือกคำตอบ และวิธีทำ