Скорость магнитного потока: Найти скорость изменения магнитного потока в… — Физика

Закон электромагнитной индукции ⋆ СПАДИЛО

Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S. Поэтому скорость изменения этого числа есть не что иное, как скорость изменения магнитного потока.

Если за малое время ∆t магнитный поток поменялся на ∆Ф, то скорость изменения магнитного потока равна ΔΦΔt… Поэтому утверждение, которое вытекает непосредственно из опыта, можно сформулировать так:

Сила индукционного тока пропорциональная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Ii~ΔΦΔt.

Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуров, появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой

ЭДС индукции. Обозначают ее как εi.

Согласно закону Ома для замкнутой цепи:

Ii=εiR..

Сопротивление проводника не зависит от изменения магнитного потока. Следовательно, сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока только потому, что ЭДС индукции тоже пропорциональна этой скорости изменения потока.

Закон электромагнитной индукции

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

εi=∣∣∣ΔΦΔt..∣∣∣

Закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы тока. При такой формулировке закон выражает сущность явления, не зависящую от свойств проводников, в которых возникает индукционный ток.

Определение знака ЭДС индукции

На рисунке изображен замкнутый контур. Будем считать положительным направление обхода контура против часовой стрелки. Нормаль →n к контуру образует правый винт с направлением обхода.

Пусть магнитная индукция →B внешнего магнитного поля направлена вдоль нормали к контуру и возрастает со временем. Тогда Φ>0 и ΔΦΔt..>0. Согласно правилу Ленца индукционный ток создает магнитный поток Φ‘<0. Линии магнитной индукции B’ магнитного поля индукционного тока изображены черным цветом. Следовательно, индукционный ток Ii согласно правилу буравчика направлен по часовой стрелке (против направления положительного обхода) и ЭДС индукции отрицательна. Поэтому в законе электромагнитной индукции должен стоять знак «–», указывающий на то, что εi и ΔΦΔt.. имеют разные знаки:

εi=−ΔΦΔt..

Пример №1. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3∙10–2 Ом за 2 с изменился на 1,2∙10–2 Вб. Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

Известно, что:

Ii=εiR..

εi=∣∣∣ΔΦΔt..∣∣∣

Следовательно:

ЭДС индукции в движущихся проводниках

Электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем, и это поле порождается переменным магнитным полем. Следовательно, изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. Но если проводник движется в постоянном во времени магнитном поле, то ЭДС индукции в проводнике обусловлена не вихревым электрическим полем, которое в этом случае не может возникнуть, а другой причиной.

При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. Она и вызывает перемещение зарядов внутри проводника. ЭДС индукции, следовательно, имеет магнитное происхождение.

Вычислим ЭДС индукции, возникающую в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле (см. рисунок). Пусть сторона контура MN длиной l скользит с постоянной скоростью →v вдоль сторон NC и MD, оставаясь все это время параллельной стороне CD. Вектор магнитной индукции →B однородного поля перпендикулярен проводнику и составляет угол α с направлением его скорости.

Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу, равна по модулю:

FL=|q|vBsin.α

Направлена эта сила вдоль проводника MN. Работа силы Лоренца на пути l положительна и составляет:

A=FLl=|q|vBlsin.α

Внимание!

Формула выше определяет неполную работу силы Лоренца. Кроме силы Лоренца имеется составляющая силы Лоренца, направленная против скорости проводника →v. Такая составляющая тормозит проводник и совершает отрицательную работу. В результате полная работа силы Лоренца оказывается равной нулю.

Электродвижущая сила индукции в проводнике MN равна по определению отношению работы по перемещению заряда q к этому заряду:

εi=A|q|..=vBlsin.α

Эта формула справедлива для любого проводника длиной l, движущегося со скоростью →v в однородном магнитном поле.

В других проводниках контура ЭДС равна нулю, так как проводники неподвижны. Следовательно, ЭДС во всем контуре MNCD равна εi и остается неизменной, если скорость движения →v постоянна. Электрический ток при этом будет увеличиваться, так как при смещении проводника MN вправо уменьшается общее сопротивление контура.

С другой стороны, ЭДС индукции можно вычислить с помощью закона электромагнитной индукции. Магнитный поток через контур MNCD равен:

Φ=BScos.(90°−α)=BSsin.α

угол 90°−α представляет собой угол между векторами →B и нормалью →n к поверхности контура, а S — площадь контура MNCD. Если считать, что в начальный момент времени t=0 проводник MN находится на расстоянии NC от проводника CD, то при перемещении проводника площадь S изменяется со временем следующим образом:

S=l(NC−vt)

За время ∆t площадь контура меняется на ΔS=−lvΔt. Знак «минус» указывает на то, что она уменьшается. Изменение магнитного потока за это время равно:

ΔΦ=−BvlΔtsin.α

Следовательно:

εi=−ΔΦΔt..=Bvlsin.α

Если весь контур MNCD движется в однородном магнитном поле, сохраняя свою ориентацию по отношению к вектору →B, то ЭДС индукции в контуре будет равна нулю, так как поток Φ через поверхность, ограниченную контуром, не меняется. Объяснить это можно так. При движении контура в проводниках MN и CD возникают силы, действующие на электроны в направлениях от N к M и от C к D. Суммарная работа этих сил при обходе контура по часовой стрелке или против нее равна нулю.

Пример №2. Проводник длиной 50 см движется в однородном магнитном поле со скоростью 4 м/с перпендикулярно силовым линиям. Найдите разность потенциалов, возникающую на концах проводника, если вектор магнитной индукции 8 мТл.

50 см = 0,5 м

8 мТл = 8∙10–3 Тл

Так как проводник движется перпендикулярно силовым линиям, то угол α равен 90 градусам, а синус прямого угла равен единице. Поэтому:

εi=Bvlsin.α=8·10−3·4·0,5·1=16·10−3 (В)

Задание EF17754

В заштрихованной области на рисунке действует однородное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка, В = 0,1 Тл. Проволочную квадратную рамку сопротивлением R=10Ом и стороной l=10см перемещают в плоскости рисунка поступательно со скоростью υ=1м/с. Чему равен индукционный ток в рамке в состоянии 1?

Ответ:

а) 1 мА

б) 5 мА

в) 10 мА

г) 20 мА


Алгоритм решения

1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения величин в СИ.

2.Записать формулу для определения величины индукционного тока.

3.Записать закон электромагнитной индукции для движущихся проводников.

4.Выполнить решение в общем виде.

5.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.

Решения

Запишем исходные данные:

• Модуль вектора магнитной индукции однородного магнитного поля: B = 0,1 Тл.

• Сопротивление внутри квадратной проволочной рамки: R = 10 Ом.

• Сторона рамки: l = 10 см.

• Скорость перемещения рамки: v = 1 м/с.

10 см = 0,1 м

Индукционный ток, возникающий в рамке, определяется по формуле:

Ii=εiR..

Закон электромагнитной индукции для движущихся проводников:

εi=vBlsin.α

Отсюда индукционный ток равен:

Ii=vBlsin.αR..

На рисунке вектор магнитной индукции направлен в сторону от наблюдателя. Следовательно, угол между направлением движения рамки и вектором магнитной индукции равен 90 градусам. А синус прямого угла равен единице. Тогда:

Ii=vBlsin.90°R..=1·0,1·0,1·110..=0,001 (А)=1 (мА)

Ответ: а

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17970

При вращении в однородном магнитном поле плоскости металлического кольца из тонкой проволоки вокруг оси, перпендикулярной линиям поля, максимальная сила индукционного тока, возникающего в кольце, равна I1. Чему будет равна максимальная сила индукционного тока I2 в этом кольце при уменьшении скорости вращения кольца в 2 раза?

Ответ:

а) I2 = 2I1

б) I2 = I1

в) I2 = 0,5I1

г) I2 = 4I1


Алгоритм решения

1.Записать закон электромагнитной индукции.

2.Установить зависимость между величиной индукционного тока и скоростью вращения рамки.

3.Определить, как изменится величина индукционного тока в кольце при уменьшении скорости ее вращения.

Решение

Запишем формулу закона электромагнитной индукции:

εi=∣∣∣ΔΦΔt..∣∣∣

Известно, что отношение изменения магнитного потока ко времени его изменения — это величина, характеризующая скорость этого изменения. Если кольцо в однородном магнитном поле вращать медленнее, то и магнитный поток начнет менять медленнее. Так как ЭДС индукции прямо пропорционально зависит от скорости изменения магнитного потока, то при уменьшении скорости вращения кольца в 2 раза она также уменьшится вдвое.

Также известно, что индукционный ток в рамке определяется формулой:

Ii=εiR..

Видно, что индукционный ток и ЭДС индукции — прямо пропорциональные величины. Следовательно, при уменьшении ЭДС индукции вдвое сила индукционного тока тоже уменьшится в 2 раза. Отсюда следует, что I2 = 0,5I1.

Ответ: в

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18860

По горизонтально расположенным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением могут скользить два одинаковых стержня массой m = 100 г и сопротивлением R = 0,1 Ом каждый. Расстояние между рельсами l = 10 см, а коэффициент трения между стержнями и рельсами μ = 0,1  Рельсы со стержнями находятся в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией B = 1 Тл (см. рисунок). Под действием горизонтальной силы, действующей на первый стержень вдоль рельс, оба стержня движутся поступательно равномерно с разными скоростями. Какова скорость движения первого стержня относительно второго? Самоиндукцией контура пренебречь. Ответ записать в системе СИ.


Алгоритм решения

1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения в СИ.

2.Записать закон электромагнитной индукции для двигающихся стержней.

3.Выполнить решение задачи в общем виде.

4.Подставить неизвестные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• Масса стержней: m1=m2=m=100 г.

• Сопротивление стержней: R1=R2=R=0,1 Ом.

• Расстояние между рельсами: l = 10 см.

• Коэффициент трения между стержнями и рельсами: μ = 0,1.

• Модуль вектора магнитной индукции магнитного поля: B = 1 Тл.

• Угол между вектором магнитной индукцией и вектором скорости стержней: α = 90 градусов (синус прямого угла равен «1»).

100 г = 0,1 кг

10 см = 0,1 м

Когда под действием некой силы начинается двигаться первый стержень, магнитный поток, пронизывающий контур, образованные проводящими рельсами и двумя стержнями, меняется. Это приводит к возникновению в этом контуре электродвижущей силы, которую можно определить с помощью закона электромагнитной индукции для двигающихся стержней:

εi=vBlsin.α

Причем v — это разность скоростей стержней (v2 – v1), которая характеризует скорость изменения площади проводящего контура.

Индукционный ток, возникающей в этом контуре, можно выразить, используя закон Ома:

εi=IRк

где Rк — сопротивление контура. Так как стержни соединяются последовательно, и их сопротивления равны R, а сопротивление рельсов ничтожно мало, сопротивление контура равно:

Rк=2R

Отсюда закон Ома принимает вид:

εi=2IR

Тогда ток в контуре равен:

I=εi2R..=vBlsin.α2R..

С одной стороны на стержни действует сила Ампера, с другой — сила трения, возникающего между ними и рельсами. Так как стержни движутся равномерно, равнодействующая сил, приложенных к ним, равна нулю. Следовательно, сила трения и сила Ампера компенсируют друг друга (их модули равны):

Fтр=FА

μmg=BIlsin.α

Подставим сюда выражение, полученное для силы тока в контуре:

μmg=BvBlsin.α2R..lsin.α=vB2l2sin2.α2R..

Отсюда скорость равна:

v=2μmgRB2l2sin2.α..

Так как синус угла равен «1»:

Ответ: 2

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Величина равная скорости изменения магнитного потока. Изменение магнитного потока создает электрическое поле

Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами, поэтому можно предположить, что между этими полями существует определенная связь. Это предположение нашло экспериментальное подтверждение в 1831 г. в опытах выдающегося английского физика М.Фарадея. Он открыл явление электромагнитной индукции.

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы индукционных генераторов электрического тока, на которые приходится вся вырабатываемая в мире электроэнергия.

  • Магнитный поток
Замкнутый контур, помещенный в однородное магнитное поле

Количественной характеристикой процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур является физическая величина называемая магнитным потоком . Магнитным потоком (Ф) через замкнутый контур площадью (S) называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции (В) на площадь контура (S) и на косинус угла между вектором В и нормалью к поверхности : Φ = BS cos α. Единица магнитного потока Ф — вебер (Вб): 1 Вб = 1 Тл · 1 м 2 .

перпендикулярен максимальный.

Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура, то магнитный поток равен нулю.

  • Закон электромагнитной индукции

Опытным путем был установлен закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: Эта формула носит название закона Фарадея .

Классической демонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый опыт Фарадея. В нем, чем быстрее перемещать магнит через витки катушки, тем больше возникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

  • Правило Ленца

Зависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем установил русский физик Э.Х.Ленц. Согласно правилу Ленца , возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Более кратко это правило можно сформулировать следующим образом: индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей. Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что всегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея ).

Ленцем был сконструирован прибор, представляющий собой два алюминиевых кольца, сплошное и разрезанное, укрепленные на алюминиевой перекладине. Они могли вращаться вокруг оси, как коромысло. При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало «убегать» от магнита, поворачивая соответственно коромысло. При вынесении магнита из кольца оно стремилось «догнать» магнит. При движении же магнита внутри разрезанного кольца никакого движения не происходило. Ленц объяснял опыт тем, что магнитное поле индукционного тока стремилось компенсировать изменение внешнего магнитного потока.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

> Изменение магнитного потока создает электрическое поле

Рассмотрите возникновение электрического поля при изменении магнитного потока : закон электромагнитной индукции Фарадея, уравнение Максвелла, теорема Стокса.

При перемене магнитного потока создается электрическое поле. Это утверждает закон индукции Фарадея:

Задача обучения

  • Охарактеризовать связь меняющегося магнитного поля и электрического.

Основные пункты

Термины

  • Уравнение Максвелла – набор формул, характеризующих электрические и магнитные поля и их взаимодействие.
  • Область вектора – величина рассматриваемого вектора, расположенная перпендикулярно плоскости.
  • Теорема Стокса – интегрирование дифференциальных форм на многообразие, упрощающее и обобщающее несколько теорем из векторных вычислений.

Закон индукции Фарадея говорит о том, что при перемене магнитного поля создается электрическое: (ε индуцируется ЭДС, а Φ B – магнитный поток). Это главный закон в электромагнетизме, предсказывающий принципы взаимодействия магнитного поля с электрической цепью, что приведет к ЭДС.

В этом эксперименте демонстрируется индукция между катушками провода: жидкая батарея (справа) создает ток, протекающий сквозь небольшую катушку (А), формируя магнитное поле. Если катушки лишены движения, ток не индуцируется. Если же катушка смещается из/в более крупную (B ), то магнитный поток изменится и создаст ток, который проявит себя в гальванометре

Дифференциальная форма закона Фарадея

Магнитный поток , где – векторная площадь над замкнутой поверхностью S. Устройство, способное поддерживать разность потенциалов, несмотря на токовые потоки, выступает источником ЭДС. В математическом виде: , где интеграл характеризуется по замкнутой петле C.

Закон Фарадея теперь можно переписать: . Используя теорему Стокса в векторном исчислении, левая часть приравнивается к

В правой части . Поэтому мы получаем альтернативную форму закона индукции Фарадея: . Ее также именуют дифференциальной формой закона Фарадея. Это одно из четырех уравнений Максвелла, контролирующих все электромагнитные явления.

Если в магнитном поле находится замкнутый проводящий контур, не содержащий источников тока, то при изменении магнитного поля в контуре возникает электрический ток. Это явление называется электромагнитной индукцией. Появление тока свидетельствует о возникновении в контуре электрического поля, которое может обеспечить замкнутое движение электрических зарядов или, другими словами, о возникновении ЭДС. Электрическое поле, которое возникает при изменении поля магнитного и работа которого при перемещении зарядов по замкнутому контуру не равна нулю, имеет замкнутые силовые линии и называется вихревым.

Для количественного описания электромагнитной индукции вводится понятие магнитного потока (или потока вектора магнитной индукции) через замкнутый контур. Для плоского контура, расположенного в однородном магнитном поле (а только такие ситуации и могут встретиться школьникам на едином государственном экзамене), магнитный поток определяется как

где — индукция поля, — площадь контура, — угол между вектором индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура (см. рисунок; перпендикуляр к плоскости контура показан пунктиром). Единицей магнитного потока в международной системе единиц измерений СИ является Вебер (Вб), который определяется как магнитный поток через контур площади 1 м 2 однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл, перпендикулярной плоскости контура.

Величина ЭДС индукции , возникающая в контуре при изменении магнитного потока через этот контур, равна скорости изменения магнитного потока

Здесь — изменение магнитного потока через контур за малый интервал времени . Важным свойством закона электромагнитной индукции (23.2) является его универсальность по отношению к причинам изменения магнитного потока: магнитный поток через контур может меняться из-за изменения индукции магнитного поля, изменения площади контура или изменения угла между вектором индукции и нормалью, что происходит при вращении контура в поле. Во всех этих случаях по закону (23.2) в контуре будет возникать ЭДС индукции и индукционный ток.

Знак минус в формуле (23.2) «отвечает» за направление тока, возникающего в результате электромагнитной индукции (правило Ленца). Однако понять на языке закона (23.2), к какому направлению индукционного тока приведет этот знак при том или ином изменении магнитного потока через контур, не так-то просто. Но достаточно легко запомнить результат: индукционный ток будет направлен таким образом, что созданное им магнитное поле будет «стремиться» компенсировать то изменение внешнего магнитного поля, которое этот ток и породило. Например, при увеличении потока внешнего магнитного поля через контур в нем возникнет индукционный ток, магнитное поле которого будет направлено противоположно внешнему магнитному полю так, чтобы уменьшить внешнее поле и сохранить, таким образом, первоначальную величину магнитного поля. При уменьшении потока поля через контур поле индукционного тока будет направлено так же, как и внешнее магнитное поле.

Если в контуре с током ток в силу каких-то причин изменяется, то изменяется и магнитный поток через контур того магнитного поля, которое создано самим этим током. Тогда по закону (23.2) в контуре должна возникать ЭДС индукции. Явление возникновения ЭДС индукции в некоторой электрической цепи в результате изменения тока в самой этой цепи называется самоиндукцией. Для нахождения ЭДС самоиндукции в некоторой электрической цепи необходимо вычислить поток магнитного поля, создаваемого этой цепью через нее саму. Такое вычисление представляет собой сложную проблему из-за неоднородности магнитного поля. Однако одно свойство этого потока является очевидным. Поскольку магнитное поле, создаваемого током в цепи, пропорционально величине тока, то и магнитный поток собственного поля через цепь пропорционален току в этой цепи

где — сила тока в цепи, — коэффициент пропорциональности, который характеризует «геометрию» цепи, но не зависит от тока в ней и называется индуктивностью этой цепи. Единицей индуктивности в международной системе единиц СИ является Генри (Гн). 1 Гн определяется как индуктивность такого контура, поток индукции собственного магнитного поля через который равен 1 Вб при силе тока в нем 1 А. С учетом определения индуктивности (23.3) из закона электромагнитной индукции (23.2) получаем для ЭДС самоиндукции

Благодаря явлению самоиндукции ток в любой электрической цепи обладает определенной «инерционностью» и, следовательно, энергией. Действительно, для создания тока в контуре необходимо совершить работу по преодолению ЭДС самоиндукции. Энергия контура с током и равна этой работе. Необходимо запомнить формулу для энергии контура с током

где — индуктивность контура, — сила тока в нем.

Явление электромагнитной индукции широко применяется в технике. На нем основано создание электрического тока в электрических генераторах и электростанциях. Благодаря закону электромагнитной индукции происходит преобразование механических колебаний в электрические в микрофонах. На основе закона электромагнитной индукции работает, в частности, электрическая цепь, которая называется колебательным контуром (см. следующую главу), и которая является основой любой радиопередающей или радиопринимающей техники.

Рассмотрим теперь задачи.

Из перечисленных в задаче 23.1.1 явлений только одно есть следствие закона электромагнитной индукции — появление тока в кольце при проведении сквозь него постоянного магнита (ответ 3 ). Все остальное — результат магнитного взаимодействия токов.

Как указывалось во введении к настоящей главе, явление электромагнитной индукции лежит в основе работы генератора переменного тока (задача 23.1.2 ), т.е. прибора, создающего переменный ток, заданной частоты (ответ 2 ).

Индукция магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, уменьшается с увеличением расстояния до него. Поэтому при приближении магнита к кольцу (задача 23.1.3 ) поток индукции магнитного поля магнита через кольцо изменяется, и в кольце возникает индукционный ток. Очевидно, это будет происходить при приближении магнита к кольцу и северным, и южным полюсом. А вот направление индукционного тока в этих случаях будет различным. Это связано с тем, что при приближении магнита к кольцу разными полюсами, поле в плоскости кольца в одном случае будет направлено противоположно полю в другом. Поэтому для компенсации этих изменений внешнего поля магнитное поле индукционного тока должно быть в этих случаях направлено по-разному. Поэтому и направления индукционных токов в кольце будут противоположными (ответ 4 ).

Для возникновения ЭДС индукции в кольце необходимо, чтобы менялся магнитный поток через кольцо. А поскольку магнитная индукция поля магнита зависит от расстояния до него, то в рассматриваемом в задаче 23.1.4 случае поток через кольцо будет меняться, в кольце возникнет индукционный ток (ответ 1 ).

При вращении рамки 1 (задача 23.1.5 ) угол между линиями магнитной индукции (а, значит, и вектором индукции) и плоскостью рамки в любой момент времени равен нулю. Следовательно, магнитный поток через рамку 1 не изменяется (см. формулу (23.1)), и индукционный ток в ней не возникает. В рамке 2 индукционный ток возникнет: в положении показанном на рисунке, магнитный поток через нее равен нулю, когда рамка повернется на четверть оборота — будет равен , где — индукция, — площадь рамки. Еще через четверть оборота поток снова будет равен нулю и т.д. Поэтому поток магнитной индукции через рамку 2 изменяется в процессе ее вращения, следовательно, в ней возникает индукционный ток (ответ 2 ).

В задаче 23.1.6 индукционный ток возникает только в случае 2 (ответ 2 ). Действительно, в случае 1 рамка при движении остается на одном и том же расстоянии от проводника, и, следовательно, магнитное поле, созданное этим проводником в плоскости рамки, не изменяется. При удалении рамки от проводника магнитная индукция поля проводника в области рамки изменяется, меняется магнитный поток через рамку, и возникает индукционный ток

В законе электромагнитной индукции утверждается, что индукционный ток в кольце будет течь в такие моменты времени, когда изменяется магнитный поток через это кольцо. Поэтому пока магнит покоится около кольца (задача 23.1.7 ) индукционный ток в кольце течь не будет. Поэтому правильный ответ в этой задаче — 2 .

Согласно закону электромагнитной индукции (23.2) ЭДС индукции в рамке определяется скоростью изменения магнитного потока через нее. А поскольку по условию задачи 23.1.8 индукция магнитного поля в области рамки изменяется равномерно, скорость ее изменения постоянна, величина ЭДС индукции не изменяется в процессе проведения опыта (ответ 3 ).

В задаче 23.1.9 ЭДС индукции, возникающая в рамке во втором случае, вчетверо больше ЭДС индукции, возникающей в первом (ответ 4 ). Это связано с четырехкратным увеличением площади рамки и, соответственно, магнитного потока через нее во втором случае.

В задаче 23.1.10 во втором случае в два раза увеличивается скорость изменения магнитного потока (индукция поля меняется на ту же величину, но за вдвое меньшее время). Поэтому ЭДС электромагнитной индукции, возникающая в рамке во втором случае, в два раза больше, чем в первом (ответ 1 ).

При увеличении тока в замкнутом проводнике в два раза (задача 23.2.1 ), величина индукции магнитного поля возрастет в каждой точке пространства в два раза, не изменившись по направлению. Поэтому ровно в два раза изменится магнитный поток через любую малую площадку и, соответственно, и весь проводник (ответ 1 ). А вот отношение магнитного потока через проводник к току в этом проводнике, которое и представляет собой индуктивность проводника , при этом не изменится (задача 23.2.2 — ответ 3 ).

Используя формулу (23.3) находим в задаче 32.2.3 Гн (ответ 4 ).

Связь между единицами измерений магнитного потока, магнитной индукции и индуктивности (задача 23.2.4 ) следует из определения индуктивности (23.3): единица магнитного потока (Вб) равна произведению единицы тока (А) на единицу индуктивности (Гн) — ответ 3 .

Согласно формуле (23.5) при двукратном увеличении индуктивности катушки и двукратном уменьшении тока в ней (задача 23.2.5 ) энергия магнитного поля катушки уменьшится в 2 раза (ответ 2 ).

Когда рамка вращается в однородном магнитном поле, магнитный поток через рамку меняется из-за изменения угла между перпендикуляром к плоскости рамки и вектором индукции магнитного поля. А поскольку и в первом и втором случае в задаче 23.2.6 этот угол меняется по одному и тому же закону (по условию частота вращения рамок одинакова), то ЭДС индукции меняются по одному и тому же закону, и, следовательно, отношение амплитудных значений ЭДС индукции в рамках равно единице (ответ 2 ).

Магнитное поле, создаваемое проводником с током в области рамки (задача 23.2.7 ), направлено «от нас» (см. решение задач главы 22). Величина индукции поля провода в области рамки при ее удалении от провода будет уменьшаться. Поэтому индукционный ток в рамке должен создать магнитное поле, направленное внутри рамки «от нас». Используя теперь правило буравчика для нахождения направления магнитной индукции, заключаем, что индукционный ток в рамке будет направлен по часовой стрелке (ответ 1 ).

При увеличении тока в проводе будет возрастать созданное им магнитное поле и в рамке возникнет индукционный ток (задача 23.2.8 ). В результате возникнет взаимодействие индукционного тока в рамке и тока в проводнике. Чтобы найти направление этого взаимодействия (притяжение или отталкивание) можно найти направление индукционного тока, а затем по формуле Ампера силу взаимодействия рамки с проводом. Но можно поступить и по-другому, используя правило Ленца. Все индукционные явления должны иметь такое направление, чтобы компенсировать вызывающую их причину. А поскольку причина — увеличение тока в рамке, сила взаимодействия индукционного тока и провода должна стремиться уменьшить магнитный поток поля провода через рамку. А поскольку магнитная индукция поля провода убывает с увеличением расстояния до него, то эта сила будет отталкивать рамку от провода (ответ 2 ). Если бы ток в проводе убывал, то рамка притягивалась бы к проводу.

Задача 23.2.9 также связана с направлением индукционных явлений и правилом Ленца. При приближении магнита к проводящему кольцу в нем возникнет индукционный ток, причем направление его будет таким, чтобы компенсировать вызывающую его причину. А поскольку эта причина — приближение магнита, кольцо будет отталкиваться от него (ответ 2 ). Если магнит отодвигать от кольца, то по тем же причинам возникло бы притяжение кольца к магниту.

Задача 23.2.10 — единственная вычислительная задача в этой главе. Для нахождения ЭДС индукции нужно найти изменение магнитного потока через контур . Это можно сделать так. Пусть в некоторый момент времени перемычка находилась в положении, показанном на рисунке, и пусть прошел малый интервал времени . За этот интервал времени перемычка переместится на величину . Это приведет к увеличению площади контура на величину . Поэтому изменение магнитного потока через контур будет равно , а величина ЭДС индукции (ответ 4 ).

На картинке показано однородное магнитное поле. Однородное означает одинаковое во всех точках в данном объеме. В поле помещена поверхность с площадью S. Линии поля пересекают поверхность.

Определение магнитного потока :

Магнитным потоком Ф через поверхность S называют количество линий вектора магнитной индукции B, проходящих через поверхность S.

Формула магнитного потока:

здесь α — угол между направлением вектора магнитной индукции B и нормалью к поверхности S.

Из формулы магнитного потока видно, что максимальным магнитный поток будет при cos α = 1, а это случится, когда вектор B параллелен нормали к поверхности S. Минимальным магнитный поток будет при cos α = 0, это будет, когда вектор B перпендикулярен нормали к поверхности S, ведь в этом случае линии вектора B будут скользить по поверхности S, не пересекая её.

А по определению магнитного потока учитываются только те линии вектора магнитной индукции, которые пересекают данную поверхность.

Измеряется магнитный поток в веберах (вольт-секундах): 1 вб = 1 в * с. Кроме того, для измерения магнитного потока применяют максвелл: 1 вб = 10 8 мкс. Соответственно 1 мкс = 10 -8 вб.

Магнитный поток является скалярной величиной.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией. Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл.цепь, обладает запасом энергии. В момент замыкания эл.цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля. Энергия магнитного поля равна собственной энергии тока. Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.

Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока. Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? — выделяется (при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)

4.1. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность

Основные формулы

· Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

, (39)

где – эдс индукции;– полный магнитный поток (потокосцепление).

· Магнитный поток, создаваемый током в контуре,

где – индуктивность контура;– сила тока.

· Закон Фарадея применительно к самоиндукции

· Эдс индукции, возникающая при вращении рамки с током в магнитном поле,

где – индукция магнитного поля;– площадь рамки;– угловая скорость вращения.

· Индуктивность соленоида

, (43)

где – магнитная постоянная;– магнитная проницаемость вещества;– число витков соленоида;– площадь сечения витка;– длина соленоида.

· Сила тока при размыкании цепи

где – установившаяся в цепи сила тока;– индуктивность контура,– сопротивление контура;– время размыкания.

· Сила тока при замыкании цепи

. (45)

· Время релаксации

Примеры решения задач

Пример 1.

Магнитное поле изменяется по закону , где= 15 мТл,. В магнитное поле помещен круговой проводящий виток радиусом = 20 см под угломк направлению поля (в начальный момент времени). Найти эдс индукции, возникающую в витке в момент времени= 5 с.

Решение

По закону электромагнитной индукции возникающая в витке эдс индукции , где– магнитный поток, сцепленный в витке.

где – площадь витка,;– угол между направлением вектора магнитной индукциии нормалью к контуру:.

Подставим числовые значения: = 15 мТл,,= 20 см = = 0,2 м,.

Вычисления дают .

Пример 2

В однородном магнитном поле с индукцией = 0,2 Тл расположена прямоугольная рамка, подвижная сторона которой длиной= 0,2 м перемещается со скоростью= 25 м/с перпендикулярно линиям индукции поля (рис. 42). Определить эдс индукции, возникающую в контуре.

Решение

При движении проводника АВ в магнитном поле площадь рамки увеличивается, следовательно, возрастает магнитный поток сквозь рамку и возникает эдс индукции.

По закону Фарадея , где, тогда, но, поэтому.

Знак «–» показывает, что эдс индукции и индукционный ток направлены против часовой стрелки.

САМОИНДУКЦИЯ

Каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле.

При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл.поля и в цепи появляется ЭДС индукции. Это явление называется самоиндукцией.Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции

Проявление явления самоиндукции

Замыкание цепи При замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл.поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи (вихревое поле тормозит электроны). В результатеЛ1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток (стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи. В результате Л при выключении ярко вспыхивает. Вывод в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).

ИНДУКТИВНОСТЬ

От чего зависит ЭДС самоиндукции? Эл.ток создает собственное магнитное поле. Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике (B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I). ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.цепи, от свойств проводника (размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник. Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью. Индуктивность — физ. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду. Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

где Ф — магнитный поток через контур, I — сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Индуктивность катушки зависит от: числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды (возможен сердечник).

ЭДС САМОИНДУКЦИИ

ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.

Для характеристики намагниченности вещества в магнитном поле используетсямагнитный момент (Р м ). Он численно равен механическому моменту, испытываемому веществом в магнитном поле с индукцией в 1 Тл.

Магнитный момент единицы объема вещества характеризует его намагниченность — I , определяется по формуле:

I = Р м /V , (2.4)

где V — объем вещества.

Намагниченность в системе СИ измеряется, как и напряженность, в А/м , величина векторная.

Магнитные свойства веществ характеризуются объемной магнитной восприимчивостью c о , величина безразмерная.

Если какое-либо тело поместить в магнитное поле с индукцией В 0 , то происходит его намагничивание. Вследствие этого тело создает свое собственное магнитное поле с индукцией В » , которое взаимодействует с намагничивающим полем.

В этом случае вектор индукции в среде (В) будет слагаться из векторов:

В = В 0 + В » (знак вектора опущен), (2.5)

где В » индукция собственного магнитного поля намагнитившегося вещества.

Индукция собственного поля определяется магнитными свойствами вещества, которые характеризуются объемной магнитной восприимчивостью — c о , справедливо выражение:В » = c о В 0 (2.6)

Разделим на m 0 выражение (2.6):

В » / m о = c о В 0 /m 0

Получим: Н » = c о Н 0 , (2.7)

но Н » определяет намагниченность вещества I , т.е. Н » = I , тогда из (2.7):

I = c о Н 0 . (2.8)

Таким образом, если вещество находится во внешнем магнитном поле с напряженностьюН 0 , то внутри него индукция определяется выражением:

В=В 0 + В » = m 0 Н 0 +m 0 Н » = m 0 0 + I) (2.9)

Последнее выражение строго справедливо, когда сердечник (вещество) находится полностью во внешнем однородном магнитном поле (замкнутый тор, бесконечно длинный соленоид и т.д.).

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов согласно представлениям теории поля объясняется следующим образом: всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле, способное действовать на другие движущиеся электрические заряды.

В — физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. Она называется магнитной индукцией (или индукцией магнитного поля).

Магнитная индукция — векторная величина. Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине:

Единица магнитной индукции . В Международной системе единиц за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (сокращенно: Тл), в честь выдающегося югославского физика Н. Тесла:

СИЛА ЛОРЕНЦА

Движение проводника с током в магнитном поле показывает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. На проводник действует сила Ампера F А = IBlsin a , а сила Лоренца действует на движущийся заряд:

где a — угол между векторами B и v .

Движение заряженных частиц в магнитном поле. В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила м, постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости.Под действием магнитной силы частица приобретает ускорение, модуль которого равен:

В однородном магнитном поле эта частица движется по окружности. Радиус кривизны траектории, по которой движется частица, определяется из условияоткуда следует,

Радиус кривизны траектории является величиной постоянной, поскольку сила, перпендикулярная вектору скорости, меняется только ее направление, но не модуль. А это и означает, что данная траектория является окружностью.

Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен:

Последнее выражение показывает, что период обращения частицы в однородном магнитном поле не зависит от скорости и радиуса траектории ее движения.

Если напряженность электрического поля равна нулю, то сила Лоренца л равна магнитной силе м:

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Явление электромагнитной индукции открыл Фарадей, который установил, что в замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток при любом изменении магнитного поля, пронизывающего контур.

МАГНИТНЫЙ ПОТОК

Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S — величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла а между вектором и нормалью к поверхности:

Ф=BScos

В СИ единица магнитного потока 1 Вебер (Вб) — магнитный поток через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно направлению однородного магнитного поля, индукция которого равна 1 Тл:

Электромагнитная индукция -явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Возникающий в замкнутом контуре, индукционный ток имеет такое направление, что своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван (правило Ленца).

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящем контуре прямо пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

Поэтому сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Известно, что если в цепи появился ток, это значит, что на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного заряда вдоль замкнутого контура называется электродвижущей силой (ЭДС). Найдем ЭДС индукции ε i .

По закону Ома для замкнутой цепи

Так как R не зависит от , то

ЭДС индукции совпадает по направлению с индукционным током, а этот ток в соответствии с правилом Ленца направлен так, что созданный им магнитный поток противодействует изменению внешнего магнитного потока.

Закон электромагнитной индукции

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна взятой с противоположным знаком скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур:

САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТЬ

Опыт показывает, что магнитный поток Ф , связанный с контуром, прямо пропорционален силе тока в этом контуре:

Ф = L*I .

Индуктивность контура L — коэффициент пропорциональности между проходящим по контуру током и созданным им магнитным потоком.

Индуктивность проводника зависит от его формы, размеров и свойств окружающей среды.

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении магнитного потока, вызванном изменением тока, проходящего через сам контур.

Самоиндукция — частный случай электромагнитной индукции.

Индуктивность — величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на единицу за единицу времени. В СИ за единицу индуктивности принимают индуктивность такого проводника, в котором при изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В. Эта единица называется генри (Гн):

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Явление самоиндукции аналогично явлению инерции. Индуктивность при изменении тока играет ту же роль, что и масса при изменении скорости тела. Аналогом скорости является сила тока.

Значит энергию магнитного поля тока можно считать величиной, подобной кинетической энергии тела :

Предположим, что после отключения катушки от источника,ток в цепи убывает со временем по линейному закону.

ЭДС самоиндукции имеет в этом случае постоянное значение:

где I — начальное значение тока, t — промежуток времени, за который сила тока убывает от I до 0.

За время t в цепи проходит электрический заряд q = I cp t . Так как I cp = (I + 0)/2 = I/2 , то q=It/2 . Поэтому работа электрического тока:

Эта работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки. Таким образом, снова получаем:

Пример. Определите энергию магнитного поля катушки, в которой при токе 7,5 А магнитный поток равен 2,3*10 -3 Вб. Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшиться вдвое?

Энергия магнитного поля катушки W 1 = LI 1 2 /2. По определению, индуктивность катушки L = Ф/I 1 . Следовательно,

Ответ: энергия поля равна 8,6 Дж; при уменьшении тока вдвое она уменьшится в 4 раза.

Изменение магнитного потока — Энциклопедия по машиностроению XXL

Отталкивание и притяжение сплошного кольца объясняется возникновением индукционного тока в кольце при изменениях магнитного потока через кольцо и действием на индукционный ток магнитного поля. Очевидно, что при вдвигании магнита в кольцо индукционный ток и нем имеет такое направление, что созданное этим током магнитное поле противодействует внешнему магнитному полю, а при выдвигании магнита индукционный ток в нем имеет такое направление.  [c.187]
Общая формулировка правила Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которым вызывается данный ток.  [c.188]

Закон электромагнитной индукции. Экспериментальное исследование зависимости ЭДС индукции от изменения магнитного потока привело к установлению закона электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.  [c.188]

В СИ единица магнитного потока выбрана такой, чтобы коэффициент пропорциональности между ЭДС индукции и изменением магнитного потока был равен единице. При этом закон электромагнитной индукции формулируется следующим образом ЭДС индукции в замкнутом контуре равна модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром  [c.188]

Если в последовательно соединенных контурах происходят одинаковые изменения магнитного потока, то ЭДС индукции в них равна сумме ЭДС индукции в каждом из контуров. Поэтому при изменении магнитного потока в катушке, состоящей из п одинаковых витков провода, общая ЭДС индукции в п раз больше ЭДС индукции в одиночном контуре  [c.188]

Вихревое электрическое поле. Закон электромагнитной индукции (54.3) по известной скорости изменения магнитного потока  [c.188]

Возникновение электрического тока в замкнутом контуре свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, на свободные электрические заряды в контуре действуют силы. Провод контура неподвижен, неподвижными можно считать свободные электрические заряды в нем. На неподвижные электрические заряды может действовать только электрическое поле. Следовательно, при любом изменении магнитного поля в окружающем пространстве возникает электрическое поле. Это электрическое поле и приводит в движение свободные электрические заряды в контуре, создавая индукционный электрический ток. Электрическое поло, возникающее при изменениях магнитного поля, называют вихревым электрическим полем.  [c.189]

Самоиндукция. При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке. Явление возникновения ЭДС индукции в  [c.190]


При зарядке и разрядке конденсатора колебательного контура изменения силы тока в катушке Lk контура вызывают изменения магнитного поля вокруг нее. При этом происходят изменения магнитного потока и возникает ЭДС индукции во второй катушке Lqb, называемой катушкой обратной связи. Один конец катушки обратной связи соединен с эмиттером транзистора, второй через конденсатор С — с его базой. Катушка обратной связи включена таким образом, что при увеличении силы тока в цепи коллектора на базу подается напряжение, отпирающее транзистор  [c.235]

Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции е в витке, согласно закону электромагнитной индукции равную производной потока магнитной индукции, взятой со знаком минус  [c.237]

При изменениях магнитного потока в каждом витке провода первичной катушки возникает изменяющаяся по гармоническому закону ЭДС самоиндукции  [c.246]

Вторичную катушку пронизывает тот же самый магнитный поток, который проходит через первичную катушку. При изменениях магнитного потока в каждом ее витке возникает ЭДС индукции, изменяющаяся по гармоническому закону, амплитуда изменений ЭДС индукции в одном витке имеет такое же значение, что и ЭДС самоиндукции в одном витке первичной катушки. Если число витков провода вторичной катушки /12, то мгновенное значение ЭДС в ней равно  [c.246]

Физическая природа диамагнетизма может быть понята на основе классической модели атома, в которой считается, что электроны движутся вокруг ядра по замкнутым орбитам. Каждая электронная орбита аналогична витку с током. Поведение витка с током в магнитном поле хорошо известно из теории электромагнетизма. Согласно закону Ленца, при изменении магнитного потока, пронизывающего контур с током, в контуре возникает э. д. с. индукции, в результате чего изменяется ток. Это приводит к появлению дополнительного магнитного момента, направленного так, чтобы противодействовать внешнему магнитному полю. Другими словами, индуцированный магнитный момент направлен против поля. В контуре, образуемом. движущимся по орбите электроном, в отличие от обычного витка с током сопротивление равно нулю. Вследствие этого, индуцированный магнитным полем ток сохраняется до тех пор, пока существует поле. Магнитный момент, связанный с этим током, и есть диамагнитный момент.  [c.322]

Рассмотрим теперь случай бетатрона, в котором роль ускоряющего напряжения играет электродвижущая сила индукции, возбуждаемая изменением магнитного потока Ф, пронизывающего орбиту электрона. Электродвижущая сила индукции по всей орбите  [c.311]

Примем, что кривая намагничения сердечника имеет идеализированный вид, показанный на рис. 2.16. Тогда, пренебрегая изменением магнитного потока при насыщении сердечника (что допу-  [c.62]

Сварочные генераторы — это специальные генераторы, падающая характеристика которых получается изменением магнитного потока генератора в зависимости от /св- Электрическая схема сварочного генератора с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой представлена на рис. 2.10,6. Генера-  [c.53]

Регулирование скорости диска при использовании постоянного магнита достигается перемещением его в радиальном направлении или изменением магнитного потока с помощью магнитного шунта, представляющего собой подвижную стальную деталь. При использовании электромагнита скорость вращения может регулироваться за счет изменения величины тока в его обмотках.  [c.374]

Дефекты обнаруживаются за счет изменений магнитного потока над головкой намагниченного рельса. Между полюсами передаваемых электромагнитов в непосредственной близости от поверхности головки рельса укреплены индукционные преобразователи. Плоскость витков катушки перпендикулярна продольной оси рельса, благодаря чему фиксируется изменение продольной составляющей магнитного потока. Сигналы индукционной катушки поступают на вход усилителя и с помощью вибраторов шлейфового осциллографа записываются на кинопленку. Пленку обрабатывают в проявочной машине, которая установлена в вагоне.  [c.335]

Индуктивность и взаимная индуктивность. При изменении магнитного потока, сцепленного с данным контуром, в последнем возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, определяемая законом Фарадея  [c.253]


В некоторых конструкциях винт равномерно вращается, а вместо гаек устанавливают магнитный сердечник с двумя или тремя зубцами, который может перемещаться вместе с рабочим органом станка. В одну из обмоток сердечника подается постоянный ток. Когда перемещения нет, на выходе устройства, вследствие изменения магнитного потока при вращении винта, формируются сигналы прямоугольной формы. Частота их следования зависит от скорости вращения винта. С началом перемещения рабочего органа сигналы на выходе датчика изменяются и эти изменения используются для отсчета величину перемещения.  [c.196]

В момент времени индукция в зазоре достигает такой величины, что сипа притяжения якоря превышает силы, препятствующие движению (трение, предварительное поджатие пружины), и якорь начинает двигаться. Его перемещение будет вызывать изменение магнитного потока, обусловливающее появление противодействующей электродвижущей силы, что приводит к уменьшению тока. Выбрав зазор, якорь заканчивает перемещение, и ток нарастает до значения = //г. При этом происходит рост магнитного потока (изменение тока на рис. 3, а не показано).  [c.69]

В результате этого индикатор И, включенный в цепь вторичных обмоток, покажет нуль , но стоит только изменить условия работы одного из датчиков, например изменить толщину покрытия, как на вторичной обмотке одного из о-датчиков появится преобладающая э. д. с. и индикатор покажет ее величину. Это происхо- дит из-за изменения магнитного потока датчика сь в зависимости от величины воздушного зазора.  [c.37]

Изменение магнитного потока в зависимости от зазора и использовано в данном приборе при этом предполагается, что магнитная проницаемость покрытия значительно меньше магнитной проницаемости контролируемой детали. В рас-  [c.38]

Регулирование скорости электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения осуш,ествляется параметрическими методами (изменением сопротивления якоря, шунтированием якоря при наличии последовательного сопротивления, изменением магнитного потока) или методами, связанными с питанием от отдельного источника [56].  [c.6]

При изменении магнитного потока в роторе электромагнита с частотой 50 гц шаговый многополюсный электромагнит создает пульсирующий крутящий момент с частотой 100 гц. Величину динамической нагрузки изменяют, меняя напряжение питания катушек электромагнита 3 с помощью автоматического регулирующего устройства.  [c.164]

В последнее время начинает получать распространение магнитный метод контроля толщины слоя покрытия, основанный на изменении магнитного потока в цепи, состоящей из основного металла детали — стали и магнита прибора при наличии между ними немагнитного слоя покрытия. Это изменение магнитного потока обнаруживается по силе отрыва магнита от поверхности испытываемой детали, измеряемой при помощи торсионных весов или каким-либО другим методом, в зависимости от конструкции магнитного толще-мера.  [c.543]

Изменение магнитного потока находится в определенной зависимости от толщины слоя покрытия, которая оформляется в виде градуировочных кривых, построенных для данного прибора по результатам измерений силы отрыва от эталонов покрытий с определенной толщиной слоя. При контроле толщины покрытия на испытываемой детали определяется сила отрыва магнита толщемера, по значению которой на основании данных соответствующей градуировочной кривой устанавливается толщина слоя покрытия.  [c.543]

При применении магнитных приборов для измерения толщины стенок изделий достигается значительно большая точность измерения, чем при использовании метода просвечивания и ультразвука. Толщина стенок изделия из ферромагнитных металлов может быть определена по изменению магнитного потока в сердечниках измерительных элементов дефектоскопов. Величина этого потока зависит от толщины контролируемого металла, поэтому стрелка гальванометра прибора будет отклоняться также пропорционально толщине.  [c.261]

Влияние вышеперечисленных факторов на стабильность магнитов вызывает необходимость тщательной отработки и контроля технологического процесса, так как изменение магнитного потока с течением времени пропорционально сказывается на изменении показаний, т. е. является погрешностью.  [c.104]

Регулирование изменением магнитного потока 13 — 449  [c.58]

Изменение магнитного потока 8 — 57 — электромагнитное без демпфера — Включение 8 — 57 — электромагнитное с демпфером — Включение 8 — 57  [c.242]

Скорость — Регулирование изменением магнитного потока 13 — 449  [c.358]

Закон Максвелла. При всяком изменении магнитного потока, сцепленного с w витками контура, в последнем будет индуктироваться э. д. с., равная  [c.518]

Правило Ленца. При всяком изменении магнитного потока, сцепляющегося с контуром, в последнем возникает э. д. с., создающая ток и механические усилия, способствующие сохранению магнитного потока неизменным. Таким образом при увеличении магнитного потока индуктированный при этом ток будет стремиться уменьшить возрастающий магнитный поток и наоборот.  [c.518]

ИЛИ размещаются на его поверхности. Изде лие в этих случаях намагничивается переменным магнитным полем. Если катушку заставлять вибрировать, то изделие может намагничиваться также постоянным магнитным полем. Индукционная катушка соединяется с регистрирующим прибором непосредственно или через ламповые усилители. Катушку перемещают вдоль изделия (или изделие протаскивают через катушку) в момент пересечения места залегания дефекта в витках катушки вследствие изменения магнитного потока возникает электродвижущая сила индукции, которая регистрируется соответствующими приборами (гальванометрами, лампами, звуковыми сигнальными приборами и др.).  [c.172]

Сварочные генераторы. Это специальные генераторы постоянного тока, внешняя характеристика которых позволяет получать устойчивое горение дуги, что достигается изменением магнитного потока генератора в зависимости от сварочного тока. Сварочный генератор постоянного тока состоит из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При работе генератора якорь вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора. Обмотка якоря пересекает магнитные линии полюсов генератора, и поэтому в витках обмотки возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. -Вращение якоря сварочного генератора обеспечивается в сварочных преобразователях электродвигателем, а в сварочных агрегатах — двигателем внутреннего сгорания. К коллектору прижаты угольные щетки, через которые постоянный ток подводится к клеммам. К этим клеммам присоединяют сварочные провода, идущие к электрододержа-телю и изделию.  [c.61]


По a iKony электромагнитной индукции модуль ЭДС в контуре при изменении магнитного потока определяется уравнением  [c.210]

Поверхностная энергия играет большую роль в распространении первоначальной сверхпроводящей нити. Если бы поверхностная энергия отсутствовала, образующаяся пить была бы очень тонкой по сравнению с глубиной ироникиовения и увеличивалась бы, не вызывая изменения магнитного потока. В этих условиях не возникали бы вихревые токи, препятствующие движению нити в образце, вследствие чего нить должна была бы распространяться с экстремальной скоростью. Однако вследствие наличия поверхностного натяжения толщина нити составляет 10 см. Движение сверх-  [c.660]

Электромапштная индукция — явление возбуждения электродвижущей силы в контуре при изменении магнитного потока, сцепленного с ним.  [c.127]

Выпускаются также электрические измерительные преобразователи с компенсацией магнитных потоков. Принцип действия этих приборов основан на преобраэовании перемещения чувствительного элемента в унифицированный сигнал постоянного тока (0—5, 0—20 и 4—20 мА) с помощью магнитомодуляционного преобразователя с компенсацией магнитных потоков. В результате перемещения чувствительного элемента и связанного с ним постоянного магнита происходит изменение магнитного потока в магнитопроводах магнитомодуляционного преобразователя. что приводит к возникновению сигнала рассогласования, который управляет выходным сигналом усилителя. Этот сигнал в виде постоянного тока подается на внешнюю нагрузку (измерение) и в линию обратной связи, где происходит компенсация магнитных потоков. Преобразователи такого типа выпускаются для измерения избыточных давлений (МПЭ, ММЭ) до 60 МПа (класс 0,6 1,0) абсолютных давлений (МАДМЭ) до 0,06 МПа (класс 2,5), а также разности давлений (дифманометры) от 0—1 кПа до 0—1,6 МПа (класс 0,6 1,0 1,5) при максимальном давлении 40 МПа.  [c.68]

Индукционный метод применяется преимущественно для обнаружения раковин, неироваров и других скрытых дефектов. В приборах индукционного действия искателями (индикаторами) служат катушки. Катушки надевают на испытываемое изделие или размещают на его поверхности. Изделие в этом случае намагничивается в переменном магнитном поле. Если катушку заставить вибрировать, изделие может намагничиваться также постоянным магнитным полем. Индукционная катушка соединяется с регистрирующим прибором непосредственно или через усилительные устройства. Катушки перемещают вдоль изделия (или изделие протаскивают через катушку) в момент пересечения мест дефекта в витках катушки ввиду изменения магнитного потока возникает электродвижущая сила индукции, которая регистрируется соответствующими приборами (гальванометрами, лампами, звуковыми сигнальными приборами и др.). По этому принципу работают многие приборы.  [c.260]

По приведенной схеме строились машины фирм Haigh и MAN. Усилие, действующее на испытуемый образец, в машинах фирмы Haigh определяют путем из.мерения усилия, развиваемого электромагнитом. Для этого на полюсах якоря 4 предусмотрены катушки (на рис. 39 не показаны), в которых индуцируется ЭДС, пропорциональная амплитуде изменения магнитного потока и изменяющаяся синусоидально с частотой тока, питающего электромагнит (с частотой нагружения испытуемого образца). ЭДС измеряют чувствительным вольтметром переменного тока, шкала которого проградуирована в единицах силы. Амплитуда усилия электромагнита пропорциональна квадрату амплитуды изменения магнитного потока.  [c.117]

Для изучения кинетики закритиче-ских трещин разработан прибор, в схеме которого (рис. 64) реализован другой принцип измерения, основанный на изменении магнитного потока при перемещении трещины. На образце 2 устанавливают индукционный датчик 1, состоящий из катушки со стальным П-образным сердечником. При установке датчика вершина надреза или трещины должна находиться между полюсами сердечника. Образец электрически изолируют от испытательной машины и подмагничивают постоянным магнитом 3. При ускорении трещины магнитные потоки через образец и сердечник датчика изменяются, в результате чего на входе 4 двухлучевого осциллографа (0К-17М) подается соответствующий сигнал. Запуск осциллографа производится сигналом, соответствующим моменту разрыва образца. С этой целью образец включают в цепь дополнительного источника питания 5. При разрыве образца напряжения в точке А увеличивается от нуля до 20 В, что и приводит к запуску осциллографа. Линия 6 осуществляет задержку сигнала на 80 мс от датчика, включенного так, что его полярность противоположна полярности источника питания 5. Такая схема позволяет получить в момент разрыва образца на входе осциллографа большой сигнал противоположной полярности. Генератор 7 типа ГСС-6М подает на второй вход осциллографа сигнал с частотой 500 кГц, используемый для отсчета масштаба времени.  [c.446]

Действие прибора основано на изменении магнитного потока в конце заострённого стержня при соприкосновении его с поверхностью стального изделия, что вызывает нарушение равновесия во вторичной цепи и отклонение стрелки гальванометра. Изменение потока зависит от толщины немагнитного покрытия на изделии (полученного методом хромирования, кадмирования, оцинкования, эмалирования и т. п.). Прибор настраивается при помощи потенциометра на нулевое положение при поднесении стержня к изделию с чистой (без покрытия) поверхностью. Прибор чувствителен к структурным изменениям стали и её хими-  [c.180]


явление электромагнитной индукции, магнитный поток, закон электромагнитной индукции Фарадея, правило Ленца

9.5. Индукционный ток

9.5.1. Тепловое действие индукционного тока

Возникновение ЭДС приводит к появлению в проводящем контуре индукционного тока , сила которого определяется по формуле

I i = | ℰ i | R ,

где ℰ i — ЭДС индукции, возникающая в контуре; R — сопротивление контура.

При протекании индукционного тока в контуре выделяется теплота , количество которой определяется одним из выражений:

Q i = I i 2 R t , Q i = ℰ i 2 t R , Q i = I i | ℰ i | t ,

где I i — сила индукционного тока в контуре; R — сопротивление контура; t — время; ℰ i — ЭДС индукции, возникающая в контуре.

Мощность индукционного тока вычисляется по одной из формул:

P i = I i 2 R , P i = ℰ i 2 R , P i = I i | ℰ i | ,

где I i — сила индукционного тока в контуре; R — сопротивление контура; ℰ i — ЭДС индукции, возникающая в контуре.

При протекании индукционного тока в проводящем контуре через площадь поперечного сечения проводника переносится заряд , величина которого вычисляется по формуле

q i = I i ∆t ,

где I i — сила индукционного тока в контуре; Δt — интервал времени, в течение которого по контуру течет индукционный ток.

Пример 21. Кольцо, изготовленное из проволоки с удельным сопротивлением 50,0 ⋅ 10 −10 Ом ⋅ м, находится в однородном магнитном поле с индукцией 250 мТл. Длина проволоки равна 1,57 м, а площадь ее поперечного сечения составляет 0,100 мм 2 . Какой максимальный заряд пройдет по кольцу при выключении поля?

Решение . Появление ЭДС индукции в кольце вызвано изменением потока вектора индукции, пронизывающего плоскость кольца, при выключении магнитного поля.

Поток индукции магнитного поля через площадь кольца определяется формулами:

  • до выключения магнитного поля

Ф 1 = B 1 S  cos α,

где B 1 — первоначальное значение модуля индукции магнитного поля, B 1 = 250 мТл; S — площадь кольца; α — угол между направлениями вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра) к плоскости кольца;

  • после выключения магнитного поля

Ф 2 = B 2 S  cos α = 0,

где B 2 — значение модуля индукции после выключения магнитного поля, B 2 = 0.

∆Ф = Ф 2 − Ф 1 = −Ф 1 ,

или, с учетом явного вида Ф 1 ,

∆Ф = −B 1 S  cos α.

Среднее значение ЭДС индукции, возникающей в кольце при выключении поля,

| ℰ i | = | Δ Ф Δ t | = | − B 1 S cos α Δ t | = B 1 S | cos α | Δ t ,

где ∆t — интервал времени, за который происходит выключение поля.

Наличие ЭДС индукции приводит к появлению индукционного тока; сила индукционного тока определяется законом Ома:

I i = | ℰ i | R = B 1 S | cos α | R Δ t ,

где R — сопротивление кольца.

При протекании индукционного тока по кольцу переносится индукционный заряд

q i = I i Δ t = B 1 S | cos α | R .

Максимальному значению заряда соответствует максимальное значение функции косинус (cos α = 1):

q i max = I i Δ t = B 1 S R .

Полученная формула определяет максимальное значение заряда, который пройдет по кольцу при выключении поля.

Однако для расчета заряда необходимо получить выражения, которые позволят найти площадь кольца и его сопротивление.

Площадь кольца — площадь круга радиусом r , периметр которого определяется формулой длины окружности и совпадает с длиной проволоки, из которой изготовлено кольцо:

l = 2πr ,

где l — длина проволоки, l = 1,57 м.

Отсюда следует, что радиус кольца определяется отношением

r = l 2 π ,

а его площадь —

S = π r 2 = π l 2 4 π 2 = l 2 4 π .

Сопротивление кольца задается формулой

R = ρ l S 0 ,

где ρ — удельное сопротивление материала проволоки, ρ = 50,0 × × 10 −10 Ом ⋅ м; S 0 — площадь поперечного сечения проволоки, S 0 = = 0,100 мм 2 .

Подставим полученные выражения для площади кольца и его сопротивления в формулу, определяющую искомый заряд:

q i max = B 1 l 2 S 0 4 π ρ l = B 1 l S 0 4 π ρ .

Вычислим:

q i max = 250 ⋅ 10 − 3 ⋅ 1,57 ⋅ 0,100 ⋅ 10 − 6 4 ⋅ 3,14 ⋅ 50,0 ⋅ 10 − 10 = 0,625 Кл = 625 мКл.

При выключении поля по кольцу проходит заряд, равный 625 мКл.

Пример 22. Контур площадью 2,0 м 2 и сопротивлением 15 мОм находится в однородном магнитном поле, индукция которого возрастает на 0,30 мТл в секунду. Найти максимально возможную мощность индукционного тока в контуре.

Решение . Появление ЭДС индукции в контуре вызвано изменением потока вектора индукции, пронизывающего плоскость контура, при изменении индукции магнитного поля с течением времени.

Изменение потока вектора индукции магнитного поля определяется разностью

∆Ф = ∆BS  cos α,

где ∆B — изменение модуля индукции магнитного поля за выбранный интервал времени; S — площадь, ограниченная контуром, S = 2,0 м 2 ; α — угол между направлениями вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра) к плоскости контура.

Среднее значение ЭДС индукции, возникающей в контуре, при изменении индукции магнитного поля:

| ℰ i | = | Δ Ф Δ t | = | Δ B S cos α Δ t | = Δ B S | cos α | Δ t ,

где ∆B /∆t — скорость изменения модуля вектора индукции магнитного поля с течением времени, ∆B /∆t = 0,30 мТл/с.

Появление ЭДС индукции приводит к появлению индукционного тока; сила индукционного тока определяется законом Ома:

I i = | ℰ i | R = Δ B S | cos α | R Δ t ,

где R — сопротивление контура.

Мощность индукционного тока

P i = I i 2 R = (Δ B Δ t) 2 S 2 R cos 2 α R 2 = (Δ B Δ t) 2 S 2 cos 2 α R .

Максимальному значению мощности индукционного тока соответствует максимальное значение функции косинус (cos α = 1):

P i max = (Δ B Δ t) 2 S 2 R .

Вычислим:

P i max = (0,30 ⋅ 10 − 3) 2 (2,0) 2 15 ⋅ 10 − 3 = 24 ⋅ 10 − 6 Вт = 24 мкВт.

Максимальная мощность индукционного тока в данном контуре равна 24 мкВт.

Взаимосвязь электрических и магнитных полей замечена очень давно. Данную связь еще в 19 веке обнаружил английский ученый-физик Фарадей и дал ему название . Она появляется в тот момент, когда магнитный поток пронизывает поверхность замкнутого контура. После того как происходит изменение магнитного потока в течение определенного времени, в этом контуре наблюдается появление электрического тока.

Взаимосвязь электромагнитной индукции и магнитного потока

Суть магнитного потока отображается известной формулой: Ф = BS cos α. В ней Ф является магнитным потоком, S — поверхность контура (площадь), В — вектор магнитной индукции. Угол α образуется за счет направления вектора магнитной индукции и нормали к поверхности контура. Отсюда следует, что максимального порога магнитный поток достигнет при cos α = 1, а минимального — при cos α = 0.

Во втором варианте вектор В будет перпендикулярен к нормали. Получается, что линии потока не пересекают контур, а лишь скользят по его плоскости. Следовательно, определять характеристики будут линии вектора В, пересекающие поверхность контура. Для расчета в качестве единицы измерения используется вебер: 1 вб = 1в х 1с (вольт-секунда). Еще одной, более мелкой единицей измерения служит максвелл (мкс). Он составляет: 1 вб = 108 мкс, то есть 1 мкс = 10-8 вб.

Для исследования Фарадеем были использованы две проволочные спирали, изолированные между собой и размещенные на катушке из дерева. Одна из них соединялась с источником энергии, а другая — с гальванометром, предназначенным для регистрации малых токов. В тот момент, когда цепь первоначальной спирали замыкалась и размыкалась, в другой цепи стрелка измерительного устройства отклонялась.

Проведение исследований явления индукции

В первой серии опытов Майкл Фарадей вставлял намагниченный металлический брусок в катушку, подключенную к току, а затем вынимал его наружу (рис. 1, 2).

1 2

В случае помещения магнита в катушку, подключенную к измерительному прибору, в цепи начинает протекать индукционный ток. Если магнитный брусок удаляется из катушки, индукционный ток все равно появляется, но его направление становится уже противоположным. Следовательно, параметры индукционного тока будут изменены по направлению движения бруска и в зависимости от полюса, которым он помещается в катушку. На силу тока оказывает влияние быстрота перемещения магнита.

Во второй серии опытов подтверждается явление, при котором изменяющийся ток в одной катушке, вызывает индукционный ток в другой катушке (рис. 3, 4, 5). Это происходит в моменты замыкания и размыкания цепи. От того, замыкается или размыкается электрическая цепь, будет зависеть и направление тока. Кроме того, эти действия есть ни что иное, как способы изменения магнитного потока. При замыкании цепи он будет увеличиваться, а при размыкании — уменьшаться, одновременно пронизывая первую катушку.

3 4

5

В результате опытов было установлено, что возникновение электрического тока внутри замкнутого проводящего контура возможно лишь в том случае, когда они помещаются в переменное магнитное поле. При этом, поток может изменяться во времени любыми способами.

Электрический ток, появляющийся под действием электромагнитной индукции, получил название индукционного, хотя это и не будет током в общепринятом понимании. Когда замкнутый контур оказывается в магнитном поле, происходит генерация ЭДС с точным значением, а не тока, зависящего от разных сопротивлений.

Данное явление получило название ЭДС индукции, которую отражает формула: Еинд = — ∆Ф/∆t. Ее значение совпадает с быстротой изменений магнитного потока, пронизывающего поверхность замкнутого контура, взятого с отрицательным значением. Минус, присутствующий в данном выражении, является отражением правила Ленца.

Правило Ленца в отношении магнитного потока

Известное правило было выведено после проведения цикла исследований в 30-х годах 19 века. Оно сформулировано в следующем виде:

Направление индукционного тока, возбуждаемого в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, оказывает влияние на создаваемое им магнитное поле таким образом, что оно в свою очередь создает препятствие магнитному потоку, вызывающему появление индукционного тока.

Когда магнитный поток увеличивается, то есть становится Ф > 0, а ЭДС индукции снижается и становится Еинд

Если поток снижается, то наступает обратный процесс, когда Ф 0, то есть действие магнитного поля индукционного тока, происходит увеличение магнитного потока, проходящего через контур.

Физический смысл правила Ленца заключается в отражении закона сохранения энергии, когда при уменьшении одной величины, другая увеличивается, и, наоборот, при увеличении одной величины другая будет уменьшаться. Различные факторы влияют и на ЭДС индукции. При вводе в катушку поочередно сильного и слабого магнита, прибор соответственно будет показывать в первом случае более высокое, а во втором — более низкое значение. То же самое происходит, когда изменяется скорость движения магнита.

На представленном рисунке видно, как определяется направление индукционного тока с применением правила Ленца. Синий цвет соответствует силовым линиям магнитных полей индукционного тока и постоянного магнита. Они расположены в направлении полюсов от севера к югу, которые имеются в каждом магните.

Изменяющийся магнитный поток приводит к возникновению индукционного электрического тока, направление которого вызывает противодействие со стороны его магнитного поля, препятствующее изменениям магнитного потока. В связи с этим, силовые линии магнитного поля катушки направлены в сторону, противоположную силовым линиям постоянного магнита, поскольку его движение происходит в сторону этой катушки.

Для определения направления тока используется с правой резьбой. Он должен ввинчиваться таким образом, чтобы направление его поступательного движения совпадало с направлением индукционных линий катушки. В этом случае направления индукционного тока и вращения рукоятки буравчика будут совпадать.

На рисунке показано направление индукционного тока,возникающего в короткозамкнутой проволочной катушке,когда относительно нее перемещают

магнит.Отметьте,какие из следующих утверждений правильные,а какие- неправильные.
А.Магнит и катушка притягиваются друг к другу.
Б. Внутри катушки магнитное поле индукционного тока направленно вверх.
В. Внутри катушки линии магнитной индукции поля магнита направлены вверх.
Г. Магнит удаляют от катушки.

1. Первый закон Ньютона?

2. Какие системы отсчета являются инерциальными и неинерциальными? Приведите примеры.
3. В чем состоит свойство тел, называемое инертностью? Какой величиной характеризуется инертность?
4. Какова связь между массами тел и модулями ускорений, которые они получают при взаимодействии?
5. Что такое сила и чем она характеризуется?
6. Формулировка 2 закона Ньютона? Какова его математическая запись?
7. Как формулируется 2 закон Ньютона в импульсной форме? Его математическая запись?
8. Что такое 1 Ньютон?
9. Как движется тело, если к нему приложена сила постоянная по модулю и направлению? Как направлено ускорение, вызванное действующей на него силой?
10. Как определяется равнодействующая сил?
11. Как формулируется и записывается 3 закон Ньютона?
12. Как направлены ускорения, взаимодействующих между собой тел?
13. Приведите примеры проявления 3 закона Ньютона.
14. Каковы границы применимости всех законов Ньютона?
15. Почему мы можем считать Землю инерциальной системой отсчета, если она двигается с центростремительным ускорением?
16. Что такое деформация, какие виды деформации вы знаете?
17. Какая сила называется силой упругости? Какова природа этой силы?
18. Каковы особенности силы упругости?
19. Как направлена сила упругости (сила реакции опоры, сила натяжения нити?)
20. Как формулируется и записывается закон Гука? Каковы его границы применимости? Постройте график, иллюстрирующий закон Гука.
21. Как формулируется и записывается закон Всемирного тяготения, когда он применим?
22. Опишите опыты, по определению значения гравитационной постоянной?
23. Чему равна гравитационная постоянная, каков ее физический смысл?
24. Зависит ли работа силы тяготения от формы траектории? Чему равна работа силы тяжести по замкнутому контуру?
25. Зависит ли работа силы упругости от формы траектории?
26. Что вы знаете о силе тяжести?
27. Как вычисляется ускорение свободного падения на Земле и других планетах?
28. Что такое первая космическая скорость? Как ее вычисляют?
29. Что называют свободным падением? Зависит ли ускорение свободного падения от массы тела?
30. Опишите опыт Галилео Галилея, доказывающий, что все тела в вакууме падают с одинаковым ускорением.
31. Какая сила называется силой трения? Виды сил трения?
32. Как вычисляют силу трения скольжения и качения?
33. Когда возникает сила трения покоя? Чему она равна?
34. Зависит ли сила трения скольжения от площади соприкасающихся поверхностей?
35. От каких параметров зависит сила трения скольжения?
36. От чего зависит сила сопротивления движению тела в жидкостях и газах?
37. Что называют весом тела? В чем заключается различие между весом тела и силой тяжести, действующей на тело?
38. В каком случае вес тела численно равен модулю силы тяжести?
39. Что такое невесомость? Что такое перегрузка?
40. Как вычислить вес тела при его ускоренном движении? Изменяется ли вес тела, если оно движется по неподвижной горизонтальной плоскости с ускорением?
41. как изменяется вес тела при его движении по выпуклой и вогнутой части окружности?
42. Каков алгоритм решения задач при движении тела под действием нескольких сил?
43. Какая сила называется Силой Архимеда или выталкивающей силой? От каких параметров зависит эта сила?
44. По каким формулам можно вычислить силу Архимеда?
45. При каких условиях тело, находящееся в жидкости плавает, тонет, всплывает?
46. Как зависит глубина погружения в жидкость плавающего тела от его плотности?
47. Почему воздушные шары наполняют водородом, гелием или горячим воздухом?
48. Объясните влияние вращения Земли вокруг своей оси на значение ускорения свободного падения.
49. Как изменяется значение силы тяжести при: а) удалении тела от поверхности Земли, Б) при движении тела вдоль меридиана, параллели

электрической цепи?

3. Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту.

4. Соединить на короткое время вольтметри источником электрической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его показания с вычислением по результатам опыта.

5. От чего зависит напряжение на зажимах источников тока?

6. Пользуясь результатами измерений, определить напряжение на внешней цепи (если работа выполнена I методом), сопротивление внешней цепи (если работа выполнена II методом).Свитый в катушку проводник замыкается на гальванометре (рис. 3.19). Если вдвигать в катушку постоянный магнит, то гальванометр покажет наличие тока в течение всего промежутка времени, пока магнит перемещается относительно катушки. При выдергивании магнита из катушки гальванометр показывает наличие тока противоположного направления. Изменения направления тока происходит при изменении вдвигаемого или выдвигаемого полюса магнита.

Аналогичные результаты наблюдались при замене постоянного магнита электромагнитом (катушкой с током). Если обе катушки закрепить неподвижно, но в одной из них менять значение тока, то в этот момент в другой катушке наблюдается индукционный ток.

ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ состоит в возникновении электродвижущей силы (э.д.с.) индукции в проводящем контуре, через который меняется поток вектора магнитной индукции. Если контур является замкнутым, то в нем возникает индукционный ток.

Открытие явления электромагнитной индукции:

1) показало взаимосвязь между электрическим и магнитным полем ;

2) предложило способ получения электрического тока с помощью магнитного поля.

Основные свойства индукционного тока :

1. Индукционный ток возникает всегда, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции.

2. Сила индукционного тока не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения.

Опытами Фарадея было установлено, что величина электродвижущей силы индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур проводника (закон электромагнитной индукции Фарадея)

Или , (3.46)

где (dF) – изменение потока в течении времени (dt).МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ или ПОТОКОМ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ называется величина, которая определяется на основе следующего соотношения: (магнитный поток через поверхность площадью S ): Ф=ВScosα, (3.45), угол a – угол между нормалью к рассматриваемой поверхности и направлением вектора индукции магнитного поля

единица магнитного потока в системе СИ носит название вебер – [Вб=Тл×м 2 ].

Знак «–» в формуле означает, что э.д.с. индукции вызывает индукционный ток, магнитное поле которого противодействует всякому изменению магнитного потока, т.е. при >0 э.д.с. индукции e И

э.д.с. индукции измеряется в вольтах

Для нахождения направления индукционного тока существует правило Ленца (правило установлено в 1833 г.): индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле стремится компенсировать изменение магнитного потока, вызвавшее этот индукционный ток.

Например, если вдвигать северный полюс магнита в катушку, т. е. увеличивать магнитный поток через его витки, в катушке возникает индукционный ток такого направления, что на ближайшем к магниту конце катушки возникает северный полюс (рис.3.20). Итак, магнитное поле индукционного тока стремится нейтрализовать вызвавшее его изменение магнитного потока.

Не только переменное магнитное поле порождает индукционный ток в замкнутом проводнике, но и при движении замкнутого проводника длиной l в постоянном магнитном поле (В) со скоростью v в проводнике возникает эдс:

a (B Ùv) (3.47)

Как вы уже знаете, электродвижущая сила в цепи– это результат действия сторонних сил. При движении проводника в магнитном поле роль сторонних сил выполняет сила Лоренца (которая действует со стороны магнитного поля на движущийся электрический заряд). Под действием этой силы происходит разделение зарядов и на концах проводника возникает разность потенциалов. Э.д.с. индукции в проводнике является работой по перемещению единичных зарядов вдоль проводника.

Направление индукционного тока можно определитьпо правилу правой руки: Вектор В входит в ладонь, отведенный большой палец совпадает с направлением скорости проводника, а 4 пальца укажут направление индукционного тока.

Таким образом переменное магнитное поле вызывает появление индуцированного электрического поля. Оно не потенциально (в отличие от электростатического), т.к. работа по перемещению единичного положительного заряда равна э.д.с. индукции , а не нулю.

Такие поля называются вихревыми. Силовые линии вихревого электрического поля – замкнуты сами на себя, в отличие от линий напряженности электростатического поля.

Э.д.с. индукции возникает не только в соседних проводниках, но и в самом проводнике при изменении магнитного поля тока, идущего по проводнику. Возникновение э.д.с. в каком-либо проводнике при изменении в нем самом силы тока (следовательно, магнитного потока в проводнике) называется самоиндукцией, а ток, индуцируемый в этом проводнике, – током самоиндукции.

Ток в замкнутом контуре создает в окружающем пространстве магнитное поле, напряженность которого пропорциональна силе тока I. Поэтому магнитный поток Ф, пронизывающий контур, пропорционален силе тока в контуре

Ф=L×I, (3.48).

L – коэффициент пропорциональности, который носит название коэффициента самоиндукции, или, просто, индуктивности. Индуктивность зависит от размеров и формы контура, а также от магнитной проницаемости среды, окружающей контур.

В этом смысле индуктивность контура — аналог электрической емкости уединенного проводника, которая также зависит только от формы проводника, его размеров и диэлектрической проницаемости среды.

Единица индуктивности — генри (Гн) : 1Гн — индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1А равен 1Вб (1Гн=1Вб/А=1В·с/А).

Если L=const, то э.д.с. самоиндукции можно представить в следующем виде:

, или , (3.49)

где DI (dI) – изменение тока в цепи, содержащей катушку индуктивности (или контур) L, за время Dt (dt). Знак «–» в этом выражении означает, что э.д.с. самоиндукции препятствует изменению тока (т. е. если ток в замкнутом контуре уменьшается, то э.д.с. самоиндукции приводит к возникновению тока того же направления и наоборот).

Одним из проявлений электромагнитной индукции является возникновение замкнутых индукционных токов в сплошных проводящих средах: металлических телах, растворах электролитов, биологических органах и т.д. Такие токи носят название вихревых токов или токов Фуко. Эти токи возникают при перемещении проводящего тела в магнитном поле и/или при изменении со временем индукции поля, в которое помещены тела. Сила токов Фуко зависит от электрического сопротивления тел, а также от скорости изменения магнитного поля.

Токи Фуко также подчиняются правилу Ленца : их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему вихревые токи.

Поэтому массивные проводники тормозятся в магнитном поле. В электрических машинах, для того чтобы минимизировать влияние токов Фуко, сердечники трансформаторов и магнитные цепи электрических машин собирают из тонких пластин, изолированных друг от друга специальным лаком или окалиной.

Вихревые токи вызывают сильное нагревание проводников. Джоулево тепло, выделяемое токами Фуко , используется в индукционных металлургических печах для плавки металлов, согласно закону Джоуля-Ленца .

Определить изменение магнитного потока через катушку за время 0,01 с, если она

Условие задачи:

Определить изменение магнитного потока через катушку за время 0,01 с, если она имеет 2000 витков и в ней возникает ЭДС индукции 200 В.

Задача №8.4.36 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(\Delta t=0,01\) с, \(N=2000\), \(\rm E_i=200\) В, \(\Delta \Phi-?\)

Решение задачи:

Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, ЭДС индукции, возникающая в контуре при изменении магнитного потока, пересекающего этот контур, равна по модулю скорости изменения магнитного потока. Поэтому:

\[{{\rm E}_i} = \frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}\;\;\;\;(1)\]

Следует отметить, что для определения мгновенного значения ЭДС индукции по этой формуле интервал времени \(\Delta t\) должен стремиться к нулю, в противном случае Вы получите среднее значение ЭДС индукции. Будем считать, что в нашем случае магнитный поток изменялся равномерно, поэтому интервал времени \(\Delta t\) может быть каким угодно – среднее и мгновенное значения ЭДС индукции в таком случае будут одинаковы.{ – 3}}\;Вб = 1\;мВб\]

Ответ: 1 мВб.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

8.4.35 Магнитный поток через соленоид, содержащий 500 витков провода, равномерно убывает
8.4.37 Рамка площадью 20 см2, имеющая 1000 витков, вращается с частотой 50 Гц в однородном
8.4.38 Соленоид, содержащий 1000 витков провода, находится в однородном магнитном поле

| ЭДС электрогенератора равна скорости заметания магнитного потока

Рис.20.2

Из правого чертежа видно, что модуль векторного произведения действительно равен величине заметённой площади.

Итак,

,

следовательно, учитывая определение магнитного потока

Þ .

Работа силы Ампера при перемещении проводника с током в магнитном поле равна отрицательному произведению силы тока на заметённый магнитный поток.

Элементарная работа силы

В преобразованиях использовалось обозначение поперечного сечения проводника с током и свойство циклической перестановки смешанного произведения трёх векторов.

Отсюда можно сделать очень важный вывод:

Þ

Две составляющие полной магнитной силы одновременно совершают работу, равную по величине и противоположную по знаку. Это значит, что работа полной магнитной силы при движении проводника с током в постоянном магнитном поле всегда равна 0, поскольку при заметании магнитного потока проводником с током происходит обмен энергии.

Если сила Ампера направлена против движения, то она совершает отрицательную работу. Для того чтобы проводник двигался с постоянной скоростью, против тормозящей силы Ампера должна действовать сила со стороны источника механического движения . Энергия источника механического движения, затраченная на работу против силы Ампера должна где-то выделяться. Она выделяется в положительной работе , совершаемой силой , которая двигает носители заряда и поддерживает ток в проводнике, являясь, таким образом, источником положительной ЭДС. По этой схеме работает преобразователь механической энергии в электрическую, то есть электрогенератор. Цепочка энергетических преобразований электрогенератора выглядит так:

Следовательно, энергетические затраты источника механической энергии электрогенератора

Мощность ЭДС электрогенератора:

,

следовательно,

ЭДС электрогенератора равна скорости заметания магнитного потока.

В противоположном случае сила Ампера сама будет источником движения: её работа пойдёт на увеличение механической энергии проводника или на работу против сил сопротивления. Для поддержания постоянной силы Ампера необходимо поддерживать постоянный ток, протеканию которого будет препятствовать сила . Против неё будет совершена положительная работа сторонних сил внешнего источника ЭДС, которая, таким образом, выделится в виде приращения механической энергии проводника. По этой схеме работает преобразователь электрической энергии в механическую, то есть электродвигатель. Цепочка энергетических преобразований электродвигателя выглядит так:

Следовательно, элементарная работа сторонних сил источника тока электродвигателя:

Значит,

Þ .

Механическая мощность двигателя равна мощности источника тока:

Механическая мощность электродвигателя равна произведению силы тока на отрицательную скорость заметания магнитного потока.

До сих пор мы рассматривали дифференциальные соотношения второго порядка малости. Дадим определение: потокосцеплением Y называется магнитный поток через поверхность, натянутую на замкнутый контур проводника.

Рассмотрим перемещение замкнутого контура с током I в постоянном по времени магнитном поле произвольной конфигурации. Пусть в результате малого перемещения (возможно со слабым изменением формы) контур перешёл из положения С и С’ (рис.20.3).

Рис.20.3

При этом малый элемент контура совершил перемещение и замёл малую площадку , направленную внутрь замкнутой поверхности, состоящей из поверхностей S (натянутой на первоначальный контур), S (натянутой на контур после перемещения) и dSбок (полной боковой поверхности, заметённой при перемещении). Вектор направлен наружу по отношению к замкнутой поверхности.

Магнитный поток через элемент боковой поверхности равен отрицательному заметённому магнитному потоку:

Элементарная работа силы Ампера при перемещении элемента :

Полная работа силы Ампера при перемещении всего контура,

,

выражается через магнитный поток, пронизывающий всю боковую поверхность, то есть поверхность, заметённую всем контуром при перемещении из С в С’.

По теореме ОГ для магнитного поля магнитный поток через рассматриваемую замкнутую поверхность должен быть равен 0. С другой стороны он состоит из потокосцепления Y через поверхность S, отрицательного потокосцепления -(Y+dY) через поверхность S (знак «-» связан с направлением вектора внутрь замкнутой поверхности) и магнитного потока через боковую поверхность . Тогда имеем равенство:

.

Значит, работа силы Ампера при малом изменении замкнутого контура

Þ

Тогда энергетические соотношения для электродвигателя и генератора можно переписать, используя не заметённый магнитный поток, а изменение потокосцепления, следующим образом.

·  Электрогенератор:

; .

В контуре с переменным потокосцеплением возникает ЭДС, равная скорости убывания потокосцепления контура.

·  Электродвигатель:

;

7 «Б»

Урок

1/1

  Что изучает физика. Физические термины. Наблюдения и опыты. § 1 — 3, Л № 5, 12
2/2   Физические величины. Измерение физических величин. Погрешность и точность измерений § 4, 5, упр.1
3/3   Определение цены деления измерительного прибора § 4, 5
4/4   Физика и техника § 6,
    Первоначальные сведения о строении вещества  
5/1   Строение вещества. Молекулы § 7, 8
6/2   Определение размеров малых тел § 7, 8
7/3   Движение молекул. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах § 9,
8/4   Взаимодействие молекул

9/5

  Три состояния вещества § 11, 12
10/6   Повторение. Контрольная работа №1 «Первоначальные сведения о строении вещества» § 12
     

#101830 ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ FLUX PRO COMPETITION

Показать снятые с производства комплекты

2S-3S LIPO SENSORED ESC. ПРЕДЕЛ ДВИГАТЕЛЯ 3,5 Т. ​​ДЛЯ ПОЛНОСТЬЮ ПРОГРАММИРУЕМОГО ТРЕБУЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 101856.

Снято с производства

Стандартные детали | Дополнительные детали

Добро пожаловать в будущее электронных регуляторов скорости! Абсолютно новый Электронный регулятор скорости Flux Pro Competition способ добавить дополнительную мощность, контроль и гибкость вашему гоночному автомобилю, дрифтер или краулер.

С контроллером Flux Pro Competition вы сможете использовать огромный диапазон типов и размеров аккумуляторов для бесщеточных двигателей, а также вы также сможете запрограммировать огромное количество различных настроек для полностью настроить ощущения от вождения и мощность, которую вы получаете трек или курс. Можно использовать до десяти различных профилей контроллера. хранится. Конечно, если вы просто хотите «установить и забыть», это легко сделать, используя несколько различных пресетов конфигурации, которые вы можете выбрать, такие как: модифицированные гонки, стоковые гонки, специальный режим «мигание», практика, бездорожье, дрифт и гусеничный трактор! Алюминиевый корпус и встроенный 5-вольтовый вентилятор. сведите уровень тепла к минимуму, а небольшой размер позволяет разместить это в узких местах.Используется встроенный электронный переключатель, который более надежен, чем традиционный внешний механический переключатель. То внешнее соединение для дополнительного блока программирования поможет вам хранить, поддерживать и изменять дополнительные настройки для различных дорожек и погодных условий, если вы хотите хранить несколько разных конфигурации контроллера. Разработано с помощью профессионального HB-HPI драйверы и команда исследований и разработок продуктов HPI, это самые передовые контроллер скорости, когда-либо предлагаемый HPI Racing, и является самым мощный, универсальный и функциональный регулятор скорости вы можете найти на рынок сегодня. Характеристики

  • Для 1/10 Touring Car, 1/12 Pan Car, 1/10 Off-Road, 1/10 дрейф или 1/10-я и 1/8-я гусеничная
  • Маленький размер (37,5 x 37 x 29,5 мм с установленным вентилятором) со встроенным электрический выключатель
  • Алюминиевый корпус с установленным сверху охлаждающим вентилятором
  • 6-вольтовая схема исключения батарей для питания самых мощных сервоприводы
  • Совместимость с 4-9-элементными NiMH или 2S-3S LiPo батареями
  • Для двигателей мощностью от 3,5 витков
  • Настраиваемая высота — работа с радиатором или без него, а также с или без вентилятора для 3 различных вариантов высоты для различных применений
  • В памяти может храниться до десяти профилей, которые можно импортировать или легко экспортируется
  • Предустановленные на заводе профили включают в себя: режим «Мигание» для спец. бесщеточные классы, модифицированный режим, режим запаса, режим практики, Режим Offroad, режим Drift, режим Crawler.
  • Встроенный электронный переключатель экономит место и улучшает надежность по сравнению со стандартным механическим переключателем
  • Алюминиевый верхний корпус
  • для превосходного рассеивания тепла и выше текущий
  • Внешний порт программирования для простого подключения к блок программирования также является портом питания для дополнительного вентилятора
  • Усовершенствованная технология динамического хронометража, обеспечивающая больше возможности настройки для самых требовательных гонок приложения
  • Точное управление дроссельной заслонкой и тормозом, настройка фрикционного тормоза и сила торможения с дополнительными опциями, новый контроль удара и скорости торможения функции, а также кривые дроссельной заслонки и тормоза через ПК программное обеспечение
  • Встроенный регистратор данных записывает максимальную температуру ESC и двигателя, а также максимальные обороты, используя ESC Program Box V2 и компьютер легко проверить в боксах
  • Множественные функции защиты делают ваш бег безопасным с ESC и защита двигателя от перегрева, отсечка при низком напряжении и дроссельная заслонка защита от потери сигнала
  • Легко программируется с помощью #101856 ESC Program Box V2 и USB Reload ПО для полной функциональности программирования
  • Прошивку
  • можно обновить с помощью #101856 ESC Program Box V2 или #101280 Professional Program Box (с обновление программного обеспечения)

Спецификация

Применение: соревнования 1/10 и 1/12, дрифт 1/10, 1/10 и 1/8 гусеничный двигатель
Совместимый двигатель: бесщеточный двигатель с датчиком и без датчика
Вход: 4-9 элементов NiMH/NiCd или 2-3S LiPo
Ток: непрерывный 120 А, пиковый 760 А
Встроенный BEC: 6 В при 3 А (линейный режим)
Сопротивление: 0.0003 Ом
Подходящий двигатель с 2 Lipo или 4-6 NiMH: 1/10 на дороге: 3,5 т и выше, 1/10 для бездорожья: 5,5 т и выше
Подходящий двигатель с 3 Lipo или 7-9 NiMH: 1/10 для бездорожья: 5,5 т и выше, 1/10 для бездорожья: 8,5 т и выше
Вентилятор охлаждения: 5 В (Примечание: используйте вентилятор 12 В с 7-9-ячеечными NiMH или 3S LiPo)
Размер: 37,5 мм (Д) x 31 мм (Ш) x 29,5 мм (В), без разъемов для проводов, 37 мм (Ш) с проволочными соединителями Вес: 93 г

Нажмите здесь, чтобы загрузите программное обеспечение USB Reload (щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Сохранить»). А)

Нажмите здесь, чтобы загрузить руководство (щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Сохранить как»)

Скачать инструкции в формате PDF для #101830 (13.4 МБ)

Инструкции

Сопутствующие товары

Magnet Flux – обзор

10.3.2 Гибридный двигатель

Поперечное сечение типичного гибридного двигателя 1,8° показано на рис. 10.6. Статор имеет 8 основных полюсов, каждый с 5 зубьями, и каждый основной полюс несет простую катушку. Ротор имеет две стальные торцевые крышки, каждая с 50 зубцами, разделенные постоянным магнитом.

Рис. 10.6. Гибридный (200 шагов/об) шаговый двигатель.Деталь показывает выравнивание зубьев ротора и статора, а также указывает угол шага 1,8°.

Зубья ротора имеют такой же шаг, что и зубья на полюсах статора, и смещены таким образом, что осевая линия зуба на одной торцевой крышке совпадает с прорезью на другой торцевой крышке. Постоянный магнит намагничен в осевом направлении, так что один набор зубьев ротора имеет северную полярность, а другой — южную. Дополнительный крутящий момент достигается за счет добавления дополнительных пакетов и растяжения статора, как показано на рис.10.7.

Рис. 10.7. Ротор размера 34 (диаметр 3,4 дюйма или 8 см) с 3 блоками гибридного шагового двигателя 1,8°. Размеры торцевых крышек ротора и соответствующего намагниченного в осевом направлении постоянного магнита оптимизированы для версии с одним пакетом. Дополнительный крутящий момент достигается за счет добавления второго или третьего пакета, при этом статор просто растягивается, чтобы приспособиться к более длинному ротору.

(любезно предоставлено Astrosyn International Technology Ltd.)

Когда ток в обмотках отсутствует, единственным источником магнитного потока через воздушный зазор является постоянный магнит.Магнитный поток пересекает воздушный зазор от торца N к полюсам статора, течет в осевом направлении вдоль корпуса статора и возвращается к магниту, пересекая воздушный зазор к торцу S. Если бы не было смещения между двумя наборами зубьев ротора, при вращении ротора возникал бы сильный периодический выравнивающий момент, и каждый раз, когда набор зубьев статора находился бы на одной линии с зубьями ротора, мы получали бы устойчивое положение равновесия. Однако существует смещение, и это приводит к почти полному устранению выравнивающего крутящего момента из-за магнита.На практике остается небольшой «фиксирующий» крутящий момент, и это можно почувствовать, если вал вращается, когда двигатель обесточен: двигатель имеет тенденцию удерживаться в своих ступенчатых положениях за счет фиксирующего крутящего момента. Иногда это бывает очень полезно: например, обычно достаточно удерживать ротор в неподвижном состоянии при отключении питания, чтобы двигатель можно было оставить, не опасаясь, что его случайно подтолкнут в новое положение.

8 катушек соединены в две фазные обмотки. Катушки на полюсах 1, 3, 5 и 7 образуют фазу А, а катушки на 2, 4, 6 и 8 — фазу В.Когда фаза А несет положительный ток, полюса статора 1 и 5 намагничиваются как юг, а полюса 3 и 7 становятся севером. Зубья на северном конце ротора притягиваются к полюсам 1 и 5, а смещенные зубья на южном конце ротора притягиваются к зубьям на полюсах 3 и 7. Чтобы сделать шаг ротора, фаза А переключается. выключается, а на фазу B подается либо положительный, либо отрицательный ток, в зависимости от требуемого направления вращения. Это заставит ротор сместиться на четверть шага зубьев (1.8°) в новое положение равновесия (шага).

Двигатель постоянно ступенчато запитывается фазами в последовательности + A, − B, − A, + B, + A (по часовой стрелке) или + A, + B, − A, − B, + A (против часовой стрелки). Из этого будет ясно, что необходим биполярный источник питания (т. е. такой, который может обеспечивать ток + ve или — ve). Когда двигатель работает таким образом, он называется «двухфазным с двухполярным питанием».

Если биполярный источник питания недоступен, такая же схема включения полюсов может быть достигнута другим способом, если обмотки двигателя состоят из двух идентичных («бифилярных») катушек.Чтобы намагнитить полюс 1 на север, положительный ток подается в один набор катушек фазы А. Но чтобы намагнитить полюс 1 на юг, тот же положительный ток подается на другой набор катушек фазы А, которые имеют противоположное направление намотки. Всего имеется четыре отдельных обмотки, и когда двигатель работает таким образом, он называется «4-фазным с однополярным питанием». Поскольку каждая обмотка занимает только половину пространства, М.Д.С. каждой обмотки составляет только половину от полной катушки, поэтому номинальная тепловая мощность явно снижается по сравнению с биполярным режимом (для которого используется вся обмотка).

Гибридный двигатель на 200 шагов/об является наиболее широко используемым степпером общего назначения и доступен в различных размерах, как показано на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Гибридные шаговые двигатели 1,8° размеров 34 (диаметр 3,4 дюйма), 23, 17 и 11.

(любезно предоставлено Astrosyn International Technology Ltd.) предупреждение. Если детали двигателя неизвестны, обычно можно идентифицировать бифилярные обмотки путем измерения сопротивления от общего до двух концов.Если двигатель предназначен только для униполярного привода, один конец каждой обмотки может быть объединен внутри корпуса; например, 4-фазный униполярный двигатель может иметь только пять выводов, по одному на каждую фазу и один общий. Провода также обычно имеют цветовую маркировку, чтобы указать расположение обмоток; например, бифилярная обмотка на одном наборе полюсов будет иметь один конец красный, другой конец красный и белый, а общий белый. Наконец, не рекомендуется снимать ротор гибридного двигателя, поскольку он намагничивается на месте: удаление обычно приводит к снижению магнитного потока на 5–10% с соответствующим снижением статического крутящего момента при номинальном токе.

Геометрия магнитной трубки и скорость солнечного ветра во время цикла активности

A&A 592, A65 (2016)

Геометрия магнитной трубки и скорость солнечного ветра во время цикла активности

R. F. Pinto 1 ,2 , A.S. Brun 3 и A.P. Rouillard 1 ,2

1 Университет Тулузы, UPS-OMP, IRAP, 31400 Тулуза, Франция
электронная почта: [email protected]
2 CNRS, IRAP, пр. 9полковник Рош, BP 44346, 31028 Тулуза Седекс 4, Франция
3 Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/Irfu Université Paris-Diderot CNRS/ INSU, Gif-sur-Yvette, France

Получено: 28 марта 2016 г.
Принято: 23 мая 2016 г.

Аннотация

Контекст. Скорость солнечного ветра на расстоянии 1 а.е. демонстрирует циклические изменения по широте и во времени, которые отражают эволюцию глобального фонового магнитного поля в течение цикла активности.Принято считать, что конечная (асимптотическая) скорость ветра в данной магнитной силовой трубе обычно антикоррелирована с ее полным коэффициентом расширения, что послужило мотивом для определения широко используемых полуэмпирических законов масштабирования, связанных друг с другом. На практике такие законы масштабирования требуют специальных поправок (особенно для медленного ветра в непосредственной близости от границ стримера/корональной дыры) и эмпирической подгонки к данным космических аппаратов in situ. Предсказательный закон, основанный исключительно на физических принципах, все еще отсутствует.

Цели. Мы проверяем, является ли расширение магнитной трубки определяющим фактором скорости ветра на всех фазах цикла и на всех широтах (вблизи и вдали от границ стримеров), используя очень большую выборку открытых магнитных трубок, несущих ветер. . Кроме того, мы ищем дополнительные физические параметры, основанные на геометрии коронального магнитного поля, которые влияют на конечную скорость потока ветра.

Методы. Мы используем численное магнито-гидродинамическое моделирование короны и ветра в сочетании с моделью динамо для определения свойств коронального магнитного поля и скорости ветра (в зависимости от времени и широты) в течение всего 11-летнего цикла активности.Эти симуляции обеспечивают большой статистический ансамбль открытых магнитных трубок, которые мы анализируем совместно, чтобы идентифицировать отношения зависимости между скоростью ветра и геометрическими параметрами магнитных трубок, которые действительны глобально (для всех широт и моментов цикла).

Результаты. Наше исследование подтверждает, что конечная (асимптотическая) скорость солнечного ветра очень сильно зависит от геометрии открытых магнитных силовых трубок, по которым он течет. Общее расширение магнитной трубки более четко антикоррелирует со скоростью ветра для быстрых, чем для медленных потоков ветра, и эффективно контролирует расположение этих потоков во время минимумов солнечной активности.В целом, фактически достигаемые асимптотические скорости ветра, особенно скорости медленного ветра, также сильно зависят от наклона силовой линии и амплитуды магнитного поля в нижних точках. Мы предлагаем способы включения этих параметров в будущие прогнозные законы масштабирования скорости солнечного ветра.

Ключевые слова: Солнце: корона / солнечный ветер / Солнце: магнитные поля

© ЕСО, 2016

1. Введение

Поток солнечного ветра демонстрирует крупномасштабное распределение быстрых и медленных потоков ветра, которое заметно меняется в течение цикла солнечной активности.Во время минимумов солнечной активности медленные ветровые потоки в основном ограничены областью между 20° и -20° вокруг плоскости эклиптики и исходят из окрестности границ стримера/корональной дыры (S/CH), в то время как быстрые ветровые потоки вытекают из полярные корональные дыры и заполняют все удаленные от Солнца полярные и средние широты. Во время солнечных максимумов эти два компонента ветра смешиваются по широте вследствие появления стримеров (и псевдостримеров) на высоких солнечных широтах и ​​корональных дыр, проникающих в низкоширотные регионы (McComas et al.2003). Ясно, что пространственное (широтное) распределение медленных и быстрых ветровых потоков тесно связано с циклическими вариациями нижележащей структуры коронального магнитного поля, что само по себе является следствием 11-летнего цикла солнечного динамо (МакКомас и др., 2008; Смит). 2011; Ричардсон и Каспер, 2008). Это, вместе с представлением о том, что свойства поверхностных движений (предполагаемых как источники энергии для нагревания и ускорения ветра) гораздо более однородны по всему солнечному диску, чем амплитуда потоков ветра выше, предполагает, что корональная среда вызывает разделение на быстрые и медленные потоки солнечного ветра.В частности, скорости ветряных оконечных устройств, по-видимому, в значительной степени определяются геометрическими свойствами магнитных силовых трубок, через которые течет солнечный ветер (Wang & Sheeley, 1990). Теории, которые предсказывают скорость солнечного ветра, часто используют простые параметры, описывающие изменения поперечных сечений магнитных трубок в зависимости от высоты, а именно коэффициент расширения (1), где A 0 и A 1 — поперечное сечение данной элементарной трубки соответственно на поверхности Солнца ( r = r 0 ) и в некоторой точке выше в короне ( r = r 1 > r 0 ), над которыми магнитопроводы расширяются радиально наружу (а не сверхрадиально).Радиально расширяющаяся магнитная трубка имеет коэффициент полного расширения f = 1, в то время как очень сильно расширяющаяся магнитная трубка имеет f ≫ 1. Использование экстраполяции потенциального поля с поверхностью источника (PFSS) по данным магнитограммы приводит к связывая r 1 с радиусом поверхности источника, обычно расположенного на фиксированной высоте r SS = 2,5 R , и задавая коэффициент расширения 39 SS по отношению к этой высоте (Wang & Sheeley 1990).Было определено, что это значение радиуса поверхности источника обеспечивает наилучшее соответствие между геометрией экстраполированных магнитных полей и формой корональных структур, наблюдаемых в белом свете во время солнечных затмений, особенно размером стримеров и границы корональной дыры (Ванг и др., 2010; Ван, 2009). Однако согласование таких величин, как открытый магнитный поток, требует определения r SS как функции солнечной активности (Lee et al. 2011; Arden et al.2014), или, в более общем смысле, как функция свойств глобального коронального магнитного поля (Ревиль и др., 2015).

рисунок 1

Структура коронального магнитного поля в пять репрезентативных моментов смоделированного солнечного цикла. Моменты времени слева направо , t = 0, 2,75 , 3,30, 3,80, 4,40 года соответствуют соответственно минимуму активности, фазе раннего подъема, фазе позднего подъема, максимуму и спаду активности. фаза цикла.Линии поля окрашены в соответствии с конечной скоростью ветра (на внешней границе области r = 15 R ), обтекающего каждую из них (темно-красный и оранжевый представляют быстрые ветровые потоки, а синий дует медленный ветер (см. цветную полосу на рис. 2). Серые линии представляют собой закрытые линии поля для полноты картины.

Suzuki (2006) также предположил, что конечную скорость ветра лучше предсказать с помощью комбинации коэффициента расширения и амплитуды магнитного поля в нижней точке любой данной магнитной трубки или, что то же самое, открытого магнитного потока.Другие авторы также используют эмпирически полученные параметры, такие как угловое расстояние от основания данной магнитной трубки до ближайшей границы стримера/корональной дыры (S/CH) (параметр θ b ; Arge и др., 2003, 2004; Макгрегор и др., 2011). Недавние исследования Li et al. (2011) и Lionello et al. (2014) также предположили, что кривизна силовых линий может влиять на скорость ветра на основе моделирования солнечного ветра, ограниченного идеализированной магнитной геометрией.Анализ данных Ulysses в сочетании с экстраполяцией PFSS Peleikis et al. (2016) также предполагает, что изгиб силовых линий в некоторой степени коррелирует с конечной скоростью ветра. Здесь мы более подробно анализируем распределения конечной скорости ветра в зависимости от геометрических свойств очень большого набора отдельных магнитных трубок. Мы используем численный метод, описанный Pinto et al. (2011), чтобы соединить солнечное динамо с короной и солнечным ветром, чтобы иметь доступ к большой выборке профилей солнечного ветра, репрезентативных для всех солнечных широт и моментов цикла активности.

2. Методы

Мы используем глобальное магнито-гидродинамическое (МГД) моделирование солнечного динамо, короны и ветра, чтобы исследовать, как скорость солнечного ветра соотносится с геометрией магнитной трубки на всех широтах и ​​во все моменты солнечного цикла. Модель дает нам карты изменяющегося во времени коронального магнитного поля и скорости ветра в меридиональной плоскости от поверхности Солнца до 15 R в течение 11-летнего цикла активности. Метод моделирования, подробно описанный в Pinto et al.(2011) объединяет два 2,5D осесимметричных МГД-кода. Первый — STELEM (Jouve & Brun 2007) — вычисляет временную эволюцию поверхностного магнитного поля с использованием кинематического динамо среднего поля (с источником Бэбкока-Лейтона на поверхности), управляемого меридиональной циркуляцией и дифференциальным вращением в конвекции. зона. Второй код — DIP (Граппин и др., 2000) — вычисляет временную эволюцию МГД-короны Солнца с самосогласованным ветром. Модель предполагает, что корона и ветер изотермические, с однородной корональной температурой T 0 = 1.3 МК и коэффициентом теплоемкости γ = 1 (поэтому механизмы нагрева и охлаждения подробно не моделируем). На рис. 1 показаны некоторые снимки эволюции коронального магнитного поля в течение солнечного цикла в нашей модели. Открытые силовые линии магнитного поля окрашены в соответствии с конечной скоростью ветрового потока, обтекающего каждую из них; темно-красный соответствует самым быстрым ветровым потокам (~520 км с -1 в 15 R ), а темно-синий — самым медленным ветровым потокам (~250 км с -1 в 15 R ).Серые линии представляют собой замкнутые силовые линии, вдоль которых отсутствует объемный поток. Первый момент, представленный на рисунке (на панели слева), соответствует минимуму активности и показывает большой экваториальный стример, окруженный двумя широкими полярными корональными дырами. Единственный экваториальный токовый слой простирается от вершины большой косы наружу. Быстрый ветер хорошо течет внутри полярных корональных дыр, поэтому возникает в высоких широтах на поверхности Солнца и распространяется на более низкие широты выше в короне.Потоки медленного ветра приурочены к областям вблизи границ между экваториальным стримером и полярными корональными дырами. Эта общая картина сохраняется во время восходящей фазы цикла (вторая и третья панели рис. 1, примерно до 3,5 лет), хотя медленный ветер постепенно распространяется в более высокие широты. Четвертый момент, представленный на рис. 1, примерно соответствует максимуму активности, который происходит непосредственно перед глобальной сменой полярности. На этом этапе большая экваториальная коса уступила место множеству более мелких кос, лежащих на низких широтах, и появились новые высокоширотные косы.Несколько токовых листов теперь присутствуют на разных широтах. Потоки медленного ветра теперь занимают гораздо более широкий диапазон широт, а общий контраст между максимальной и минимальной скоростями ветра становится меньше. Тем не менее, очень умеренный градиент медленного ветра от экватора к полюсам все еще сохраняется. Солнечный ветер теперь возникает в нескольких и несмежных местах на поверхности, но каждое из них имеет широтную протяженность, которая намного меньше, чем у полярных корональных дыр, присутствующих при минимуме активности.Другие важные топологические особенности, такие как псевдостримеры (отличающиеся от стримеров тем, что они формируются в униполярных областях в корональных дырах и не связаны с гелиосферным токовым слоем), также проявляются как во время фазы подъема, так и фазы спада цикла, как показано соответственно на третья и пятая части рисунка (см. также Пинто и др., 2011).

Рис. 2

Широтно-временная диаграмма конечной скорости ветра, охватывающая 11 лет солнечного цикла (ось y ) и 180 градусов широты (от северного до южного полюса, ось x ).Цветовая схема та же, что и у силовых линий на рис. 1.

На рис. 2 показана временная эволюция широтного распределения распределения быстрого/медленного ветра в точке 15 R в течение цикла на диаграмме время-широта. Цветовая схема такая же, как на рис. 1, с оранжевыми тонами, представляющими быстрые потоки ветра, и синими тонами, представляющими медленные потоки ветра. На диаграмме видно, что быстрый ветер преобладает во время минимумов активности, в отличие от медленного ветра.Ширина границ между медленными и быстрыми ветровыми потоками меняется в течение цикла. Переход от медленного к быстрому ветру во время минимумов активности значительно резче. Эта картина быстрого и медленного ветра показывает хорошее качественное соответствие радиокартам IPS Манохарана (2009) и Токумару и др. (2010), а также с оценками Wang & Sheeley (2006) с использованием данных ULYSSES и полуэмпирических методов. В целом, контраст между самой высокой и самой низкой скоростью ветра самый высокий при минимуме активности и самый низкий при максимуме.Однако скорости ветра, которые мы получаем для быстрых потоков ветра, ниже, чем скорости, измеренные в солнечном ветре. Добавление дополнительных источников ускорения, которые, как известно, эффективны в режиме быстрого ветра, таких как пондеромоторная сила, возникающая в результате распространения и изменения амплитуды альфвеновских волн (например, Оран и др., 2013 г.; Грессл и др., 2013 г.; Ван дер Холст и др. , 2014), потенциально решит эту проблему. Однако мы не хотим полагаться здесь на физические механизмы, включение которых зависит от результата самой модели, то есть от распределения быстрых и медленных ветровых потоков.

Цель этого исследования — связать распределения скорости ветра на рис. 2 с геометрией магнитных особенностей нижней короны, показанной на рис. 1. Мы рассматриваем большую выборку силовых линий магнитного поля, которые исследуют все зоны открытого поля. в разные моменты цикла (отсюда дискретизация полных временных и широтных интервалов). Силовые линии равномерно разнесены по широте (Δ θ ≈ 1 град) на внешней границе числовой области ( r = 15 R ), где они укоренены, и новый набор полей строки выбираются каждые 0.5 лет Затем мы извлекаем профиль скорости ветра вдоль каждой линии и выполняем анализ ансамбля , чтобы сопоставить конечные скорости ветра с параметрами соответствующих магнитных силовых трубок и определить тренды, действительные для всех широт и моментов цикла.

В этой рукописи мы не проводим прямых сравнений с данными космического аппарата, поскольку наша модель не представляет реальных данных солнечного динамо. Наши решения в целом представляют солнечный цикл, но не имитируют условия одного конкретного цикла.Однако наше моделирование позволяет нам изучать эволюцию скорости ветра и коэффициентов расширения магнитных трубок гораздо более последовательно, чем это может быть достигнуто с помощью комбинации методов наблюдений и экстраполяции, которые могут быть очень чувствительными к небольшим изменениям магнитной связности (особенно в зонах, где линии магнитного поля очень сильно расходятся) и систематически приводят к завышению и занижению коэффициентов расширения (Коэн, 2015). Кроме того, в нашей модели геометрия структур замкнутого поля (стримеров, псевдостримеров) является результатом взаимодействия ветрового потока с корональным магнитным полем, поэтому их высота не ограничивается заранее установленной высотой поверхности источника. .

3. Результаты

3.1. Скорость ветра и расширение

Рис. 3

Конечная скорость ветра В ветер как функция общего коэффициента расширения f tot для всего цикла и для всех широт.

Рис. 4

Гистограммы конечной скорости ветра V ветер для трех различных интервалов полного коэффициента расширения (1 ≤ f tot < 10 черным цветом, 10 ≤ f tot < 20 синим цветом, f to ≥ 20 (красный).Используемые данные охватывают весь цикл активности и все широты.

Рис. 5

Суммарные коэффициенты расширения ( f tot ; см. уравнение (2)) как функция широты в пять моментов цикла ( от верхней до нижней панели : t = 0, 2,75 ,3,30 , 3,85, 4,40 года). Линии поля и точки окрашены в зависимости от конечной скорости ветра (с той же таблицей цветов, что и на рис.1). Скорость ветра антикоррелирована с 90 139 f 90 140 90 165 to 90 166 для большей части смоделированного цикла активности, но это исключения. Синие и оранжевые пики (соответствующие медленному и быстрому ветру) на четвертой панели ( t = 3,85 года) показывают, что магнитопроводы с одинаковыми значениями f to могут выдерживать ветровые потоки с разными скоростями.

На рис. 3 показана зависимость конечной скорости ветра V ветра от общего коэффициента расширения f to для всех точек в наборе данных (все широты и времена выборки).Общий коэффициент расширения определяется как (2) где B 0 и B 1 оцениваются соответственно на поверхности и на внешней границе области (15 R ), при этом те же обозначения для A 0 и A 1 . Как и ожидалось, существует общая отрицательная корреляция между f tot и V ветром (ср. Wang & Sheeley 1990), но конечная скорость ветра V ветер не кажется простая функция от f до отдельно (см. также Woolsey & Cranmer 2014).Разброс на диаграмме рассеивания большой, особенно для части диаграммы медленного ветра, где точки данных примерно регулярно разнесены более чем на порядок в f to , но только с коэффициентом ~2 в В ветер . Кроме того, на диаграмме имеется разрыв, отделяющий часть диаграммы с низкой скоростью ветра/высоким расширением от части с высокой скоростью ветра/низким расширением.

На рис. 4 показаны три гистограммы конечной скорости ветра для трех смежных интервалов полного коэффициента расширения.Черные столбцы соответствуют интервалу 1 ≤ f до < 10, синие столбцы — 10 ≤ f до < 20, а красные столбцы — f до ≥ 20. На рисунке показано что асимптотические скорости ветра действительно обратно пропорциональны коэффициенту расширения, но разброс в распределениях велик, и, кроме того, различные распределения в значительной степени перекрывают друг друга. Это означает, что одного параметра f tot недостаточно для определения конечной скорости ветра, достигаемой на данной магнитной трубке.

Расхождение более очевидно при сравнении меньших подмножеств данных моделирования. На рис. 5 представлены полные коэффициенты расширения магнитной трубки f tot в зависимости от широты силовой линии (измеренной на внешней границе, где уходят корни силовых линий) для пяти подвыборок открытых магнитных силовых линий, соответствующих пять моментов, представленных на рис. 1. Символы графика окрашены в зависимости от конечной скорости ветра с использованием той же таблицы цветов (темно-красный для быстрых ветровых потоков, темно-синий для медленных ветровых потоков).Во время минимума активности (первая панель) потоки медленного ветра распространяются исключительно на периферию корональных дыр, в то время как потоки быстрого ветра текут внутри широких корональных дыр, расположенных на высоких широтах. Переходу от быстрых ветровых потоков к медленным соответствует резкое увеличение f к . В этой конфигурации применима обычная полуэмпирическая гипотеза, связывающая скорость ветра с геометрией потока (по крайней мере, качественно), при этом скорость ветра сильно зависит от коэффициента полного расширения магнитной трубки и/или близости к ближайшей корональной граница отверстия (ветер действительно медленнее в магнитопроводах с более высокими скоростями расширения и/или ближе к границе S/CH).Однако ситуация меняется по мере прохождения цикла активности и становится совершенно иной во время максимума активности (четвертая панель). Потоки медленного ветра охватывают гораздо большую широтную протяженность в период солнечного максимума, существует гораздо больше более мелких стримеров и токовых щитов, разбросанных по широте, и переход между быстрыми и медленными ветрами становится гораздо более плавным. В целом суммарные коэффициенты расширения выше минимума ( f tot > 20 почти везде), угловые расстояния до границ S/CH на поверхности (параметр θ b ) значительно меньше (везде меньше 1 градуса), но минимальная скорость ветра реально выше (в ~1 раз.2). В целом имеется один резкий пик коэффициента расширения ( f tot ≈ 120), связанный со скоростью ветра около 250 км/с -1 как минимум, и четыре пика расширения, достигающие f tot ≈ 400, соответствующих скоростям ветра в диапазоне 350−400 км с -1 Таким образом, наше моделирование предполагает, что простые параметры f tot (аналогично параметру f SS , найденному в методов PFSS, за исключением того, что здесь может происходить расширение для больших диапазонов высот) и θ b недостаточно для точного прогнозирования конечных скоростей ветра.

Рис. 6

Профили коэффициентов расширения в зависимости от расстояния до поверхности, соответствующие магнитопроводам на разных широтах в пять разных моментов времени ( от верхней до нижней панели : t = 0, 2,75, 3,30, 3,85, 4,40 года). Кривые окрашены в соответствии с асимптотической скоростью ветра, как и на предыдущих рисунках. Из рисунков видно, что конечная скорость ветра антикоррелирована с коэффициентом полного расширения (значение при r ≫ 1 R ), особенно когда она близка к солнечному минимуму, но не так сильно на детали на малых высотах.

Давайте теперь рассмотрим профили расширения нашего набора магнитных трубок, то есть то, как поперечное сечение каждой магнитной трубки изменяется с высотой. На рис. 6 представлены несколько профилей расширения (3), где l — расстояние до поверхности, измеренное вдоль силовой линии, так что f tot = f ( l R ). Кривые имеют цветовую кодировку, аналогичную кривым на предыдущих рисунках: оранжевым цветом показаны потоки с высокой конечной скоростью, а синим — потоки с медленным ветром.На рисунке видно, что большинство магнитных трубок демонстрируют плавные и постоянно увеличивающиеся профили расширения, особенно в течение минимума цикла активности. Наоборот, магнитные трубки, которые находятся вблизи небольших стримеров и псевдостримеров (чаще во время восходящей фазы и максимума цикла активности), часто демонстрируют резкое увеличение с последующим резким изгибом на низких корональных высотах, которые затем эволюционировать в более традиционное и более плавное сверхрасширение (ср. Wang et al.2012). Конечные скорости ветровых потоков в этих конкретных магнитопроводах в большинстве случаев связаны с полным расширением (вдали от поверхности), а не с максимальными значениями, возникающими ниже высоты стримеров (хорошо видны на третьей и пятой панелях). рис. 6). На самом деле магнитопроводы с такими сильными перегибами могут создавать как медленные, так и быстрые ветровые потоки, как показано на третьей и пятой панелях рис. 6. Было бы физически правильно искать дополнительный параметр, описывающий радиальное расширение потока -трубки (как высота или интервал высот, на котором происходит сильное расширение, а не просто полное расширение), но наши результаты не выявляют влияние какого-либо из таких параметров четко и однозначно (хотя эти особенности на первый взгляд кажутся чаще связанными с быстрые потоки ветра, когда они возникают ниже в короне, и более медленные потоки, когда они возникают выше в наших симуляциях).

3.2. Скорость ветра, расширение и амплитуда магнитного поля

Другие теории предсказания скорости солнечного ветра комбинируют амплитуду магнитного поля в нижней точке магнитных трубок в дополнение к коэффициентам их расширения (например, Коваленко, 1978, 1981; Ван и Шили, 1991; Судзуки, 2006). Это частично оправдывается тем, что энергия, поступающая в солнечный ветер, принимает форму потока Пойнтинга, возникающего в результате горизонтальных поверхностных движений на поверхности Солнца, действующих на силовые линии магнитного поля, пересекающие его и уходящие в корону.Соответствующая плотность потока энергии (поток Пойнтинга) в этом случае может быть выражена как на поверхности, где B 0 — амплитуда магнитного поля на ней, v — амплитуда поперечных движений , а ρ — массовая плотность. Множитель B 0 является наиболее значимым в выражении, если предполагается, что он имеет одинаковые статистические свойства по всей поверхности Солнца. Suzuki (2006), в частности, предполагает, что скорость ветра должна масштабироваться как (поддерживая постоянными температуру короны и мощность волн).Амплитуда магнитного поля и то, как оно затухает с высотой, также могут влиять на скорость и положение, при которых эта входная энергия рассеивается в короне, что, в свою очередь, влияет на конечную скорость ветра (см. Пинто и др., 2009; Кранмер, 2002, и много других). В качестве альтернативы можно интерпретировать это соотношение между скоростью ветра и B 0 / f tot как результат сопряжения геометрических свойств коронального магнитного поля. Легко видеть из уравнения(2) что это отношение является выражением амплитуды магнитного поля вдали от Солнца (или открытого магнитного потока), среднее значение которого, как известно, изменяется циклически, будучи меньше вблизи солнечных минимумов и больше вблизи солнечных максимумов. Фуджики и др. (2015) фактически показали, что степень корреляции между B 0 / f и самой скоростью ветра систематически меняется в течение солнечного цикла с использованием комбинации экстраполяций PFSS и радиоданных IPS. Они объяснили это тем фактом, что амплитуда магнитного поля на поверхности источника и средняя скорость ветра меняются в течение солнечного цикла, хотя и с разными относительными вариациями (и, возможно, разными причинами).

Рис. 7

Диаграммы рассеяния полной скорости расширения магнитной трубки в зависимости от напряженности магнитного поля на поверхности. На верхней панели представлены эти величины, рассчитанные на основе нашего моделирования за 11-летний период. Точки имеют цветовую кодировку в соответствии со скоростью, достигаемой ветровым потоком в каждой магнитной трубке (оранжевый цвет соответствует быстрому ветру, синий — медленному ветру). Нижняя панель представляет только точки данных моделирования относительно минимума и максимума (первая и третья панели на рис.5).

Рис. 8

Конечная скорость ветра В ветер как функция отношения B 0 / f к для полного набора данных. Зеленая пунктирная линия соответствует кривой ( B 0 / f tot ) 0,5 , предложенной Suzuki (2006), нормализованной к произвольному коэффициенту для упрощения представления.Коричневый пунктирные и синие непрерывные линии представляют собой кривые ( B 0 / F Tot ) 0,1 и ( B 0 / F Tot ) 2.2 , которые эмпирические аппроксимации верхних и нижних огибающих точек данных (соответственно пределов быстрого и медленного ветра; кривые также нормированы на произвольные коэффициенты).

На рис. 7 показана полная скорость расширения магнитной трубки f tot в зависимости от амплитуд магнитного поля в нижней точке B 0 в нашем моделировании.Каждая точка на диаграмме рассеяния соответствует одной из отобранных магнитных трубок. Точки раскрашены по той же цветовой схеме, что и на рис. 5 и 6: красный цвет соответствует высоким конечным скоростям ветра, а синий — низким конечным скоростям ветра. На верхней панели показан весь набор магнитных трубок, а на нижней панели показаны только точки данных для моментов времени относительно минимума и максимума (в те же два момента, что и на рис. 5). Основными особенностями полной диаграммы f tot B 0 (верхняя панель) являются общий положительный тренд/наклон (хотя и со значительным разбросом), четко выраженная отсечка в нижней части диаграммы. точечная диаграмма, резкий переход от быстрого к медленному ветровому режиму (более отчетливо виден на втором графике) и зависимость скорости ветра от обеих величин.Кривые f tot B 0 на нижней панели показывают, что в данный момент цикла эти две величины связаны друг с другом и подчиняются нарушенному степенному закону вида с разными значениями индекс α для медленного и для быстрого ветра. Режим быстрого ветра соответствует умеренному α , а режиму медленного ветра соответствует гораздо более крутой (и почти неопределенный) индекс α . Эти индексы α примерно инвариантны на протяжении всего цикла.Самое сильное отклонение происходит, когда фоновое магнитное поле находится в наиболее многополярном состоянии, примерно при максимальной активности. Разброс на диаграмме f tot B 0 увеличивается, когда представлены все моменты цикла, но описанные выше свойства сохраняются на всем протяжении. Нижняя граница диаграммы f tot B 0 соответствует конфигурации коронального магнитного поля в период солнечного минимума, когда оно достигает своей более простой топологической конфигурации (т.е. квазидиполярный). Это состояние, при котором достигаются наименьшие степени расширения ( f tot ≈ 1, близко к полюсам). Минимальные коэффициенты расширения постепенно увеличиваются по мере продвижения цикла к максимуму активности. Соответственно широтная протяженность корональных дыр на поверхности уменьшается от минимальной до максимальной. Наибольшее отклонение относительно нижней границы отсечки соответствует солнечному максимуму. Общий красно-синий градиент на рис. 7 указывает на то, что конечная скорость ветра антикоррелирует с f tot ; переход от быстрого ветра к медленному почти горизонтален (или ортогонален оси f tot ), но также имеются четкие вариации скорости ветра в направлении оси B 0 (которые особенно заметны в части медленного ветра на диаграмме, нанесенной разными оттенками синего).Таким образом, рисунок показывает, что эти два параметра действительно должны быть объединены, чтобы предсказать скорость солнечного ветра.

На рис. 8 конечная скорость ветра V ветер соотносится с отношением B 0 / f к для всех точек данных в нашем моделировании. На рисунке показаны три кривые, представляющие степенной закон V ветер ∝ ( B 0 / f tot ) ν 0 с тремя различными индексами 1 , 1 9 0Зеленая пунктирная линия соответствует ν = 0,5, как было предложено Suzuki (2006), коричневая пунктирная линия соответствует ν = 0,1, а сплошная синяя линия соответствует ν = 2,2. Синие и оранжевые линии представляют собой эмпирические соответствия верхней (быстрый ветер) и нижней (медленный ветер) границам наших точек данных. Все три кривые нормированы и смещены к произвольным коэффициентам. Из рисунка видно, что мы не можем подогнать к нашим данным единый степенной закон вида V ветер ∝ ( B 0 / f tot ) ν 40 .Возможно, мы могли бы подобрать кусочно-степенной закон, по крайней мере, с двумя индексами, один для медленного ветра, а другой для быстрого ветра. Тем не менее, по-прежнему необходимо указать, где должен находиться переход между ними в зависимости от цикла активности и/или уровня сложности фонового коронального поля. Небольшое подмножество нашего решения для ветра (умеренно быстрые ветры), по-видимому, следует кривой, соответствующей промежуточному индексу ν = 0,5, хотя для этого требуются разные коэффициенты нормализации и смещения в каждый данный момент цикла.Это говорит о необходимости учета дополнительных параметров.

Рис. 9

Профили угла наклона силовой линии (угол к вертикали, в градусах, от −90 до 90) в зависимости от расстояния до поверхности для магнитных трубок на разных широтах и ​​в пять разных моментов циклов ( от верхней до нижней панели : t = 0, 2,75, 3,30, 3,85, 4,40 года). Ромбами отмечено положение максимального наклона каждой магнитной трубки.Времена и цветовая схема те же, что и на рис. 5 и 6.

3.3. Влияние кривизны силовой линии

Исследуем теперь влияние кривизны и наклона силовой линии на скорость ветра. Ожидается, что большие отклонения магнитных трубок от вертикального направления окажут несколько эффектов на ветровой поток. Ветер, идущий вдоль наклонных частей магнитной трубки, увидит уменьшенную эффективную гравитацию (которая в крайних случаях может быть нулевой или даже изменить знак при обратном переключении силовых линий).Кривизна силовой линии также увеличит длину пути потока между двумя заданными высотами (например, между поверхностью Солнца и 1 а.е.) и уменьшит градиент давления, ощущаемый ветровым потоком.

На рис. 9 показан наклон большой выборки силовых линий в зависимости от радиуса. Угол наклона — это угол между вертикальным направлением и направлением, параллельным магнитному полю, в любой заданной точке силовой линии. Различные панели представляют разные моменты цикла, а оранжевые/синие линии представляют быстрый/медленный ветер, как на рис.6. Ромбами указаны позиции максимального наклона каждой представленной линии поля. Профили наклона линии поля значительно различаются в течение цикла активности. Низкоширотные силовые линии значительно наклонены по отношению к вертикали от поверхности более чем до 8 R в минимуме, но только до 3−4 R в максимуме. Эта разница связана с высотой стримеров в эти моменты (см.1). Линии поля, проходящие близко к границам псевдокосы, имеют самые экстремальные наклоны (достигающие в некоторых случаях π /2), как видно на третьей и пятой панелях рис. 9 (третья и пятая панели рис. 1 показывают геометрия этих структур, соответственно среднеширотных и полярных псевдостримеров). Во всех случаях силовые линии с большим наклоном систематически связаны с более медленными скоростями ветра, чем силовые линии с небольшими отклонениями от вертикального направления. Единственным исключением из этого правила являются силовые линии с сильно наклоненными частями на более низких корональных высотах, ниже ~1.5 R . Другими словами, эффект наклона силовой линии, по-видимому, важен на корональных высотах, на которых ветровой поток уже начал ускоряться, достигая по крайней мере 25–50% его конечной скорости, а не на высотах, на которых скорость ветра по-прежнему незначителен. Магнитные трубки с более длинными наклонными участками всегда имеют самые медленные ветровые потоки (темно-синие линии на рис. 9).

На рис. 10 представлены три гистограммы конечной скорости ветра для трех смежных интервалов максимального угла наклона α для каждой из магнитных трубок.Черные столбцы соответствуют интервалу 0° ≤ α < 15°, синие — 15° ≤ α ≥ 30°, красные — α ≥ 30°. На рисунке видно, что самые медленные ветровые потоки всегда связаны с магнитопроводами с большими отклонениями от вертикального направления, и что наклон силовых линий обычно антикоррелирует с конечной скоростью ветра. Однако, как и на рис. 4, разброс в распределениях велик, и разные распределения перекрываются. Следует отметить, однако, что крайние наклонности (т.g., α ≥ 60°) можно связать с умеренными и быстрыми ветровыми потоками, а силовые линии изгибаются только в очень низкой короне (см. рис. 9), где скорости ветра еще очень малы и влияют крен на скорость ветра сведен к минимуму.

Рис. 10

Гистограммы конечной скорости ветра В ветра для трех различных интервалов максимального наклона силовой линии (0° ≤ α < 15° черным цветом, 15° ≤ α < 30° синим цветом и α ≥ 30° (красный).Используемые данные охватывают весь цикл активности и все широты.

Рис. 11

Конечная скорость ветра В ветер как функция , где L — длина силовой линии, а α — максимальный наклон каждой силовой линии относительно вертикального направления.

На рис. 11 показана конечная скорость ветра v ветер в зависимости от , где отношение B 0 / f tot такое же, как на рис.8, L — полная длина силовой линии от поверхности до r = 15 R , а α — максимальный угол наклона, достигаемый магнитной трубкой. Это эмпирически полученное выражение уменьшает разброс по оси x на диаграмме на рис. 8, особенно для части диаграммы с быстрым ветром. Часть медленного ветра по-прежнему сохраняет большую дисперсию.

4. Обсуждение и выводы

Это исследование подтверждает, что конечная (асимптотическая) скорость солнечного ветра очень сильно зависит от геометрии открытых магнитных силовых трубок, через которые он течет.Наши результаты показывают, что наклон магнитной трубки следует добавить к хорошо известному и часто используемому фактору расширения магнитной трубки в будущих законах предсказания скорости солнечного ветра. В наших симуляциях скорость ветра слабо коррелирует с общим коэффициентом расширения (обозначенным здесь f tot , чтобы отличать его от f ss , используемого в наблюдательных исследованиях на основе экстраполяции PFSS), но в способ, который не допускает общей подгонки к степенному закону вида V ветер = a + b · f α (см.3). Кроме того, разброс в этом отношении велик, и одному и тому же коэффициенту расширения могут соответствовать разные значения скорости ветра, особенно близкие к солнечному максимуму (см. рис. 4 и 5). В то время как изменения скорости в режиме быстрого ветра (особенно во время солнечного минимума), по-видимому, эффективно контролируются расширением магнитной трубки, изменения в режимах среднего и медленного ветра требуют дополнительного замедления, обеспечиваемого наклоном силовой линии в низком диапазоне. до средней короны.

Чтобы получить представление о совместном влиянии этих двух геометрических параметров (расширения и наклона магнитной трубки), давайте представим уравнение количества движения ветрового потока вдоль направления произвольной силовой линии как (4)где l координата параллельна магнитному полю, ρ — плотность плазмы, v — скорость ветра, g = G M / r 1 3 вектор гравитационного ускорения α — угол между магнитным полем и вертикальным направлением, P — давление газа, а F — комбинация любых других задействованных источников.Наклон трубки магнитного потока непосредственно влияет на уравнение. (4) за счет уменьшения амплитуды гравитационного члена, в то время как расширение действует, модулируя все действующие потоки (например, поток массы, включающий плотность ρ и скорость ветра v ). Относительное влияние расширения и наклона магнитной трубки на ускорение и замедление ветра становится более ясным, если уравнение (4) переписывается в виде (5) где M — число Маха ветра, T = T 0 — температура плазмы, A — сечение магнитной трубки, остальные символы имеют обычное значение (ср.Ван 1994). Предполагается, что ветер изотермический и состоит из идеального и полностью ионизированного газообразного водорода, а другие источники (обобщенные термином F в уравнении (4)) были отброшены для простоты. Ниже звуковой точки (где M < 1) умеренные углы наклона (0 ≤ α < 90 град) способствуют торможению ветрового потока за счет уменьшения амплитуды гравитационного члена. Более экстремальные ситуации с углами α > 90° (например, при переключении силовых линий) приведут к локальному ускорению потока (хотя чистый вклад в конечную скорость ветра должен быть незначительным из-за замедления, происходящего при повороте назад). линии поля вверх).Растущее поперечное сечение магнитной трубки – при положительном – также будет способствовать замедлению ветрового потока. Ветровой поток будет меньше тормозиться (или даже ускоряться) на «повторно сходящемся» участке магнитопровода. В целом амплитуда всех этих эффектов будет минимизирована на участках магнитной трубки, где ветер либо очень медленный ( v ≈ 0), либо очень быстрый ( M 2 ≫ 1), и будет максимальным при скоростях ветра, близких к скорости звука. Члены наклона и расширения магнитной трубки меняют знак на сверхзвуковом режиме, где M > 1, поэтому их влияние на ускорение/торможение ветрового потока здесь меняется на противоположное.

Рис. 12

Два члена в правой части уравнения. (5) в зависимости от расстояния до поверхности для магнитных трубок, несущих самый быстрый и самый медленный ветровой поток в три различных момента циклов ( от верхней до нижней панели : t = 0, 3.30, 3.85 лет), как на рис. 13. Цветовая схема скорости ветра та же, что и на рис. 6 и 9. Сплошные линии представляют первый член (гравитация и наклон), а пунктирные линии представляют второй член (расширение).Члены меняют знак в звуковой точке (ср. знаменатель в уравнении (5)) на высоте от 2 до 6 R .

Рис. 13

Отношение абсолютного значения двух членов в правой части уравнения. (5) в зависимости от расстояния до поверхности для магнитных трубок, несущих самый быстрый и самый медленный ветровой поток в три разных момента циклов (то же, что и на рис.12). Черная пунктирная линия показывает значение этого отношения для вертикально ориентированного и радиально расширяющегося ветрового потока (ветер Паркера) для сравнения.

На рис. 12 показаны вклады двух членов в правой части уравнения. (5) для ускорения и замедления ветра l v , для магнитных трубок с максимальной и минимальной конечной скоростью ветра, далее и A для простоты.Сплошные линии представляют термин , а пунктирные линии представляют термин A . Цвета представляют конечную скорость ветра, как и раньше. Как объяснялось выше, эффект обоих членов наибольший вблизи звуковой точки (где M = 1, и оба члена меняют знак) и наименьший вблизи поверхности и на больших корональных высотах. Штриховые и сплошные линии почти всегда симметричны, что указывает на то, что в общем случае нельзя пренебрегать одним членом по отношению к другому.На рис. 13 представлено отношение модуля двух слагаемых в те же моменты времени, что и на рис. 12. Для сравнения, это отношение равно ( G M m p ) / ( 4 k b T r ) для выровненной по вертикали и радиально расширяющейся магнитной трубки в черном цвете рисунок). Синие и оранжевые линии (наши решения) приближаются к этому предельному случаю на больших высотах короны, где наклоном магнитной трубки и чрезмерным расширением можно пренебречь.Эти два члена действительно всегда имеют один и тот же порядок величин, причем обычно они больше, чем A (но редко более чем в 2 раза). Самые медленные ветровые потоки, как правило, связаны с довольно неправильными кривыми для ; провалы на этих кривых обусловлены локальным увеличением наклона силовой линии (или уменьшением ). Рисунки 5 и 6 действительно показывают, что скорость ветра обычно антикоррелирует с коэффициентами расширения для потоков быстрого ветра вблизи минимума активности, но не так сильно для медленного ветра или во время максимума.На рис. 7 показано, что в режиме медленного ветра (отображенном в оттенках синего) скорость ветра может фактически меняться сильнее с амплитудой магнитного поля B 0 , чем с f tot . Кроме того, некоторые из пиков на рис. 5 (особенно на четвертой панели) показывают, что исключения из отношения f tot V ветер существуют даже в режиме быстрого ветра. Все эти отклонения, т. е. ветры более медленные, чем ожидалось для их коэффициентов полного расширения, связаны с магнитными трубками, имеющими сильные наклонения в диапазоне высот r = 2−4 R (ср.рис. 9). Наклон не оказывает существенного влияния на ветровые потоки, когда он возникает ниже этих высот, так как ветровой поток там еще очень дозвуковой (см. уравнение (5)). Самые медленные из обнаруженных ветровых потоков существуют в магнитных трубках, у которых наклонные участки особенно длинные (синие линии на первой панели рис. 9).

Эти результаты мотивируют поиск прогнозирующих законов масштабирования скорости ветра, в которых используется комбинация обсуждаемых здесь геометрических параметров: расширение магнитной трубки, амплитуда магнитного поля и наклон.График на рис. 11 иллюстрирует первый шаг в этом направлении и состоит из коэффициента, аналогичного предложенному Suzuki (2006), с поправкой на , где α — максимальный угол наклона для данной магнитной трубки (отмечен на рис. .9 с ромбами), а L его длина (грубая мера интервала высот, над которым изгибается линия поля). Полученное выражение намного лучше соответствует нашим решениям для ветра, даже несмотря на то, что в части медленного ветра остается некоторый разброс. Ясно, что относительные высоты наклонной и перерасширяющейся фракций магнитных трубок относительно высоты звуковой точки (точнее, коэффициента v / ( 1− M 2 ) в уравнении.(5)) – ключевой параметр, регулирующий асимптотические скорости ветра; к сожалению, положение звуковой точки заранее неизвестно (зависит от профиля скорости ветра) и не может быть использовано в качестве предиктора.

Анализ, проведенный в этой рукописи, основан на результатах серии численных расчетов с использованием МГД-модели осесимметричной солнечной короны при фиксированной температуре T 0 . Выбор параметра T 0 оказывает прямое влияние на решения по ветру: более высокая температура в короне будет производить глобально более быстрый и плотный ветер (Parker 1964; Leer & Holzer 1979; Hansteen & Leer 1995; Pinto et al.2011). Тем не менее, модель по-прежнему будет правильно воспроизводить относительные вариации свойств ветра на широте (пока T 0 остается фиксированным повсюду и имеет разумное значение в диапазоне 1−1,5 МК). Известно, что быстрые и медленные потоки солнечного ветра имеют разные температурные профили: медленные ветры достигают более высоких температур в нижней короне, чем быстрые ветры, но более низкие температуры вдали от Солнца. Влияние этих изменений температуры, возможно, можно было бы смоделировать в нашей модели, установив неоднородный корональный T 0 (изменяющийся по широте и во времени), но, как обсуждалось выше, распределение быстрых и медленных ветровых потоков равно результат модели, от которого не могут зависеть ее параметры.Углубленное исследование термодинамики потоков солнечного ветра требует модели другого типа (как в Suzuki, Inutsuka, 2006; Pinto и др., 2009; Schwadron, McComas, 2003; Woolsey, Cranmer, 2014). будущая работа. Тем не менее подход, который мы здесь используем, убедительно свидетельствует о том, что абсолютные значения и пространственное распределение скорости солнечного ветра в основном контролируются геометрией коронального магнитного поля (независимо от рассматриваемого сценария нагрева).

Корональное магнитное поле получено с помощью кинематической модели динамо среднего поля и не предназначено для воспроизведения определенного солнечного цикла. Вместо этого он создает множество корональных особенностей, представляющих эволюцию любого солнечного цикла. Что еще более важно, наши симуляции обеспечивают очень большой статистический ансамбль открытых магнитных трубок с ветровыми потоками, охватывающий очень широкий диапазон геометрий магнитных трубок.

5. Резюме

Мы исследовали, как скорость солнечного ветра соотносится с геометрией магнитной трубки на всех широтах и ​​во все моменты солнечного цикла с помощью МГД-моделирования глобального масштаба солнечного динамо, короны и ветра.Модель генерирует карты медленно меняющегося коронального магнитного поля и скорости ветра в меридиональной плоскости от поверхности Солнца до 15 R в течение 11-летнего цикла активности. Мы проанализировали большую выборку отдельных магнитных силовых трубок, охватывающих полные широтные и временные интервалы, чтобы получить корреляции между их геометрическими параметрами и результирующими скоростями ветра, которые остаются действительными для всех широт и моментов цикла. В дополнение к полным факторам расширения f tot и абсолютным амплитудам магнитного поля B 0 мы обнаружили, что скорость ветра также сильно зависит от наклона магнитной трубки.Будущая работа будет сосредоточена на улучшении эмпирически подобранного закона масштабирования, связывающего скорость ветра с этими тремя параметрами магнитной трубки, на тестировании более сложных сценариев нагрева и на расширении анализа на наборы магнитных магнитных трубок, полученных из наблюдений.

Благодарности

РФП признает финансирование проекта FP7 № 606692 (HELCATS). Метод динамо-ветровой связи был разработан в рамках проекта STARS2 (www.stars2.eu). А.С.Б. признает финансирование в рамках гранта ERC Solar Predict, INSU/PNST и гранта CNES Solar Orbiter.Мы благодарны Ю.-М. Вану и Р. Грэппину за полезные обсуждения и комментарии к рукописи.

Ссылки

  1. Арден, В. М., Нортон, А. А., и Сан, X. 2014, J. Geophys. Рез. (Космическая физика), 119, 1476. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  2. Ардж, С.N., Odstrcil, D., Pizzo, VJ, & Mayer, LR 2003, в AIP Conf. Proc., 679, 190 [Google ученый]
  3. Arge, C.N., Luhmann, JG, Odstrcil, D., Schrijver, CJ, & Li, Y. 2004, J. Atm. Солнечно-земная физика, 66, 1295. [Google ученый]
  4. Коэн, О.2015, сб. физ., 290, 2245 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  5. Кранмер, С.R. 2002, Space Sci. Rev., 101, 229 [Google Scholar]
  6. Fujiki, K., Tokumaru, M., Iju, T., Hakamada, K., & Kojima, M. 2015, Sol. Phys., 290, 2491 [NASA ADS] [CrossRef] [Google Scholar]
  7. Grappin, R., Леорат, Дж., и Буттигоффер, А. 2000, A&A, 362, 342. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Google ученый]
  8. Грессл, С., Veronig, A.M., Temmer, M., et al. 2013, сб. физ. [Google ученый]
  9. Hansteen, VH, & Leer, E. 1995, J. Geophys. Рез., 100, 21577 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  10. Жув, Л., & Брун, AS 2007, A&A, 474, 239 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [EDP наук] [Google ученый]
  11. Коваленко, В.А. 1978, Геомагнетизм и аэрономия, 18, 769. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Google ученый]
  12. Коваленко, В.А. 1981, Сол. физ., 73, 383 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  13. Ли, Ч.O., Luhmann, J.G., Hoeksema, J.T., et al. 2011, сб. физ., 269, 367 [Google ученый]
  14. Леер, Э., и Хольцер, Т.Е. 1979, Sol. физ., 63, 143 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  15. Ли, Б., Ся, Л. Д., и Чен, Ю. 2011, A&A, 529, A148 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [EDP наук] [Google ученый]
  16. Лионелло, Р., Велли, М., Даунс, К., Линкер, Дж. А., и Микич, З. 2014, ApJ, 796, 111 [Google ученый]
  17. Manoharan, PK 2009, в Proc. Международный астрономический союз, 5, Солнечная и звездная изменчивость: влияние на Землю и планеты, 356 [Google ученый]
  18. МакКомас, Д.J., Elliott, H.A., Schwadron, N.A., et al. 2003, Геофиз. Рез. Лет., 30, 24 [Google ученый]
  19. McComas, D.J., Ebert, R.W., Elliott, H.A., et al. 2008, Геофиз. Рез. Лет., 35, L18103 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  20. Макгрегор, С.L., Hughes, W.J., Arge, C.N., Owens, M.J., & Odstrcil, D. 2011, J. Geophys. Рез. (Космическая физика), 116, 3101 [Google ученый]
  21. Оран Р., ван дер Холст Б., Ланди Э. и др. 2013, ApJ, 778, 176 [Google ученый]
  22. Паркер, Э.Н. 1964, ApJ, 139, 72. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  23. Пелейкис, Т., Крузе М., Бергер Л., Дрюс К. и Виммер-Швайнгрубер Р. Ф., 2016 г., в AIP Conf. проц. 1720, 020003 [Google ученый]
  24. Пинто, Р., Граппин, Р., Ван, Ю.-М., и Леорат, Дж. 2009, A&A, 497, 537 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [EDP наук] [Google ученый]
  25. Пинто, Р.Ф., Брун, А.С., Жув, Л., и Граппин, Р. 2011, ApJ, 737, 72. [Google ученый]
  26. Ревиль В., Брун А.С., Стругарек А. и соавт. 2015, Ап.Дж., 814, 99 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  27. Ричардсон, Дж.Д. и Каспер, Дж. С. 2008, J. Atm. Солнечно-земная физика, 70, 219 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  28. Швадрон, Н.А. и МакКомас, DJ 2003, ApJ, 599, 1395. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  29. Смит, Э.Дж. 2011, Дж. Атм. Солнечно-земная физика, 73, 277 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  30. Судзуки, Т.К. 2006, ApJ, 640, L75 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  31. Судзуки, Т.K., & Inutsuka, S. 2006, Astronomical Herald, 99, 205 [NASA ADS] [Google Scholar]
  32. Tokumaru, M., Кодзима, М., и Фуджики, К. 2010, J. Geophys. Рез. (Космическая физика), 115, 04102 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  33. ван дер Холст, Б., Соколов И.В., Менг X. и соавт. 2014, Ап.Дж., 782, 81 [Google ученый]
  34. Ван, Ю.-М. 1994, ApJ, 437, L67 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  35. Ван, Ю.-М. 2009, Космические науки. Обр., 144, 383 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  36. Ван, Ю.-M., & Sheeley, NR 1990, ApJ, 355, 726. [Google ученый]
  37. Ван, Ю.-М., и Шили, Н. Р. 1991, ApJ, 372, L45. [Google ученый]
  38. Ван, Ю.-M., & Sheeley, NR 2006, ApJ, 653, 708. [Google ученый]
  39. Ван, Ю.-М., Роббрехт, Э., Руйяр, А.П., Шили, младший, Н.Р., и Тернисиен, А.Ф.Р. 2010, ApJ, 715, 39 [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  40. Ван, Ю.-М., Грэппин, Р., Роббрехт, Э., и Шили, Н. Р. 2012, ApJ, 749, 182. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  41. Вулси, Л.Н. и Кранмер С. Р. 2014, ApJ, 787, 160. [ОБЪЯВЛЕНИЕ НАСА] [Перекрестная ссылка] [Google ученый]

Все фигурки

Инжир.1

Структура коронального магнитного поля в пять репрезентативных моментов смоделированного солнечного цикла. Моменты времени слева направо , t = 0, 2,75 , 3,30, 3,80, 4,40 года соответствуют соответственно минимуму активности, фазе раннего подъема, фазе позднего подъема, максимуму и спаду активности. фаза цикла. Линии поля окрашены в соответствии с конечной скоростью ветра (на внешней границе области r = 15 R ), обтекающего каждую из них (темно-красный и оранжевый представляют быстрые ветровые потоки, а синий дует медленный ветер; ср.цветная полоса на рис. 2). Серые линии представляют собой закрытые линии поля для полноты картины.

В тексте
Рис. 2

Широтно-временная диаграмма конечной скорости ветра, охватывающая 11 лет солнечного цикла (ось y ) и 180 градусов широты (от северного до южного полюса, ось x ). Цветовая схема та же, что и у силовых линий на рис. 1.

В тексте
Инжир.3

Конечная скорость ветра В ветер как функция общего коэффициента расширения f tot для всего цикла и для всех широт.

В тексте
Рис. 4

Гистограммы конечной скорости ветра V ветер для трех различных интервалов полного коэффициента расширения (1 ≤ f tot < 10 черным цветом, 10 ≤ f tot < 20 синим цветом, f to ≥ 20 (красный).Используемые данные охватывают весь цикл активности и все широты.

В тексте
Рис. 5

Суммарные коэффициенты расширения ( f tot ; см. уравнение (2)) как функция широты в пять моментов цикла ( от верхней до нижней панели : t = 0, 2,75 ,3,30 , 3,85, 4,40 года). Линии поля и точки окрашены в зависимости от конечной скорости ветра (с той же таблицей цветов, что и на рис.1). Скорость ветра антикоррелирована с 90 139 f 90 140 90 165 to 90 166 для большей части смоделированного цикла активности, но это исключения. Синие и оранжевые пики (соответствующие медленному и быстрому ветру) на четвертой панели ( t = 3,85 года) показывают, что магнитопроводы с одинаковыми значениями f to могут выдерживать ветровые потоки с разными скоростями.

В тексте
Инжир.6

Профили коэффициентов расширения в зависимости от расстояния до поверхности, соответствующие магнитопроводам на разных широтах в пять разных моментов времени ( от верхней до нижней панели : t = 0, 2,75, 3,30, 3,85, 4,40 года). Кривые окрашены в соответствии с асимптотической скоростью ветра, как и на предыдущих рисунках. Из рисунков видно, что конечная скорость ветра антикоррелирована с коэффициентом полного расширения (значение при r ≫ 1 R ), особенно когда она близка к солнечному минимуму, но не так сильно на детали на малых высотах.

В тексте
Рис. 7

Диаграммы рассеяния полной скорости расширения магнитной трубки в зависимости от напряженности магнитного поля на поверхности. На верхней панели представлены эти величины, рассчитанные на основе нашего моделирования за 11-летний период. Точки имеют цветовую кодировку в соответствии со скоростью, достигаемой ветровым потоком в каждой магнитной трубке (оранжевый цвет соответствует быстрому ветру, синий — медленному ветру). Нижняя панель представляет только точки данных моделирования относительно минимума и максимума (первая и третья панели на рис. 5).

В тексте
Рис. 8

Конечная скорость ветра В ветер как функция отношения B 0 / f к для полного набора данных. Зеленая пунктирная линия соответствует кривой ( B 0 / f tot ) 0.5 , предложенный Suzuki (2006), нормализованный к произвольному коэффициенту для упрощения представления. Коричневый пунктирные и синие непрерывные линии представляют собой кривые ( B 0 / F Tot ) 0,1 и ( B 0 / F Tot ) 2.2 , которые эмпирические аппроксимации верхних и нижних огибающих точек данных (соответственно пределов быстрого и медленного ветра; кривые также нормированы на произвольные коэффициенты).

В тексте
Рис. 9

Профили угла наклона силовой линии (угол к вертикали, в градусах, от −90 до 90) в зависимости от расстояния до поверхности для магнитных трубок на разных широтах и ​​в пять разных моментов циклов ( от верхней до нижней панели : t = 0, 2,75, 3,30, 3,85, 4,40 года). Ромбами отмечено положение максимального наклона каждой магнитной трубки.Времена и цветовая схема те же, что и на рис. 5 и 6.

В тексте
Рис. 10

Гистограммы конечной скорости ветра В ветра для трех различных интервалов максимального наклона силовой линии (0° ≤ α < 15° черным цветом, 15° ≤ α < 30° синим цветом и α ≥ 30° (красный). Используемые данные охватывают весь цикл активности и все широты.

В тексте
Рис. 11

Конечная скорость ветра В ветер как функция , где L — длина силовой линии, а α — максимальный наклон каждой силовой линии относительно вертикального направления.

В тексте
Рис. 12

Два члена в правой части уравнения.(5) в зависимости от расстояния до поверхности для магнитных трубок, несущих самый быстрый и самый медленный ветровой поток в три различных момента циклов ( от верхней до нижней панели : t = 0, 3.30, 3.85 лет), как на рис. 13. Цветовая схема скорости ветра та же, что и на рис. 6 и 9. Сплошные линии представляют первый член (гравитация и наклон), а пунктирные линии представляют второй член (расширение). Термины меняют знак в звуковой точке (ср.знаменатель в уравнении (5)) на высоте от 2 до 6 R .

В тексте
Рис. 13

Отношение абсолютного значения двух членов в правой части уравнения. (5) в зависимости от расстояния до поверхности для магнитных трубок, несущих самый быстрый и самый медленный ветровой поток в три различных момента цикла (то же, что и на рис. 12).Черная пунктирная линия показывает значение этого отношения для вертикально ориентированного и радиально расширяющегося ветрового потока (ветер Паркера) для сравнения.

В тексте

Флюс | Звездный сектор Вики | Фэндом

Apogee примерно с 40% жесткого флюса и дополнительно 20% мягкого флюса.

Поток и система потоков являются наиболее важными аспектами боя в Звездном секторе. Без них корабль не смог бы стрелять почти из всех орудий, использовать любые бортовые системы или защищаться от неминуемой опасности.Это похоже на тепло в том смысле, что стрельба и получение ударов по щитам вызывают поток. У каждого корабля есть определенный максимальный поток, выше которого он перегрузится и будет беспомощен в течение многих секунд. Балансирующий поток — один из самых важных навыков, который нужно развивать в бою.

Основы[]

Flux отображается в виде полосы над рейтингом корпуса, как в нижнем левом HUD, так и в информации прямо над кораблем. Оружие не будет стрелять, если поток корабля заполнен или если поток от оружия заполнил бы его.

Полоска потока медленно падает со временем, потому что корабли всегда пассивно рассеивают поток в космос.Корабли могут выпускать  поток с удвоенной скоростью рассеивания (нажмите клавишу «V»), но в то же время не могут стрелять из оружия, использовать щиты или останавливать этот активный выброс, пока не будет выброшен весь поток.

На экране переоснащения корабли могут быть оснащены дополнительными конденсаторами потока , чтобы увеличить их максимальный поток на 200, или потокоотводами , чтобы увеличить скорость рассеяния/вентиляции потока на 10. Несколько умений также улучшают рассеяние/вентиляцию потока и пропускную способность .

Корабль с пустой полосой потока и не генерирующий поток (для этого необходимо, чтобы щиты были отключены) получит ускорение скорости с нулевым потоком , которое повысит его максимальную скорость на 50 su/s.Перк «Динамическая стабилизация» навыка «Рулевой» позволяет применять бонус при потоке до 1% (в том числе с поднятыми щитами). Бонус к скорости всегда применяется, когда на корабле установлен корпусной мод Safety Overrides.

Модификация корпуса Resistant Flux Conduits увеличивает скорость вентиляции на 25%, а перк Dedicated Conduits навыка Power Grid Modulation увеличивает ее на 25%. Корпусной мод Safety Overrides удваивает скорость рассеяния (в том числе из вентиляционных отверстий) и отключает вентиляцию.

Твердый флюс и мягкий флюс[]

Поток

от стрельбы из оружия, использования корабельных систем и поднятия щитов известен как мягкий поток , поскольку его можно пассивно рассеять при поднятых щитах.Поток, создаваемый ударяемыми экранами, известен как жесткий поток , поскольку приподнятые экраны (обычно) предотвращают пассивное рассеяние. Вертикальная полоса на флюсометре обозначает границу между жестким и мягким флюсом в конденсаторах флюса. Мягкий поток всегда рассеивается раньше, чем жесткий поток.

Фазовая маскировка создает жесткий поток при активации и во время использования и предотвращает рассеивание жесткого потока.

Уровень навыка «Защитные системы» 3 позволяет постепенное пассивное рассеивание жесткого потока с поднятыми щитами.Корпусной мод Flux Shunt имеет аналогичный, но больший эффект, но его можно найти только на нескольких кораблях.

Перегрузка[]

Стрельба не может поднять поток выше максимального или перегрузить корабль, но удары щитом могут. Перегруженный корабль не может поднимать свои щиты, стрелять, использовать корабельные системы или активно вентилировать, но он будет пассивно рассеиваться со скоростью, равной половине своей нормальной, и маневрировать как обычно. Перегрузка длится несколько секунд (до 15) в зависимости от урона, нанесенного последним ударом, и размера корпуса.Перегруженный корабль крайне уязвим для ракет и ударных средств. Продолжительность перегрузки увеличивается с минимальной продолжительности на основе последнего полученного урона до перегрузки (+1 секунда за каждые 25 единиц урона!).

Длительность перегрузки (секунды)
Фрегат Эсминец Крейсер Крупный корабль
4-15 6-15 8-15 10-15


Уровень 3 навыка Damage Control в дереве боя снижает длительность перегрузки на 25%.

История изменений[]

0.8а

  • Оружие не будет перезаряжаться в течение первых двух секунд после вентиляции или перегрузки

Производители компрессоров переменного и постоянного тока с переменной скоростью и специализированных тепловых систем












АВТОМОБИЛЬНАЯ
Все согласны с тем, что электрические компрессоры представляют собой будущее автомобильного кондиционирования воздуха.Герметичные компрессоры Masterflux DC с регулируемой скоростью открывают «будущее» автомобильной промышленности уже сегодня. Семейство компрессоров Masterflux до 40% меньше и легче, чем конкурирующие автомобильные компрессоры постоянного тока с ременным приводом. Компрессоры Masterflux могут работать с входным напряжением от 12 до 420 В постоянного тока, чтобы удовлетворить современные требования электромобилей как к аккумулятору, так и к комфортному охлаждению.
МАССОВЫЙ ТРАНЗИТ
Герметичные компрессоры Masterflux DC с регулируемой скоростью предлагают рынку общественного транспорта экономичный вариант для удовлетворения ваших требований к комфортному охлаждению.Семейство компрессоров постоянного тока Masterflux может питаться напрямую от современной шины напряжения 74 В постоянного тока Common Rail. Для применений вне общей шины 74 В постоянного тока Masterflux предлагает полную линейку компрессоров для постоянного напряжения от 12 до 420 В с холодопроизводительностью от 3000 до 34 000 БТЕ/ч.
МЕДИЦИНСКАЯ/НАУЧНАЯ
Masterflux предлагает герметичный компрессор постоянного тока с регулируемой скоростью для удовлетворения потребностей современного медицинского и научного сообщества в более высоких требованиях к холодопроизводительности за пределами диапазона элементов Пельтье (термоэлектрических).Имея высоту 7,5 дюйма, компрессоры SIERRA Masterflux обладают в 50 раз большей мощностью охлаждения/нагрева, чем самые большие элементы Пельтье. Поскольку SIERRA может питаться от низкого напряжения постоянного тока, сертификация регулирующих органов значительно упрощается. Соответствует современным медицинским и научным требованиям к охлаждению/нагреву. , системы, использующие компрессоры SIERRA, зарекомендовали себя как выдерживающие температуру +/-0,1 градуса по Фаренгейту.
СОЛНЕЧНАЯ/АВТОНОМНАЯ ЭЛЕКТРОСЕТЬ
Семейство герметичных компрессоров постоянного тока с регулируемой скоростью Masterflux предлагает решение для систем постоянного тока, работающих от солнечных батарей, аккумуляторов или других автономных источников энергии.Герметичный компрессор прямого тока Masterflux устраняет необходимость в инверторе и индуктивных скачках напряжения при запуске, характерных для традиционных компрессоров кондиционеров.
ЭЛЕКТРОНИКА
Отвод тепла от вашей электроники — это не вариант, это необходимость. Отказы компонентов удваиваются с каждым повышением температуры на 18 градусов по Фаренгейту.Учитывая такие высокие требования к электронному охлаждению, Masterflux находится в авангарде разработки новых концепций охлаждения для электронных систем. Системы на основе Masterflux могут быть разработаны для поддержания чипов при температурах от комнатной до криогенных. Решить, какая температура вам нужна, — это ваша работа. Охлаждение их — наша задача.
ВОЕННЫЕ
Стелс-режим в пустыне.Вам нужно сохранить хладнокровие, но потерять тепло? Вам нужна безопасная и надежная герметичная система охлаждения, но вы хотите использовать питание постоянного тока? Masterflux снова является ответом на эти проблемы. Технологию Masterflux можно найти в военных приложениях, от использования технологии чиллеров для охлаждения солдат до питания тепловых систем для электронного охлаждения.

Методы управления скоростью двигателя постоянного тока

Скорость двигателя постоянного тока

Обратная ЭДС E b двигателя постоянного тока есть не что иное, как ЭДС индукции в проводниках якоря из-за вращения якоря в магнитном поле.Таким образом, величина E b может быть задана уравнением ЭДС генератора постоянного тока.
E b = PØNZ / 60A
(где P = количество полюсов, Ø = поток/полюс, N = скорость в об/мин, Z = количество проводников якоря, A = параллельные пути)

E b также может быть задан как
E b = V- I a R a

Таким образом, из приведенных выше уравнений
N = E b 60A / P ØZ a и Z 9000 двигателя постоянного тока, являются константами

Следовательно, N ∝ K E b / Ø           (где K = константа)

Это показывает, что скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна противоЭДС и обратно пропорциональна поток на полюс.

Методы управления скоростью двигателя постоянного тока

Регулятор скорости шунтового двигателя

1. Метод контроля потока
Выше уже объяснялось, что скорость двигателя постоянного тока обратно пропорциональна потоку на полюс. Таким образом, уменьшая поток, можно увеличить скорость и наоборот.

Для управления потоком последовательно с обмоткой возбуждения добавляется реостат, как показано на принципиальной схеме. Добавление большего сопротивления последовательно с обмоткой возбуждения увеличит скорость, так как уменьшит магнитный поток.В шунтовых двигателях, поскольку ток возбуждения относительно очень мал, потери I sh 2 R малы. Поэтому этот метод достаточно эффективен. Хотя скорость может быть увеличена выше номинального значения за счет уменьшения потока с помощью этого метода, он накладывает ограничение на максимальную скорость, поскольку ослабление потока поля сверх установленного предела отрицательно повлияет на коммутацию.

2. Способ управления якорем
Скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна противо-ЭДС E b и E b = V — I a R a .Это означает, что при постоянном напряжении питания V и сопротивлении якоря R a скорость прямо пропорциональна току якоря I a . Таким образом, если добавить сопротивление последовательно с якорем, I a уменьшится, а значит, и скорость уменьшится. Чем больше сопротивление последовательно с якорем, тем больше падение скорости.
3. Метод контроля напряжения
a) Контроль нескольких напряжений :
В этом методе шунтирующее поле подключается к фиксированному возбуждающему напряжению, а на якорь подается разное напряжение.Напряжение на якоре изменяется с помощью подходящего распределительного устройства. Скорость приблизительно пропорциональна напряжению на якоре.

b) Система Ward-Leonard :
Эта система используется там, где требуется очень чувствительное управление скоростью двигателя (например, электрические экскаваторы, лифты и т. д.). Устройство этой системы показано на рисунке справа.
M 2 — двигатель, для которого требуется регулирование скорости.
M 1 может быть любым двигателем переменного или постоянного тока с постоянной скоростью.
G представляет собой генератор, непосредственно соединенный с M 1 .
В этом методе выходной сигнал генератора G подается на якорь двигателя M 2 , скорость которого необходимо контролировать. Выходное напряжение генератора G может изменяться от нуля до максимального значения с помощью его регулятора поля и, следовательно, напряжение якоря двигателя M 2 изменяется очень плавно. Следовательно, этим способом может быть получено очень плавное управление скоростью двигателя постоянного тока .

Регулятор скорости двигателя серии

1.Метод контроля потока

  • Дивертор поля : Переменное сопротивление подключается параллельно последовательному полю, как показано на рис. (a). Этот переменный резистор называется отклоняющим, так как через этот резистор можно отвести желаемую величину тока и, следовательно, можно уменьшить ток через катушку возбуждения. Таким образом, поток можно уменьшить до желаемой величины и увеличить скорость.
  • Переключатель якоря : Переключатель подсоединяется к якорю, как показано на рис. (b).
    При заданном постоянном крутящем моменте, если ток якоря уменьшается, тогда поток должен увеличиться, как Ta ∝ ØIa
    Это приведет к увеличению тока, потребляемого от источника питания, и, следовательно, увеличится поток Ø и, следовательно, скорость двигателя уменьшится.
  • Управление полем с ответвлениями : Как показано на рис. (c), катушка возбуждения имеет отводы, делящие число витков. Таким образом, мы можем выбрать другое значение Ø, выбрав другое количество витков.
  • Параллельные катушки возбуждения : В этом методе можно получить несколько скоростей путем перегруппировки катушек, как показано на рис. (d).
2. Переменное сопротивление последовательно с якорем
Включив сопротивление последовательно с якорем, можно уменьшить напряжение на якоре. И, следовательно, скорость уменьшается пропорционально этому.
3. Последовательно-параллельное управление
Эта система широко используется в электрической тяге, где используются два или более последовательно соединенных механических двигателя. Для низких скоростей двигатели соединяются последовательно, а для более высоких скоростей двигатели подключаются параллельно.
При последовательном соединении через двигатели проходит один и тот же ток, хотя напряжение на каждом двигателе разделено. При параллельном соединении напряжение на каждом двигателе одинаково, хотя ток делится.

Flux Drive создает магнитные муфты и магнитные приводы с регулируемой скоростью, которые увеличивают срок службы и производительность вращающегося оборудования.

То Флюс Драйв Умная МУФТА представляет собой гибкую магнитную муфту плавного пуска, обеспечивающую экономию энергии путем обрезки скорости на негабаритных грузах.Разделяя двигатель и нагрузки через воздушный зазор, SmartCOUPLING также полностью устраняет передачу вибрации и исправляет несоосность.

Читать Статья о SmartCOUPLING в майском номере журнала Pumps & Systems за 2014 г. Журнал!

То Флюс Драйв В линию РАС и Ременный шкив ASD на 100 % механический. решения для динамической регулировки скорость, обеспечивая максимальный контроль процесса и экономию энергии в в дополнение к плавному пуску, преимуществам смещения и долговечности и надежность для работы в любых условиях.

Все продукты Flux Drive доказано, что они снижают стоимость обслуживания системы и предлагают существенная экономия энергии. Другие преимущества:

> 98,5% эффективность передачи мощности

> Снижение платы за коммунальные услуги

> Снижает вибрацию

> Отсутствие гармонических помех

> Снижает системный шум

> Двигатель может быть рассчитан на нагрузку

> Снижает стоимость жизненного цикла

> 100% механическое устройство контроля скорости

> Работает в неблагоприятных условиях

> Устраняет неисправности муфты

Меньше вибрации и шума

Из-за торсионно-разъемной конструкции вибрация, создаваемая исключается традиционная эластичная муфта; тем самым увеличивая жизнь всех компонентов машины.Поскольку крутящий момент передается через воздух через магнитный поток, без физической связи, отсутствие износа деталей из-за нормальные операции.

Безопасность и надежность

Продукты Flux Drive обеспечивают безопасную и надежную работу в суровых среды. Защитное покрытие и простая эффективная конструкция защищает от экстремальных температур, влаги, морской воды, соленого воздуха и химическая коррозия. Все муфты и приводы соответствуют международным стандарты оформления классификаций.

Модернизация существующих двигателей Продукты Flux Drive

легко модернизируются для существующих двигателей без переход на инверторный режим. Этот инновационный дизайн принимает большие степени несоосности. Выравнивание выполняется с помощью простой прокладки воздушного зазора. метод. Не требуется дорогостоящая система лазерной центровки.

Простой и эффективный дизайн

Без электрических обмоток и электричества, создающего магнетизм, никакие гармоники или колебания мощности не мешают работе.

0 comments on “Скорость магнитного потока: Найти скорость изменения магнитного потока в… — Физика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.