Сила ампера по правилу левой руки: Правило левой руки для силы Ампера – примеры и формулировка определения кратко

Сила Ампера. Правило левой руки.

Эксперимент

Проводник с током является источником магнитного поля.

Если проводник с током поместить во внешнее магнитное поле,

то оно будет действовать на проводник с силой Ампера.

Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.

Андре Мари Ампер

Действие магнитного поля на проводник с током исследовал экспериментально

Андре Мари Ампер (1820 г.).

Меняя форму проводников и их расположение в магнитном поле, Ампер сумел определить силу, действующую на отдельный участок проводника с током (элемент тока). В его честь

эту силу назвали силой Ампера.

сила Ампера

Согласно экспериментальным данным модуль силы F :

пропорционален длине проводника

l , находящегося в магнитном поле;

пропорционален модулю индукции магнитного поля B ;

пропорционален силе тока в проводнике I ;

зависит от ориентации проводника в магнитном поле, т.е. от угла α между направлением тока и вектора индукции магнитного поля   B ⃗ .

Модуль силы Ампера

Модуль силы Ампера равен произведению модуля индукции магнитного поля B ,

в котором находится проводник с током,

длины этого проводника l , силы тока I в нем и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля

 

Направление

силы Ампера

Направление силы Ампера определяется

по правилу левой руки:

если левую руку расположить

так, чтобы вектор индукции магнитного поля ( B⃗ ) входил

в ладонь, четыре вытянутых

пальца указывали направление

тока (I), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера ( F⃗ A).

Взаимодействие двух

проводников с током

Проводник с током создает вокруг себя магнитное поле,

в это поле помещается второй проводник с током,

а значит на него будет действовать сила Ампера

Действие

магнитного поля

на рамку с током

На рамку действует пара сил, в результате чего она поворачивается.

  • Направление вектора силы определяем по  правилу левой руки.
  • F=B I l sinα=ma
  • M=F d=B I S   sinα   — в ращающий момент

Электроизмерительные

приборы

Магнитоэлектрическая система

Электромагнитная система

Взаимодействие

магнитного поля катушки

со стальным сердечником

Взаимодействие

рамки с током и поля магнита

Применение

силы Ампера

Силы, действующие на проводник с током в магнитном поле, широко используются в технике. Электродвигатели и генераторы, устройства для записи звука в магнитофонах, телефоны и микрофоны — во всех этих и во множестве других приборов и устройств используется взаимодействие токов, токов и магнитов.

Задача

Прямолинейный проводник длиной 0,5 м, по которому течет ток 6 А, находится в однородном магнитном поле. Модуль вектора магнитной индукции 0,2 Тл, проводник расположен под углом

к вектору В .

Сила, действующая на проводник со стороны

магнитного поля, равна

 

Ответ: 0,3 Н

Ответ

Решение.

Сила Ампера, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, определяется выражением

.

Правильный ответ: 0,3 Н

Решение

12

Примеры:

S

I

B

I

S

N

B

S

N

N

B

N

I

— к нам

Без подсказки

— от нас

Примените правило левой руки к рис. №№ 1,2,3,4.

Рис№3

Рис№2

Рис№4

Рис№1

Где расположен N полюс на рис. 5,6,7?

Рис№7

Рис№5

Рис№6

Интернет-ресурсы

http://fizmat.by/kursy/magnetizm/sila_Ampera

http://www.physbook.ru/index.php/SA._%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D0%B0_%D0%90%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0

http://class-fizika.narod.ru/10_15.htm

http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph26/theory.html#.VNoh5iz4uFg

http://www.eduspb.com/node/1775

http://www.ispring.ru

Автор работы Тертычная С.А.

Сила Ампера. Правило левой руки | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Магнитное поле действует на проводник с током. Силу, которая возникает при этом, называют силой Ампера.

Сила Ампера действует на про­водник с током в магнитном поле.

Исследуем, от чего зависит модуль и направление данной силы. С этой целью используем установку, в которой прямо­линейный проводник подвешен на тонких проволочках в магнитном поле постоянного магнита (рис. 6.16). Гибкие проволочки, присоединенные к концам проводника, по­зволяют включать его в электрическую цепь, сила тока в которой регулируется с помощью реостата и измеряется ампермет­ром.

Легкая, но жесткая тяга соединяет про­водник с чувствительным измерителем силы.

Замкнув электрическую цепь, в которую входит исследуемый проводник, увидим, что он отклонится от положения равно­весия, а измеритель покажет определенное значение силы. Увеличим силу тока в про­воднике в 2 раза и увидим, что сила, дейст­вующая на проводник, также увеличится в 2 раза. Любые другие изменения силы тока в проводнике вызовут соответствующие изме­нения силы, которая действует на провод­ник. Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод, что сила F, дейст­вующая в магнитном поле на проводник с током, пропорциональна силе тока I в нем:

F ~ I.

Сила Ампера пропорциональна силе тока в проводнике.

Рис. 6.16. Установка для измерения силы Ампера, действую­щей на прямой проводник с током в магнитном поле

Расположим еще один магнит рядом с первым. Длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, уве­личится приблизительно в 2 раза. Значение силы, действующей на проводник, также увеличится приблизительно в два раза. Та­ким образом, сила F, действующая на про­водник с током в магнитном поле, про­порциональна длине части проводника Δl, которая находится в магнитном поле:

F ~ Δl.

Сила Ампера пропорциональна длине активной части провод­ника.

Сила увеличится также тогда, когда при­меним другой, более «сильный» магнит с большей магнитной индукцией. Это позво­ляет сделать вывод о зависимости силы

F от магнитной индукции поля B:

F ~ B. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 6.17. С помощью левой руки можно определить направление силы Ампера

Максимальной сила будет тогда, когда между магнитной индукцией и проводни­ком угол α = 90°. Если же этот угол равен нулю, то есть магнитная индукция будет па­раллельной проводнику, то сила будет равна нулю. Отсюда нетрудно сделать вывод о за­висимости силы Ампера от угла между маг­нитной индукцией и проводником.

Окончательно формула для расчета силы Ампера будет иметь вид

FА = BIΔl • sin

α.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (рис. 6.17).

Правило левой руки. Если левую руку разместить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца показывали направление тока, то отставленный большой палец пока­жет направление силы, действующей на про­водник с током в магнитном поле.

На этой странице материал по темам:
  • Задачи по правилу левой руки для силы ампера

  • Правило левой руки для силы ампера примеры

  • Сила ампера формула и правило

  • Как определить силу ампера по правилу левой руки

  • Реакция разложения перманганата калия уравнение

Вопросы по этому материалу:
  • Какое явление описывает сила Ампера?

  • Какой может быть установка для исследования силы Ампера?

  • От каких величин зависит сила Ампера?

  • Как определяется направление силы Ампера?

Правило левой руки — это… Что такое Правило левой руки?

Правило левой руки

Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода.

Пра́вило бура́вчика

(также, правило правой руки) — мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость вращения тела, а также вектора магнитной индукции B или для определения направления индукционного тока.

Правило правой руки

Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) с правой нарезкой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции».

Определение направления магнитного поля вокруг проводника

Правило правой руки: «Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции».

Для соленоида оно формулируется так: «Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида».

Правило левой руки

Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: «Если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.»

Wikimedia Foundation. 2010.

Полезное


Смотреть что такое «Правило левой руки» в других словарях:

  • ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ — ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ, см. ПРАВИЛА ФЛЕМИНГА …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • правило левой руки — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN Fleming s ruleleft hand ruleMaxwell s rule …   Справочник технического переводчика

  • правило левой руки — kairės rankos taisyklė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Fleming’s rule; left hand rule vok. Linke Hand Regel, f rus. правило левой руки, n; правило Флеминга, n pranc. règle de la main gauche, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Правило правой руки — Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода. Правило буравчика (также, правило правой руки)  мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость …   Википедия

  • Левой руки правило — Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода. Правило буравчика (также, правило правой руки)  мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость …   Википедия

  • Правило левой ноги — Жарг. шк. Шутл. 1. Правило левой руки. 2. Любое невыученное правило. (Запись 2003 г.) …   Большой словарь русских поговорок

  • ЛЕВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вытянутые пальцы были направлены по току, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛЕВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — для определения направления механич. силы, к рая действует на находящийся в магн. поле проводник с током: если расположить левую ладонь так, чтобы вытянутые пальцы совпадали с направлением тока, а силовые линии магн. поля входили в ладонь, то… …   Физическая энциклопедия

  • левой руки правило — определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вытянутые пальцы были направлены по току, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то… …   Энциклопедический словарь

  • ЛЕВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — определяет направление силы, к рая действует на находящийся в магн. поле проводник с током. Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вытянутые пальцы были направлены по току, а силовые линии магн. поля входили в ладонь, то отставленный… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

39 — сила Ампера • 31415.ru

Сила Ампера - сила воздействия магнитного поля на проводник с током.

I — ток в проводнике, А (Ампер)
B — индукция магнитного поля, Тл (Тесла)
L — длина проводника, м (метр)
На провод с током со стороны магнита действует сила 1 Ньютон, если по проводу протекает ток 1 Ампер, длина провода 1 метр и магнитная индукция магнита 1 Тесла.

Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током — это одно из самых удивительных явлений в физике. Первым открыл это явление датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году. Проводя эксперименты с электричеством, он заметил что стрелка компаса реагирует на протекание тока по проводнику.

Электромагнит — является примером использования силы Ампера. Сила электромагнита прямо пропорциональна длине проводника L и силе тока I, протекающего через проводник.

Сила Ампера направлена перпендикулярна току и линиям магнитной индукции B. Для определения направления силы Ампера, используют правило левой руки.

Правило левой руки гласит: «Если линии магнитной индукции входят в ладонь, а четыре пальца направлены вдоль тока, то большой палец покажет направление силы Ампера».

Для использования этого правила нужно запомнить, что линии магнитной индукции (обозначаются буквой B) направлены от северного полюса к южному, то есть СТРОГО НА ЮГ. Это легко запомнить, потому что «Строго на юг» — так называется известный детективный сериал о приключениях канадского полицейского с волком.

Электрический ток принято считать направленным от плюса к минусу. При использовании правила левой руки нужно использовать именно такое направление тока.

Сила Ампера определяется только перпендикулярной составляющей магнитной индукции к току. Если линии индукции магнитного поля B направлены к току I под углом больше или меньше 90 градусов, то в формуле для силы Ампера, нужно вычислять проекцию вектора индукции B на перпендикуляр к проводнику.

Лекция о магнитном поле.

 

Эксперимент с проводником в магнитном поле

 

Эксперимент с рамкой в магнитном поле

 

Задача 39.
На проводник с током, расположенный в однородном магнитном поле под углом 300 к магнитным линиям, действует сила 10 Н. Какая сила будет действовать на проводник, если в три раза увеличить угол между проводником и магнитными линиями.
Показать ответОтвет: F=20 Н
 

 

 

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
     

«Сила Ампера и сила Лоренца»

1. Организационный момент. Приветствие. Проверка готовности обучающихся к работе.

2. Этап подготовки обучающихся к активному и сознательному усвоению знаний (целепологание и мотивация) В ходе беседы помогает сформулировать тему и цель занятия. Помогает сформулировать план занятия.

3. Актуализация знаний:

1. Чем порождается магнитное поле?

2.Что понимают под силовыми линиями магнитного поля?

3.Каким образом можно определить направление силовых линий магнитного поля?

4.Какая сила называется силой Ампера? Запишите на доске формулу для расчёта Силы Ампера.

6.Запишите на доске формулу для расчёта Силы Лоренца

7. Как находят направление силы Лоренца?

4. Формирование умений.

1.В магнитном поле с индукцией 5 Тл движется электрон со скоростью 104 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?

2.Определите по правилу левой руки направление силы Ампера.

Хочу обратить ваше внимание на то, что любое физическое явление и открытие имеют широкое применение в повседневной жизни.

Именно Амперу пришла идея о том, что комбинацией проводников и магнитных стрелок можно создать устройство, которое предаёт информацию на расстояние. Однако широкое распространение электромагнитный телеграф приобрёл после того, как Самюэль Морзе создал более удобный аппарат и, главное, разработал двоичную азбуку, состоящую из точек и тире, которая так и называется «Азбука Морзе»

До 34-х лет Сэмюэль Морзе был крайне далек от техники. Он увлекался живописью.

Натолкнуло Морзе на мысль создать быстрый способ передачи информации печальное событие. Он не успел застать в живых больную жену. Это событие так потрясло Морзе, что он решил создать такую систему, с помощью которой можно было передавать сообщения на дальние расстояния. Однако на это ушло больше десяти лет.

Однажды на корабле он увидел фокусы. Провод под напряжением подносили к компасу, и его стрелка начинала крутиться. Художник тут же нарисовал схему будущего телеграфа.Реализовать свою идею ему помог промышленник Стив Вейл и сын Вейла Альфред . Вейл он дал на разработки и опыты деньги и помещение. Помощником у Морзе стал сын Вейла. И в результате упорного в 1844 году был послан первый сигнал длиной 1700 футов, текст которого был таким: «Дивны дела твои, Господи!».

Сейчас работаем в группах. Вы радисты. У каждой группы своя азбука. С ее помощью вы должны прочитать фразу. Для этого надо решить задачи.( 5 баллов за работу)

Зашифрованная фраза:

Без связи не продержится пехота

И танки в бой без связи не пойдут

Такая брат у нас с тобой работа

Не зря нас нервом армии зовут

Пускай врагу коварно не иметься

Но знает даже самый злейший враг

Пока в груди связиста сердце бьется

Греметь на магистрали будет связь

Действительно, песня эта была особо популярна у бойцов и офицеров. 

Азбука Морзе наибольшее применение нашла в военных структурах.

Хочу заметить, что связист в армии – профессия невероятно ответственная, и столь же опасная.

Управление войсками без надежных средств связи просто немыслимо — подразделения нельзя оперативно собрать в ударный кулак или эффективно руководить ими на поле боя. Пехота, артиллерия и гвардейские минометчики в основном использовали проводные телефоны, а танковые войска, авиация и ВМФ активно осваивали радиосвязь.

Радиосвязь и полевая телефонная связь во время Второй мировой войны привнесли много нового в тактику управления войсками. Тактика глубоких прорывов, наступления крупных механизированные соединений, выброса воздушных десантов в тыл противника — все эти мероприятия требовали обеспечения войск надежной связью с командованием.

«Спасибо за подвиг» — говорим мы ветеранам Великой Отечественной войны, труженикам тыла и всем тем, кто погиб, защищая нашу Родину.

И мы должны быть достойны наших предков. Должны хорошо учиться и делать новые открытия

Самостоятельная работа :

Для того чтобы делать открытия надо иметь хорошие знания, закрепим их тестом который у вас на столе.

Ответе на вопросы теста.

Тест по теме: «Сила Ампера. Сила Лоренца».

1. На рис. показан проводник с током, помещённый между полюсами магнита. Укажите направление силы Ампера

А) Г) У)

2. Заряженная частица движется в магнитном поле, направление которого указано точками, если линии магнитной индукции направлены к читателю, или крестиками, если они направлены за чертёж. Определить направление силы Лоренца.

р) к) л)

3. Как изменить магнитное поле катушки с током, имея в своем распоряжении железный стержень, диаметр которого чуть меньше диаметра ее отверстия? Как оно изменится при этом?

С) Положить стержень рядом с катушкой; усилится
Х) Вставить стержень в катушку; ослабнет
А) Вставить стержень в катушку; усилится

Тест по теме: «Сила Ампера. Сила Лоренца».

1.На рис. показан проводник с током, помещённый между полюсами магнита, и указано направление силы Ампера. Укажите полюсы магнита.

К) У) С)

3. Заряженная частица движется в магнитном поле, направление которого указано точками, если линии магнитной индукции направлены к читателю, или крестиками, если они направлены за чертёж. Определить направление силы Лоренца.

В)

А) Р)

8. Как взаимодействуют одноименные полюсы магнитов?

А) Отталкиваются друг от друга
Р) Притягиваются друг к другу
В) Они не взаимодействуют

Кто получил слово «УРА» в листе самооценки ставит 3 балла, соответственно сколько букв на нужном месте столько баллов.

5. Подведение итогов урока. Анализ результатов. Рефлексия учащихся.

Просуммируйте баллы и переведите в оценку. Поставьте в дневник.

Оцените каждый вид деятельности. Кто желает озвучить, что у него получилось.

1.Лист самооценки знаний ученика .———————————————

Оценка за урок:

Больше 10-9 б — 5

6-8 б — 4

5-3 б — 3

Меньше 3 б — 2

Оцениваемые виды деятельности

Система оценивания: оценить каждый вид деятельности

«2» — согласен,

«1» — не совсем так,

«0» -не согласен

Активно участвую в обсуждении вопросов и задач.

Ясно и кратко формулирую свою позицию.

Решаю задачи быстро и правильно.

Могу объяснить решение задачи и помочь одноклассникам.

Знаю все формулы и единицы измерения.

Могу работать самостоятельно и в группе.

Могу правильно оценить свою работу и работу одноклассников.

Участвую в подведении итогов урока.

Расшифровка:

0-4  Минимальный, или не вносил вклад;

5-8 Среднее число;

9-12   Выше среднего числа;

13-16  Выдающийся.

6. Этап информации обучающегося о домашнем задании.

Ваше домашнее задание: решить к следующему занятию

1уровень упр33 (3-5) стр.157

2 уровень задание огэ по теме (для тех кто сдает огэ)

Дополнительное задание: Написать азбукой Морзе:«Дивны дела твои, Господи!».

Формула силы Ампера

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила Ампера – сила, действующая на проводник тока, находящийся в магнитном поле и равная произведению силы тока в проводнике, модуля вектора индукции магнитного поля, длины проводника и синуса угла между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

   

Здесь – сила Ампера, – сила тока в проводнике, – модуль вектора индукции магнитного поля, – длина участка проводника, на который воздействует магнитное поле, – угол между вектором индукции магнитного поля и направления тока.

Единица измерения силы – Н (ньютон).

Сила Ампера — векторная величина. Сила Ампера принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления тока перпендикулярны ().

Направление силы ампера определяют по правилу левой руки:

Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Ампера.

Исторически электрическим током принято считать движение положительного заряда, то есть направление сила тока – от плюса к минусу.

Примеры решения задач по теме «Сила Ампера»

ПРИМЕР 1
Задание Найти силу Ампера, действующую на прямой проводник длиной 3 м, по которому проходит ток силой 7 А. Вектор магнитной индукции составляет угол с проводником, его абсолютное значение – 2 Тл.
Решение Электрический ток течёт по проводнику, значит направлен он также, как расположен проводник. Следовательно, угол между вектором магнитной индукции и проводником равен углу между ним и вектором движения тока. Остаётся только подставить значения в формулу:

   

Ответ Сила ампера равна 21 ньютон.
ПРИМЕР 2
Задание На рисунке изображены два параллельно расположенных проводника, указаны направления сил тока и вектора магнитной индукции. В ответе указать, каким образом будет действовать на них сила Ампера (сближать проводники, отталкивать или действовать как-то иначе). Как изменится ситуация, если направить вектор магнитной индукции параллельно проводникам?
Решение Определим направление силы Ампера по правилу левой руки. Очевидно, если расположить левую руку так, чтобы вектор входил в ладонь, а пальцы направить по линии движения тока в первом случае (вертикально вверх), то отогнутый большой палец будет направлен от наблюдателя. Также будет направлена и сила Ампера. Во втором проводнике ток направлен вертикально вниз, а сила Ампера – на наблюдателя. Оказалось, что под действием силы Ампера первый проводник отталкивается от наблюдателя, а второй притягивается к нему.

Пусть вектор сонаправлен движению тока в первом проводнике, тогда

  и  

При вычислении силы Ампера нас интересуют не сами углы, а их синусы:

  и  

Сила Ампера в обоих проводниках равна нулю.

Ответ Если вектор магнитной индукции направлен так, как показано на рисунке, то сила Ампера в первом проводнике будут направлена на наблюдателя, во втором – от него. Если вектор магнитной индукции направить параллельно проводникам, то сила Ампера возникать не будет.
Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Магнитные поля, создаваемые токами: Закон Ампера

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Рассчитайте ток, создающий магнитное поле.
  • Используйте правило правой руки 2, чтобы определить направление тока или направление контуров магнитного поля.

Какой ток необходим для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают показаниям их компаса.Действительно, когда в 1820 году Эрстед обнаружил, что ток в проводе влияет на стрелку компаса, он не имел дело с чрезвычайно большими токами. Как форма проводов, по которым течет ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Ранее мы отмечали, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода или тороида (бублика)? Как направление создаваемого током поля связано с направлением тока? Ответы на эти вопросы исследуются в этом разделе вместе с кратким обсуждением закона, управляющего полями, создаваемыми токами.

Магнитное поле, создаваемое длинным прямым проводом с током: правило правой руки 2

Магнитные поля имеют как направление, так и величину. Как отмечалось ранее, одним из способов определения направления магнитного поля является использование компаса, как показано для длинного прямого провода с током на рисунке 1. Датчики Холла могут определять величину поля. Обнаружено, что поле вокруг длинного прямого провода представляет собой кольцевые петли. Из этого исследования вытекает правило правой руки 2 (RHR-2), которое справедливо для любого сегмента тока: направьте большой палец в направлении тока, а пальцы согните в направлении петель магнитного поля , созданных Это.

Рис. 1. (а) Компас, помещенный рядом с длинным прямым проводом с током, показывает, что силовые линии образуют круглые петли с центром на проводе. (b) Правило правой руки 2 гласит, что если большой палец правой руки указывает в направлении течения, остальные пальцы сгибаются в направлении поля. Это правило согласуется с полем, отображаемым для длинного прямого провода, и справедливо для любого текущего сегмента.

Напряженность (величина) магнитного поля , создаваемая длинным прямым проводом с током , экспериментально определена как

[латекс] B=\frac{{\mu}_{0}I}{2\pi r}\left(\text{длинная прямая проволока}\right)\\[/latex],

, где I — ток, r — кратчайшее расстояние до провода, а постоянная [латекс]{\mu }_{0}=4\pi \times 10^{-7}\text{T }\cdot\text{ m/A}\\[/latex] – проницаемость свободного пространства .( μ 0 — одна из основных констант в природе. Позже мы увидим, что μ 0 связано со скоростью света.) Поскольку проволока очень длинная, величина поля зависит только по расстоянию от провода r , а не по положению вдоль провода.

Пример 1. Расчет тока, создающего магнитное поле

Найдите ток в длинном прямом проводе, создающий магнитное поле в два раза сильнее земного на расстоянии 5.0 см от провода.

Стратегия

Поле Земли составляет примерно 5,0 × 10 −5 Тл, поэтому здесь B за счет проволоки принимается равной 1,0 × 10 −4 Тл. Уравнение [латекс]B=\frac{\mu_ {0}I}{2\pi r}\\[/latex] можно использовать для нахождения I , поскольку все остальные количества известны.

Раствор

Решение для I и ввод известных значений дает

[латекс]\begin{array}{lll}I& =& \frac{2\pi rB}{\mu _{0}}=\frac{2\pi\left(5.{-7}\text{ T}\cdot\text{m/A}}\\ & =& 25\text{ A}\end{массив}\\[/latex]

Обсуждение

Таким образом, умеренно большой ток создает значительное магнитное поле на расстоянии 5,0 см от длинного прямого провода. Обратите внимание, что ответ указан только с двумя цифрами, поскольку в этом примере поле Земли указано только с двумя цифрами.

Закон Ампера и др.

Магнитное поле длинного прямого провода имеет больше значений, чем вы можете предположить на первый взгляд. Каждый отрезок тока создает магнитное поле, подобное магнитному полю длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком. Формальная формулировка направления и величины поля, обусловленного каждым сегментом, называется законом Био-Савара . Интегральное исчисление необходимо для суммирования поля для тока произвольной формы. Это приводит к более полному закону, называемому законом Ампера , который связывает магнитное поле и ток в общем виде.Закон Ампера, в свою очередь, является частью уравнений Максвелла , которые дают полную теорию всех электромагнитных явлений. Рассмотрение того, как уравнения Максвелла кажутся разным наблюдателям, привело к современной теории относительности и осознанию того, что электрические и магнитные поля — это разные проявления одного и того же явления. Большая часть этого выходит за рамки этого текста как на математическом уровне, требующем исчисления, так и на том количестве места, которое может быть уделено этому. Но для заинтересованных студентов, и особенно для тех, кто продолжает заниматься физикой, инженерией или подобными занятиями, дальнейшее углубление в эти вопросы откроет описания природы, которые будут элегантными и глубокими.В этом тексте мы будем помнить об общих особенностях, таких как RHR-2 и правилах для линий магнитного поля, перечисленных в разделе «Магнитные поля и линии магнитного поля», концентрируясь на полях, создаваемых в определенных важных ситуациях.

Установление связей: относительность

Слушая все, что мы делаем об Эйнштейне, у нас иногда создается впечатление, что он из ничего изобрел теорию относительности. Напротив, одним из мотивов Эйнштейна было решить трудности, связанные с пониманием того, как разные наблюдатели видят магнитные и электрические поля.

Магнитное поле, создаваемое круговым контуром с током

Магнитное поле вблизи проволочной петли с током показано на рисунке 2. Как направление, так и величина магнитного поля, создаваемого петлей с током, являются сложными. RHR-2 можно использовать для определения направления поля вблизи контура, но для получения более подробной информации необходимо картографирование с помощью компаса и правил относительно силовых линий, приведенных в разделе «Магнитные поля и линии магнитного поля».Существует простая формула для напряженности магнитного поля в центре круговой петли . это

[латекс] B=\frac{\mu_{0}I}{2R}\left(\text{в центре петли}\right)\\[/latex],

, где R — радиус петли. Это уравнение очень похоже на уравнение для прямого провода, но оно действительно только в центре круглой петли из проволоки. Сходство уравнений указывает на то, что аналогичная напряженность поля может быть получена в центре контура.Один из способов получить большее поле — иметь N петель; тогда поле равно B = 0 I /(2 R ). Обратите внимание, что чем больше петля, тем меньше поле в ее центре, поскольку ток проходит дальше.

Рис. 2. (a) RHR-2 показывает направление магнитного поля внутри и снаружи контура с током. (b) Более детальное картографирование с помощью компаса или зонда Холла дополняет картину. Поле похоже на поле стержневого магнита.

Магнитное поле, создаваемое токоведущим соленоидом

Соленоид представляет собой длинную катушку провода (с множеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть очень однородным, а также очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рис. 3 показано, как выглядит поле и как его направление задается RHR-2.

Рис. 3. (a) Из-за своей формы поле внутри соленоида длиной l удивительно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно расположенные силовые линии.Поле вне катушек почти равно нулю. (b) На этом разрезе показано магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.

Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Лишь ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет ту же сложность, что и плоские петли и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида равна просто

.

[латекс] B={\mu}_{0}nI\left(\text{внутри соленоида}\right)\\[/latex],

, где n — количество витков на единицу длины соленоида ( n = N / l , где N — количество витков, а l — длина).Обратите внимание, что B — это напряженность поля в любом месте однородной внутренней области, а не только в центре. Как следует из примера 2, с помощью соленоидов возможны большие однородные поля, распределенные по большому объему.

Пример 2. Расчет напряженности поля внутри соленоида

Каково поле внутри соленоида длиной 2,00 м, имеющего 2000 витков и пропускающего ток силой 1600 А?

Стратегия

Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем [латекс]B={\mu }_{0}nI\\[/латекс].{-1}\right)\left(1600\text{ A}\right)\\ & =& 2.01\text{ T}\end{массив}\\[/latex]

Обсуждение

Это большая напряженность поля, которая может быть установлена ​​на соленоиде большого диаметра, например, при медицинском использовании магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы получить нелегко. Такой большой ток через 1000 витков, втиснутых в длину метра, произвел бы значительный нагрев.Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, поскольку сверхпроводящее состояние нарушается очень большими магнитными полями.

Есть интересные варианты плоской катушки и соленоида. Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, согнутый в окружность. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя линиям поля, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез.Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов увеличивает напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля. Ферромагнитные материалы имеют тенденцию улавливать магнитные поля (силовые линии изгибаются в ферромагнитном материале, оставляя за его пределами более слабые поля) и используются в качестве экранов для устройств, на которые неблагоприятно воздействуют магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли.{-7}\text{ T }\cdot\text{ m/A}\\[/latex] – проницаемость свободного пространства.

  • Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): Направьте большой палец правой руки в направлении тока, а пальцы согните в направлении магнитного поля. петли поля , созданные им.
  • Магнитное поле, создаваемое током, следующим по любому пути, является суммой (или интегралом) полей, создаваемых сегментами вдоль пути (величина и направление, как для прямого провода), что приводит к общей зависимости между током и полем, известной как закон Ампера. .
  • Напряженность магнитного поля в центре круглой петли определяется выражением

    [латекс] B=\frac{\mu_{0}I}{2R}\left(\text{в центре петли}\right)\\[/latex]

    , где R — радиус петли. Это уравнение принимает вид B =   μ 0 nI /(2 R ) для плоской катушки из N петель. РХР-2 дает направление поля вокруг петли. Длинная катушка называется соленоидом.

  • Напряженность магнитного поля внутри соленоида

    [латекс] B={\mu}_{0}\text{nI}\left(\text{внутри соленоида}\right)\\[/latex]

    , где n — количество витков на единицу длины соленоида.Поле внутри очень однородно по величине и направлению.

  •  

    Концептуальные вопросы

    1. Сделайте чертеж и используйте RHR-2, чтобы найти направление магнитного поля токовой петли в двигателе (например, на рис. 1 из Torque on a Current Loop). Затем покажите, что направление крутящего момента на петле такое же, как при отталкивании одноименных полюсов и притяжении разноименных полюсов.

    Глоссарий

    правило правой руки 2 (RHR-2):
    правило для определения направления магнитного поля, индуцируемого проводом с током: большой палец правой руки указать в направлении тока, а пальцы согнуть в направлении петель магнитного поля
    напряженность магнитного поля (величина), создаваемая длинным прямым проводом с током:
    определяется как [latex]B=\frac{\mu_{0}I}{2\pi r}\\[/latex], где  – ток,  – кратчайшее расстояние до провода, μ 0 — проницаемость свободного пространства
    проницаемость свободного пространства:
    мера способности материала, в данном случае свободного пространства, поддерживать магнитное поле; константа [латекс]\mu_{0}=4\pi \times 10^{-7}T\cdot \text{m/A}\\[/latex]
    напряженность магнитного поля в центре круглой петли:
    определяется как [латекс]B=\frac{{\mu }_{0}I}{2R}\\[/latex], где R   – радиус петли
    .
    соленоид:
    тонкая проволока, намотанная в катушку, которая создает магнитное поле при пропускании через нее электрического тока
    напряженность магнитного поля внутри соленоида:
    определяется как [латекс]B={\mu }_{0}\text{nI}\\[/latex], где n  – количество петель на единицу длины соленоида  n = N/l , где N количество петель и l длина)
    Закон Био-Савара:
    физический закон, описывающий магнитное поле, создаваемое электрическим током, с помощью специального уравнения
    Закон Ампера:
    физический закон, утверждающий, что магнитное поле вокруг электрического тока пропорционально току; каждый отрезок тока создает магнитное поле, подобное магнитному полю длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком 90 260
    Уравнения Максвелла:
    набор из четырех уравнений, описывающих электромагнитные явления
    Описание синхронных генераторов переменного тока серии

    — saVRee

    Введение

    Синхронные генераторы переменного тока (AC) являются преобладающим типом генераторов, используемых для производства электроэнергии в энергетике.Свыше 95% всей потребляемой сегодня электроэнергии производится от трехфазных (3~) электрогенераторов переменного тока. Принцип работы всех генераторов переменного тока основан на законе электромагнитной индукции Фарадея .

    Дизельный двигатель, подключенный к генератору переменного тока

    Закон Фарадея

    Два физических закона определяют, как работает почти вся электротехническая промышленность.

    1. Закон Фарадея изменяющееся магнитное поле будет индуцировать напряжение в любом проводнике в пределах этого поля.
    2. Закон Ампера электрический ток , протекающий по проводнику , создает магнитное поле вокруг этого проводника .

    Закон Ампера — магнитные поля, создаваемые вокруг проводников из-за протекания тока

    Обычный и истинный поток тока (скважинный поток)

    Когда ток (измеряемый в Амперах ) протекает через проводник , вокруг этого проводника создается магнитное поле .Направление магнитного поля зависит от направления протекания тока .

    Правило правой руки

    Правило правой руки показывает направление магнитного поля на основе условного тока ( от положительного к отрицательному ). Правило правой руки называется так, потому что, если рука держит проводник, большой палец укажет направление тока , в то время как пальцы , обернутые вокруг проводника, укажут направление магнитного поля .

    Правило правой руки

    Правило левой руки

    Правило левой руки показывает направление магнитного поля на основе истинного тока (от отрицательного к положительному ). Большинство электрических машиностроительных отраслей используют обычный поток тока , в то время как электронные отрасли предпочитают истинный ток (также известный как « поток отверстий »). Для большинства приложений направление тока не имеет значения, поэтому историческая ошибка, сделанная при предположении, что ток течет от положительного к отрицательному, так и не была исправлена.

    Важно! В большинстве публикаций используется ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ. Предположим, что обычный ток течет, если не указано иное.

     

    Правило левой руки

    Правило левой руки Флеминга

    Полезно знать еще одно правило левой руки, которое используется гораздо чаще, чем ранее упомянутое правило левой руки; это правило левой руки называется « правилом левой руки Флеминга ».

    Правило левой руки Флеминга используется для определения силы , действующей на проводник под напряжением (электрически заряженный), когда он находится в магнитном поле.Правило левой руки Флеминга часто используется для определения направления вращения электродвигателей .

    Правило левой руки Флеминга

    Закон Фарадея

    Закон Фарадея теперь будет обсуждаться более подробно, поскольку он напрямую связан с тем, как вырабатывается электричество ( Закон Ампера будет обсуждаться позже).

    Закон Фарадея гласит, что если проводник движется через магнитное поле, напряжение ( разность электрических потенциалов ) будет индуцировано в этом проводнике.Точно так же напряжение будет индуцироваться в неподвижном проводнике, если он находится в изменяющемся магнитном поле. Напряжение не индуцируется, если магнитное поле статично (не изменяется).

    Магнит с линиями магнитного поля

    Обратите внимание, что закон Фарадея также упоминается как « Закон электромагнитной индукции Фарадея ». Термины « магнитная индукция » и « электромагнитная индукция » имеют одинаковое значение и используются взаимозаменяемо.

    Магнитные поля

    Магнитные поля представлены в виде ряда линий, идущих от одного конца магнита к другому.

    • Более сильные магнитные поля представлены плотно упакованными силовыми линиями магнитного поля.
    • Более слабые магнитные поля расположены на большем расстоянии друг от друга .

    Напряженность поля магнита пропорциональна расстоянию от магнита i.е. напряженность поля сильнее ближе всего к магниту и становится слабее по мере увеличения расстояния от магнита.

    Проводники

    Проводник — это любое вещество, которое позволяет течь току (позволяет течь электронам). Некоторые проводники имеют лучшую проводимость (способность проводить ток), чем другие. В электротехнике медь и алюминий являются популярными проводниками, потому что они имеют высокую проводимость .

    Медная проводка (медные жилы)

    Как работают генераторы переменного тока

    Закон Фарадея гласит, что напряжение индуцируется в любом проводнике , помещенном в изменяющееся магнитное поле; этот процесс индукции известен как « электромагнитная индукция ». Следовательно, чтобы генерировать напряжение переменного тока (AC), мы должны:

    1. Постоянно перемещайте проводник через стационарное магнитное поле.
    2. Постоянно перемещайте магнитное поле по неподвижному проводнику.

    Крупномасштабные электростанции производят электроэнергию, используя опцию «постоянно перемещать магнитное поле по неподвижному проводнику». Электростанции не являются простыми конструкциями, но основные принципы выработки электроэнергии более чем 95% электростанций показаны ниже.

    Проводник, движущийся через стационарное магнитное поле

    Обратите внимание, что на изображении выше показан вращающийся проводник, но на электростанциях есть неподвижные проводники и вращающиеся магниты (обратная сторона схемы, показанной на изображении).

    Для выработки энергии необходим магнит и средства непрерывного перемещения этого магнита, чтобы магнитное поле постоянно менялось. Можно перемещать магнит вперед и назад линейно (по прямой линии), но это было бы немного непрактично и неэффективно. Самый экономичный способ поддерживать постоянное движение линий магнитного поля — это вращение/вращение магнита. Этого можно легко добиться, прикрепив магнит к машине, производящей вращательное движение .Например, прикрепив выходной вал к нижеуказанным машинам, а затем подключив магнит к выходному валу, мы можем передать вращательное движение машины ( механическая мощность ) на магнит:

    В реальном мире вышеуказанные машины называются « первичными двигателями », потому что они передают механическую энергию, необходимую генератору для производства электроэнергии. Важно понимать, что «генераторы» не «генерируют» электрическую энергию. Возможна только передача энергии из одной формы в другую.

    Энергия не может быть уничтожена или создана/генерирована ( Первый закон термодинамики )

    Первичные двигатели передают механическую энергию на генераторы через вал и/или редуктор . Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую энергию .

    Пример базовой выработки электроэнергии

    Приведенное ниже видео является выдержкой из нашего онлайн-видеокурса «Механическая и электротехническая инженерия».

    Чтобы имитировать первичный двигатель , мы можем физически прикрепить магнит к выходному валу водяного колеса ( гидротурбина ). Вода проходит над водяным колесом, что заставляет его вращаться и, следовательно, вращается магнит. Если подача воды непрерывна, водяное колесо вращается непрерывно, как и магнит. Теперь, когда найдены средства для непрерывного изменения магнитного поля, необходимо поместить проводник в изменяющееся магнитное поле, чтобы можно было индуцировать напряжение.

    Базовая установка для производства электроэнергии переменного тока

    Помещение одного проводника в магнитное поле не вызовет большого напряжения внутри этого проводника, но если проводник свернут в форме катушки , можно индуцировать гораздо большее напряжение. Чтобы сделать индукцию напряжения еще более эффективной, проводник можно установить как можно ближе к магниту. Кроме того, добавление на дополнительных петель к катушке вызовет на больше напряжения , в то время как удаление петель из катушки вызовет на меньшее напряжение .

    Когда магнит вращается и проводник находится в магнитном поле, в проводнике возникает напряжение. Если проводник подсоединить к замкнутой электрической цепи , будет течь переменный ток . Электроэнергия теперь может быть доставлена/отправлена ​​потребителям для использования!

    Пример базового производства электроэнергии переменного тока

    Ротор генератора

    Промышленные генераторы используют более сложные компоненты, чем простые магниты и катушки, но принцип работы генераторов энергии остается прежним.Вращающийся магнит генератора называется «ротор », а катушка — «статор ». Статор может действовать как магнит, а ротор — как катушка, но эта схема сейчас не будет обсуждаться.

    Ротор обычно состоит из серии магнитов , установленных на многослойном сердечнике из тонких стальных пластин ; тонкие стальные многослойные пластины обозначаются как «слоистые пластины ».Пластины влияют на форму магнитного поля , потому что сталь содержит железо , которое является магнитным (способным действовать как магнит или притягиваться магнитом ). Кроме того, пластины фокусируют магнитное поле так, что с проводником пересекается как можно больше магнитных линий. Фокусировка магнитного поля повышает КПД генератора, поскольку напряжение, индуцированное в проводнике, увеличивается по мере увеличения числа силовых линий магнитного поля, пересекающих проводник.

    В реальных приложениях базовый пример «магнит, вращающийся рядом с катушкой», описанный ранее, не позволит нам удовлетворить потребности нашей цивилизации в электроэнергии. Постоянные магниты непрактичны для работы с (трудно транспортировать, представляют опасность и т. д.) и дороги . Требуется альтернативная форма магнита, этому требованию удовлетворяют электромагниты .

    Совет: Постоянный магнит — это магнит, у которого северный и южный полюса фиксированы и не меняются.Постоянные магниты также известны как «ферромагнетики ».

    Постоянные магниты

    Что такое закон Ампера?

    Прежде чем обсуждать электромагниты, необходимо понять закон Ампера .

    Закон Ампера гласит , что электрический ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле вокруг этого проводника. Сила создаваемого магнитного поля пропорциональна количеству протекающего тока.Постоянный ток протекает в в одном направлении , и результирующее магнитное поле размером и полярностью является постоянным. Переменный ток течет в двух направлениях и результаты:

    1. Размер магнитного поля увеличивается и уменьшается .
    2. Сила магнитного поля увеличивается и уменьшается .
    3. Полярность магнитного поля меняется на противоположную (с севера на юг, затем с юга на север) .

    Вышеуказанные результаты происходят в синхронизации с изменением направления электрического тока. Синусоида используется для обозначения силы магнитного поля во времени и его полярности (север положительный, юг отрицательный).

    Изменение синусоиды во времени

    Что такое полярность? Постоянные магниты

    имеют полюса North и South .Если южный и северный полюса магнита меняются местами (так что север становится югом, а юг становится севером), говорят, что полярность «обратная».

    Электромагниты

    Как упоминалось ранее, Закон Ампера гласит, что «электрический ток, протекающий в проводнике, создает магнитное поле вокруг этого проводника».

    Если в проводнике течет постоянный ток (DC), магнитное поле будет постоянным.

    Если в проводнике протекает переменный ток (AC), магнитное поле будет меняться (расширяться и сжиматься).

    Сила магнитного поля, окружающего проводник, пропорциональна величине тока, протекающего через проводник .

    Можно создать сфокусированное магнитное поле, свернув проводник в форме катушки . Если ток течет через катушку, на каждом конце катушки будет эффективно создан северный и южный полюс .

    Магнитное поле, создаваемое током, протекающим через катушку

    Электромагнит создается, когда ток течет через катушку, в результате чего образуются северный и южный магнитные полюса. Обратите внимание, что положение Севера и Юга может быть изменено на противоположное путем изменения направления текущего потока . Постоянный ток создал бы фиксированный Северный и Южный полюса, потому что ток течет в только в одном направлении .Переменный ток создал бы различных северных и южных полюсов, потому что ток течет в двух направлениях (туда и обратно).

    Если на роторе генератора установлены катушки, то можно подавать на эти катушки электрический ток для создания электромагнита. Установка нескольких катушек на ротор позволяет создать несколько северных и южных магнитных полюсов. Создание магнитного поля генератора с помощью электромагнитов имеет несколько существенных преимуществ по сравнению с использованием постоянных магнитов:

    • Управление током , подаваемым на электромагнит(ы), позволяет контролировать силу магнитного поля, таким образом, можно контролировать величину напряжения, индуцируемого в обмотках статора (проводящих катушках).
    • Изменение количества катушек , используемых электромагнитом, определяет потенциальную напряженность магнитного поля , которую может создать электромагнит; это важная и полезная характеристика в процессе проектирования.
    • Материалы катушек , как правило, гораздо легче достать , поддерживать , и/или заменить , чем большие постоянные магниты.
    • Электромагниты
    • на дешевле по сравнению с большими постоянными магнитами.
    • Электромагниты проще в обращении , чем большие постоянные магниты.
    Что такое «полюса ротора генератора»?

    Роторы генератора иногда называют « 2-полюсными » или « 4-полюсными » и т. д. « полюсов » относятся к северному или южному полюсу магнита. Двухполюсный ротор имеет один южный и один северный полюс. Четырехполюсный ротор имеет два северных и два южных полюса и т. д.

    Статор генератора

    Катушки проводника , окружающие ротор, вместе называются « статор ». Окружение ротора катушкой или рядом катушек гарантирует, что линии магнитного поля, создаваемые ротором, пересекаются с большой площадью катушки (катушек), что приводит к большему наведенному напряжению.

    Статор с одиночной катушкой будет индуцировать однофазное (1~) напряжение . Установка большего количества катушек приводит к дополнительным фазам.« фаза » — это потенциал напряжения, измеренный на одном проводнике. Подавать напряжение в на 3 отдельные катушки одновременно было бы нецелесообразно, потому что электрическая система будет сильно переключаться между положительным и отрицательным напряжением, и будет невозможно установить катушки в одном и том же физическом пространстве. Установка трех катушек под углом 120 градусов друг к другу позволяет индуцировать напряжение в трех отдельных катушках более сбалансированным образом. Электростанции производят трехфазное напряжение переменного тока.

    Трехфазное напряжение переменного тока

    Электроэнергия (P=VI)

    Электроэнергия представлена ​​уравнением:

    Р = ВИ

    Мощность = Напряжение x Ток

    Из приведенного выше уравнения можно сделать вывод, что мощность всегда будет равна 0, если значение напряжения равно 0 или если значение тока равно 0. В разомкнутой цепи ток отсутствует , но если цепь замкнута, ток будет течь (если ток присутствует).В то время как возможно иметь напряжение без тока, невозможно иметь ток без напряжения. Следовательно, чтобы производить электроэнергию, мы должны иметь как напряжение, так и замкнутую цепь для протекания тока.  

    Как электростанции вырабатывают электроэнергию

    Независимо от того, какой тип электростанции ( электростанция ) рассматривается, более 95% из них используют фундаментальный принцип «постоянного перемещения магнитного поля по неподвижному проводнику» для выработки электроэнергии.Например:

    • Угольная электростанция (и любая электростанция , работающая на ископаемом топливе) – сжигает топлива для высвобождения химической энергии в виде тепла , которое затем используется для превращения воды в пар . Пар подают в паровую турбину , которая заставляет турбину вращаться. Результирующая механическая мощность от турбины передается на генератор через вал (и обычно редуктор ).
    • Ветряная турбина – ветер проходит через лопасти ротора ветряной турбины , что приводит к вращению лопастей. Вращательное движение ( кинетическая энергия ) от лопастей подается на генератор.
    • Атомная электростанция – вырабатывает тепла ( тепловой энергии ) для повышения температуры воды; затем вода подается в теплообменник. Вода на стороне кожуха кожухотрубного теплообменника превращается в пар по мере нагревания; затем этот пар подают в паровую турбину , которая соединена с генератором .
    • Гидроэлектростанция (плотина, гидроаккумулятор, приливная струя, приливная плотина, русло реки) – вода подается на рабочее колесо турбины , что приводит рабочее колесо во вращение. Бегунок соединен на валу с генератором .

    Рабочее колесо гидроэлектрической турбины и генератор

    • Солнечная печь электромагнитные волны от солнца фокусируются в определенной точке ( солнечная печь ) для выработки большого количества тепла в этой точке.Термальная жидкость (часто расплавленная соль ) поглощает тепло и передает его воде через теплообменник . Вода меняет фазу на пар , и пар подается в паровую турбину , которая соединена с генератором .
    Дополнительные ресурсы

    https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/physical-processes/magnetism-mcat/a/using-the-right-hand-rule

    https://en.wikipedia.org/wiki/Электричество_генерация

    https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/how-electricity-is-generated.php

    Темная сторона солнечной энергии

    Солнечные времена для солнечной энергетики. В США домашние установки солнечных панелей полностью восстановились после спада Covid, и аналитики прогнозируют, что общая установленная мощность составит более 19 гигаватт по сравнению с 13 гигаваттами на конец 2019 года. В течение следующих 10 лет это число может увеличиться в четыре раза. по данным отраслевых исследований.И это даже не принимая во внимание дальнейшее влияние возможных новых правил и стимулов, введенных дружественной к зеленым администрацией Байдена.

    Защита от пандемии солнечной энергии в значительной степени обусловлена ​​​​налоговым кредитом на инвестиции в солнечную энергию, который покрывает 26% расходов, связанных с солнечной энергетикой, для всех бытовых и коммерческих клиентов (чуть меньше, чем 30% в 2006–2019 гг.). После 2023 года налоговая льгота будет снижена до постоянных 10% для коммерческих установщиков и полностью исчезнет для покупателей жилья.Таким образом, в ближайшие месяцы продажи солнечной энергии, вероятно, будут еще более жаркими, поскольку покупатели стремятся получить наличные, пока они еще могут.

    Налоговые субсидии — не единственная причина солнечного взрыва. Эффективность преобразования панелей ежегодно повышалась на 0,5% в течение последних 10 лет, несмотря на резкое снижение производственных затрат (и, следовательно, цен) благодаря нескольким волнам производственных инноваций, главным образом за счет ведущих в отрасли китайских производителей панелей. . Для конечного потребителя это означает гораздо более низкие первоначальные затраты на киловатт произведенной энергии.

    Это отличные новости не только для отрасли, но и для всех, кто признает необходимость перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии ради будущего нашей планеты. Но есть огромное предостережение, о котором мало кто говорит.

    Панели, панели повсюду

    Экономические стимулы быстро настраиваются, чтобы побудить клиентов обменять свои существующие панели на более новые, более дешевые и эффективные модели. В отрасли, где решения по обеспечению замкнутого цикла, такие как переработка, остаются крайне неадекватными, огромный объем выбрасываемых панелей вскоре будет представлять собой риск масштабов, угрожающих существованию.

    Безусловно, это не та история, которую можно получить из официальных отраслевых и правительственных источников. Официальные прогнозы Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) утверждают, что «к началу 2030-х годов ожидается большое количество ежегодных отходов», которые могут составить 78 миллионов тонн к 2050 году. Это, несомненно, ошеломляющая сумма. Но с таким количеством лет на подготовку он описывает возможность на миллиард долларов для повторного захвата ценных материалов, а не страшную угрозу. Угроза скрыта тем фактом, что прогнозы IRENA основаны на том, что клиенты сохранят свои панели на месте в течение всего их 30-летнего жизненного цикла.Они не учитывают возможность повсеместного раннего замещения.

    Наше исследование подтверждает. Используя реальные данные по США, мы смоделировали стимулы, влияющие на решения потребителей о замене в различных сценариях. Мы предположили, что при принятии решения о замене особенно важны три переменные: цена установки, ставка компенсации (т. е. текущая ставка на солнечную энергию, продаваемую в сеть) и эффективность модуля. Если стоимость повышения достаточно низка, а эффективность и уровень компенсации достаточно высоки, мы утверждаем, что рациональные потребители сделают переход, независимо от того, прожили ли их существующие панели полных 30 лет.

    В качестве примера рассмотрим гипотетическую потребительницу (назовем ее «мисс Браун»), проживающую в Калифорнии, которая установила в своем доме солнечные панели в 2011 году. Теоретически она могла бы держать панели на месте в течение 30 лет, т. е. до 2041 года. на момент установки общая стоимость составила 40 800 долларов США, 30% из которых не облагались налогом благодаря налоговой льготе на инвестиции в солнечную энергию. В 2011 году г-жа Браун могла рассчитывать на генерацию 12 000 киловатт энергии с помощью своих солнечных батарей, или примерно на 2 100 долларов электроэнергии.В каждый последующий год КПД ее панели снижается примерно на один процент из-за деградации модуля.

    А теперь представьте, что в 2026 году, в середине жизненного цикла своего оборудования, г-жа Браун снова начинает присматриваться к своим солнечным батареям. Она слышала, что панели последнего поколения дешевле и эффективнее, и, проведя домашнее задание, она обнаружила, что это действительно так. Исходя из фактических текущих прогнозов, г-жа Браун на 2026 год обнаружит, что расходы, связанные с покупкой и установкой солнечных панелей, упали на 70% по сравнению с уровнем 2011 года.Кроме того, панели нового поколения будут приносить 2800 долларов годового дохода, что на 700 долларов больше, чем ее существующая установка, когда она была новой. В целом, модернизация ее панелей сейчас, а не ждать еще 15 лет, увеличит (чистую текущую стоимость) NPV ее солнечной установки более чем на 3000 долларов в долларах 2011 года. Если г-жа Браун будет рациональным актером, она выберет досрочную замену. И если бы она была особенно проницательна в денежных вопросах, она пришла бы к этому решению еще раньше — наши расчеты для сценария мисс Браун показывают, что начиная с 2021 г.

    Если ранняя замена произойдет, как предсказывает наша статистическая модель, всего за четыре года они могут произвести в 50 раз больше отходов, чем ожидает IRENA. Эта цифра соответствует примерно 315 000 метрических тонн отходов, исходя из оценки отношения веса к мощности в 90 тонн на МВт.

    При всей своей тревожности эти статистические данные могут не полностью отражать кризис, поскольку наш анализ ограничен жилыми объектами. С добавлением коммерческих и промышленных панелей масштаб замены может быть намного больше.

    Высокая стоимость солнечного мусора

    Нынешние циклические мощности отрасли совершенно не готовы к потоку отходов, который, вероятно, грядет. Финансовый стимул для инвестиций в переработку никогда не был очень сильным в солнечной энергетике. Хотя панели содержат небольшое количество ценных материалов, таких как серебро, в основном они сделаны из стекла, крайне дешевого материала. Долгий срок службы солнечных панелей также препятствует инновациям в этой области.

    В результате бум производства солнечной энергии оставил инфраструктуру по переработке в пыль.Чтобы дать вам некоторое представление, First Solar является единственным производителем панелей в США, о котором мы знаем, с запущенной инициативой по переработке, которая применяется только к собственной продукции компании при глобальной мощности в два миллиона панелей в год. При нынешних мощностях переработка одной панели обходится примерно в 20-30 долларов. Отправка той же панели на свалку обойдется всего в 1-2 доллара.

    Однако прямые затраты на переработку — это только часть бремени, связанного с окончанием срока службы. Панели представляют собой тонкие, громоздкие элементы оборудования, обычно устанавливаемые на крышах жилых домов.Чтобы отсоединить и снять их, требуется специализированная рабочая сила, иначе они разлетятся вдребезги, прежде чем попадут в грузовик. Кроме того, некоторые правительства могут классифицировать солнечные батареи как опасные отходы из-за небольшого количества тяжелых металлов (кадмия, свинца и т. д.), которые они содержат. Эта классификация несет в себе ряд дорогостоящих ограничений — опасные отходы можно транспортировать только в определенное время и по избранным маршрутам и т. д.

    Совокупность этих непредвиденных расходов может подорвать конкурентоспособность отрасли.Если мы нанесем будущие установки в соответствии с кривой логистического роста, ограниченной 700 ГВт к 2050 году (оценочный потолок NREL для рынка жилья в США), вместе с кривой раннего замещения, мы увидим, что к 2031 году объем отходов превысит объем новых установок. К 2035 году выброшенные панели превысят вес новых единиц, проданных в 2,56 раза. В свою очередь, это приведет к тому, что LCOE (приведенная стоимость энергии, мера общей стоимости энергопроизводящего актива на протяжении всего срока его службы) увеличится в четыре раза по сравнению с текущим прогнозом.Экономика солнечной энергетики, кажущаяся такой яркой с точки зрения 2021 года, быстро померкнет, когда отрасль утонет под тяжестью собственного мусора.

    Кто оплачивает счет?

    Почти наверняка регулирующим органам придется решать, кто будет нести расходы по очистке. По мере того, как в ближайшие несколько лет накапливаются отходы от первой волны ранних замен, правительство США, начиная с штатов, но, безусловно, перерастая на федеральный уровень, введет закон об утилизации солнечных панелей.Предположительно, будущие правила в США будут следовать модели Директивы Европейского Союза WEEE, правовой основы для переработки и утилизации электронных отходов в странах-членах ЕС. Штаты США, принявшие законы о переработке электроники, в основном придерживаются модели WEEE. (В 2014 году в Директиву были внесены поправки, в которые были включены солнечные панели.) В ЕС обязанности по переработке прошлых (исторических) отходов были распределены между производителями в зависимости от текущей доли рынка.

    Первым шагом к предотвращению катастрофы для производителей солнечных панелей может стать немедленное лоббирование аналогичного законодательства в Соединенных Штатах, вместо того, чтобы ждать, пока солнечные панели начнут забивать свалки. Исходя из нашего опыта разработки и внедрения пересмотренной версии первоначальной Директивы WEEE в конце 2000-х годов, мы обнаружили, что одной из самых больших проблем в те первые годы было возложение ответственности за огромное количество накопленных отходов, производимых компаниями, которые больше не занимаются электронным бизнесом (так что называется сиротскими отходами).

    В случае с солнечными батареями проблема усугубляется новыми правилами, принятыми в Пекине, которые сокращают субсидии для производителей солнечных панелей и повышают обязательные конкурсные торги для новых солнечных проектов. В отрасли, где доминируют китайские игроки, это увеличивает фактор неопределенности. При снижении поддержки со стороны центрального правительства некоторые китайские производители могут уйти с рынка. Одной из причин принятия законодательства сейчас, а не позже, является обеспечение справедливого распределения ответственности за утилизацию неизбежной первой волны отходов между производителями соответствующего оборудования.Если закон будет принят слишком поздно, оставшиеся игроки могут быть вынуждены иметь дело с дорогостоящим беспорядком, который оставили после себя бывшие китайские производители.

    Но в первую очередь необходимо создать необходимые мощности по переработке солнечных панелей в рамках комплексной инфраструктуры по окончании срока службы, включая демонтаж, транспортировку и (тем временем) адекватные хранилища для солнечных отходов. Если даже самые оптимистичные из наших прогнозов о досрочном замещении окажутся точными, у компаний может не хватить времени, чтобы сделать это в одиночку.Государственные субсидии, вероятно, являются единственным способом быстрого развития мощностей, соответствующих масштабам надвигающейся проблемы отходов. Корпоративные лоббисты могут привести убедительные доводы в пользу государственного вмешательства, основанного на идее о том, что отходы — это отрицательный внешний эффект быстрых инноваций, необходимых для широкого внедрения новых энергетических технологий, таких как солнечная энергия. Таким образом, затраты на создание инфраструктуры с истекшим сроком службы для солнечной энергии являются неотъемлемой частью пакета исследований и разработок, который сопровождает поддержку зеленой энергии.

    Это не просто солнечная энергия

    Та же проблема нависла над другими технологиями использования возобновляемых источников энергии. Например, за исключением значительного увеличения перерабатывающих мощностей, эксперты ожидают, что более 720 000 тонн гигантских лопастей ветряных турбин окажутся на свалках США в течение следующих 20 лет. По преобладающим оценкам, в настоящее время перерабатывается только пять процентов аккумуляторов электромобилей — отставание, которое автопроизводители стремятся исправить, поскольку показатели продаж электромобилей продолжают расти на 40% в годовом исчислении.Единственная существенная разница между этими зелеными технологиями и солнечными панелями заключается в том, что последние одновременно служат источником дохода для потребителя. Два отдельных субъекта, стремящихся к получению прибыли, — производители панелей и конечный потребитель — должны, таким образом, быть удовлетворены, чтобы масштабное внедрение происходило.

    . . .

    Ничто из этого не должно вызывать серьезных сомнений в будущем или необходимости возобновляемых источников энергии. Наука бесспорна: если мы будем продолжать полагаться на ископаемое топливо в той мере, в какой мы это делаем сейчас, мы завещаем будущим поколениям поврежденную, если не умирающую планету.По сравнению со всем, что мы можем выиграть или потерять, четыре десятилетия или около того, которые потребуются для стабилизации экономики солнечной энергетики до такой степени, что потребители не будут чувствовать себя обязанными сократить жизненный цикл своих панелей, кажутся решительно небольшими. Но эта благородная цель на самом деле не облегчает переход на возобновляемые источники энергии. Из всех секторов устойчивые технологии меньше всего могут позволить себе недальновидно относиться к создаваемым ими отходам. Стратегия входа в экономику замкнутого цикла абсолютно необходима — и чем раньше, тем лучше.

    Закон Фарадея, закон Ампера, закон Ленца и сила Лоренца

    Работа электродвигателей регулируется различными законами электричества и магнетизма, включая закон индукции Фарадея, закон Ампера, закон Ленца и силу Лоренца. Первые два — закон Фарадея и закон Ампера — включены в уравнения Максвелла. Вместе с законом Ленца и силой Лоренца эти принципы составляют основу электромагнетизма.


    Закон индукции Фарадея

    Закон индукции Фарадея является основным законом, по которому работают электрические двигатели.Майклу Фарадею приписывают открытие индукции в 1831 году, но Джеймс Клерк Максвелл описал ее математически и использовал в качестве основы своей количественной электромагнитной теории в 1860-х годах.


    Индуктивность — это свойство устройства, которое показывает, насколько эффективно оно индуцирует ЭДС в другом устройстве (или в самом себе).


    Закон Фарадея обычно гласит, что в замкнутой катушке (петле) из проволоки изменение магнитного окружения катушки вызывает индуцирование напряжения или ЭДС (электродвижущей силы) в катушке.

    Изменение магнитной среды может быть вызвано изменением напряженности магнитного поля, перемещением магнита к катушке или от нее, перемещением катушки в магнитное поле или из него или вращением катушки в поле.

    ЭДС индукции равна отрицательной скорости изменения магнитного потока, умноженной на число витков в катушке:

    Где:

    E = ЭДС (В)

    N = количество витков в катушке

    Φ = магнитный поток (вебер, Вб)

    t = время (с)


    Обратите внимание, что магнитный поток равен среднему значению магнитного поля B (тесла или Вб/м 2 ), умноженному на перпендикулярную площадь катушки, пронизывающую магнитное поле, A (м 2 ).


    Закон Ленца

    Закон Ленца демонстрирует причину отрицательного знака в законе индукции Фарадея. Другими словами, закон Ленца объясняет , почему ЭДС, создаваемая по закону Фарадея, отрицательна.

    Обычный способ сформулировать закон Ленца: «Когда ЭДС генерируется изменением магнитного потока, полярность ЭДС индукции такова, что она создает ток, магнитное поле которого направлено в сторону, противоположную изменению, вызвавшему его. (исходное магнитное поле).То есть индуцированное магнитное поле всегда работает на поддержание постоянного магнитного потока.

    Когда магнитный поток изменяется (ΔB), магнитное поле ЭДС индукции (B Induced ) работает, чтобы противодействовать изменению.
    Изображение предоставлено: C. R. Nave, Государственный университет Джорджии

    Закон Ленца аналогичен третьему закону Ньютона в механике, который гласит, что на каждое действие существует равная и противоположная реакция.


    сила Лоренца

    Существуют разногласия по поводу того, была ли сила Лоренца первоначально получена Джеймсом Клерком Максвеллом или Оливером Хевисайдом, но обычно кредит отдается Хевисайду.Хендрик Лоренц вывел уравнение в современной форме в 1891 году.

    Сила Лоренца — это сила, с которой на частицу действует электрическое и магнитное поля. Электрические поля воздействуют на частицу независимо от того, движется она или нет, в то время как магнитные поля действуют только тогда, когда частица находится в движении. Комбинация сил электрического и магнитного полей задается как:

    Что упрощает до:

    Где:

    F = усилие (Н)

    q = частица заряда (кулон, Кл)

    E = электрическое поле (Н/З)

    v = скорость, перпендикулярная магнитному полю (м/с)

    B = магнитное поле (тесла, Тл)

    Поскольку ток представляет собой поток движущихся заряженных частиц, на него также действует сила магнитного поля.В случае тока в магнитном поле уравнение силы Лоренца принимает вид:

    Где:

    I = ток (А)

    l = длина провода через поле (м)

    Направление силы Лоренца определяется по правилу правой руки: большой палец указывает в направлении тока, указательный палец — в направлении магнитного поля, а второй (средний) палец — в направлении тока. сила.


    Окружной закон Ампера

    Несмотря на свое название, закон Ампера был выведен не Андре-Мари Ампером, а Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860 году и является одним из уравнений электромагнетизма Максвелла. (Ампер сформулировал закон силы Ампера, который описывает силу притяжения или отталкивания между двумя проводниками с током.)

    Магнитное поле действует на прямой провод, по которому течет ток. По закону цепи Ампера напряженность магнитного поля можно определить по формуле:

    Где:

    B = магнитное поле (Тл)

    μ 0 = магнитная проницаемость воздуха, Т-м/А

    I = ток (А)

    r = расстояние от провода (м)

    Когда провод представляет собой петлю, магнитное поле создает силу в одном направлении на одной стороне петли и в противоположном направлении на другой стороне петли.Это создает крутящий момент, который заставляет катушку вращаться. Обратите внимание, что при подаче постоянного тока катушка будет колебаться вперед и назад, но не будет совершать полных оборотов — по этой причине в двигателях постоянного тока используются коммутаторы. Двигатели, работающие от переменного тока (двигатели переменного тока), не имеют этой проблемы.

    Автор изображения: TutorVista.com

    Закон Ампера: определение и примеры — видео и расшифровка урока

    Уравнение

    Поле, создаваемое длинным прямым проводом с током, имеет форму концентрических окружностей.И чем дальше вы отходите от проволоки, тем дальше друг от друга становятся эти круги, или, другими словами, поле становится слабее. Мы могли бы составить для этого уравнение, используя закон Ампера и проведя некоторые вычисления. Но на самом деле мы можем вывести это уравнение вообще без каких-либо вычислений.

    Вместо интеграла будем использовать сумму. Сумма всех элементов магнитного поля, составляющих концентрическую окружность: магнитное поле B умножить на длину элемента дельта-L равно мю-ноль (проницаемость свободного пространства) умножить на ток в провод я .Это Закон Ампера.

    Затем осознайте, что, суммируя все эти элементы, ваша дельта-L становится окружностью концентрического круга, 2pi r . Измените это, чтобы сделать магнитное поле объектом, и вы получите ЭТО окончательное уравнение для поля, создаваемого проводом с током.

    Здесь B — магнитное поле в конкретной точке пространства, измеряемое в теслах.-6. I — ток, протекающий по проводу, измеряется в амперах. А r — это радиальное расстояние от вас до провода, измеренное в метрах. Таким образом, вы можете использовать это уравнение, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на расстоянии r от провода с током.

    Благодаря уравнению можно рассчитать силу поля. Но как быть с направлением? Для этого мне нужно, чтобы вы показали мне большой палец вверх правой рукой. Нет, серьезно, сделай это прямо сейчас.

    Используя эту схему токоведущего провода, укажите большим пальцем в направлении движения тока, в направлении стрелки, обозначенной I . Теперь представьте, что вы обхватываете провод пальцами, хватая его. Направление, на которое указывают ваши пальцы, представляет направление, на которое указывают линии поля — куда идут стрелки на концентрических кругах. Это называется правилом правой руки, и очень важно, чтобы вы случайно не использовали левую руку, потому что вы получите совершенно неверный ответ.

    Примеры

    Хорошо, давайте рассмотрим пример. Допустим, у вас есть провод с током, указывающий строго на север. Если по проводу течет ток 0,1 ампер, какова величина и направление магнитного поля на расстоянии 0,01 м над проводом?

    Прежде всего, давайте запишем то, что мы знаем. Ток, I , равен 0,1, расстояние от провода, r , равно 0.-6 тесла. И в этом наша величина.

    Чтобы определить направление, вы можете нарисовать ток на листе бумаги, указав вверх к верхней части страницы, которую вы можете отметить на север. Теперь поднимите большой палец вверх правой рукой, также направьте большой палец к верхней части страницы и представьте, что ваши пальцы скручиваются вокруг провода. Если вы сделаете это правильно, вы увидите, что ваши пальцы будут указывать налево под проволокой и направо над проволокой. Если вверху страницы север, то справа будет восток.-6 тесла на восток.

    Краткое содержание урока

    Полная версия закона Ампера — одно из уравнений Максвелла, описывающих электромагнитное взаимодействие. Закон Ампера , в частности, говорит, что магнитное поле, создаваемое электрическим током, пропорционально величине этого электрического тока с константой пропорциональности, равной проницаемости свободного пространства. Стационарные заряды создают электрические поля, пропорциональные величине заряда. Но движущиеся заряды создают магнитные поля, пропорциональные току (заряд и движение).

    Единственная проблема с законом Ампера заключается в том, что это дифференциальное уравнение, другими словами, чтобы его использовать, вам нужно выполнить некоторые вычисления. Но мы можем избежать этого, взглянув на результат всех этих расчетов для конкретной ситуации. Если мы изучим магнитное поле, создаваемое длинным прямым проводом с током, мы получим это окончательное уравнение для поля, создаваемого проводом с током.

    Здесь B — магнитное поле в конкретной точке пространства, измеряемое в теслах.-6. I — ток, протекающий по проводу, измеряется в амперах. А r — это радиальное расстояние от вас до провода, измеренное в метрах. Таким образом, вы можете использовать это уравнение, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на расстоянии r от провода с током. Чтобы определить направление этого поля, мы должны использовать правило правой руки и указать большим пальцем направление тока.

    Результаты обучения

    После того, как вы закончите этот урок, вы должны быть в состоянии:

    • Государственный закон Ампера
    • Расчет магнитного поля провода с током по закону Ампера
    • Вызов правила правой руки при вычислении текущего направления

    Коэффициент мощности — обзор

    2.1.28 Мощность и коэффициент мощности переменного тока цепи

    Обозначив фазовый угол между напряжением и током как ϕ, можно показать 2 , что средняя мощность равна

    В единицах среднеквадратичного значения. значения:

    , где cos(ϕ) называется «коэффициентом мощности».

    Коэффициент мощности является важным параметром при работе с электрическими трансформаторами и генераторами. Все такие машины оцениваются в киловольт-амперах (кВА), что является мерой допустимой нагрузки по току для данного приложенного напряжения.Мощность, которую можно получить, зависит как от номинальной мощности в кВА, так и от коэффициента мощности нагрузки. На рис. 2.17 показано соотношение между кВА, киловаттами (кВт) и коэффициентом мощности, иногда называемое треугольником мощности. Легко видеть, что

    Рисунок 2.17. Треугольник мощности

    и

    , где кВА R — реактивная мощность. Таким образом, зная номинальную мощность в кВА и коэффициент мощности ряда различных нагрузок, можно определить требования к мощности от общего источника.

    При указании коэффициента мощности в практических приложениях обычно указывают фазу тока по отношению к напряжению. Для индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения, а коэффициент мощности называется отстающим. При преимущественно емкостной нагрузке ток опережает напряжение, а коэффициент мощности опережает.

    Если питание подается, скажем, от генератора переменного тока, рассчитанного на 400 В и 1000 А, то это максимальное напряжение и ток, которые машина может выдержать без перегрева.Разность фаз между напряжением и током полностью зависит от нагрузки. Таким образом, если коэффициент мощности нагрузки равен единице, то генератор мощностью 400 кВА может обеспечить нагрузку мощностью 400 кВт. Пренебрегая потерями, первичный двигатель, приводящий в движение генератор переменного тока, также должен обеспечивать мощность 400 кВт. Если, с другой стороны, коэффициент мощности нагрузки равен 0,5, то подводимая мощность составит всего 200 кВт. Это означает, что хотя генератор будет работать с номинальной мощностью кВА, первичный двигатель, приводящий генератор в действие, будет работать только на половину своей мощности.

    Альтернативный взгляд на это явление состоит в том, чтобы рассмотреть нагрузку, скажем, 100 кВт с отстающим коэффициентом мощности 0,75. Если напряжение питания равно 50 В, то требуемый ток из уравнения (2.55) равен 2,67 А. Если же коэффициент мощности нагрузки увеличить до единицы, то требуемый ток уменьшится до 2 А. Это означает, что токопроводящие кабели при подаче уменьшенного тока могут иметь соответственно уменьшенную площадь поперечного сечения.

    Как правило, размер электрической системы, включая линии электропередачи, распределительное устройство и трансформаторы, зависит от силы тока.Поэтому экономически целесообразно свести ток к минимуму. В качестве дополнительного стимула для промышленных потребителей органы электроснабжения обычно используют двухставочную тарифную систему. Он состоит из фиксированной ставки, зависящей от номинальной мощности кВА при максимальном потреблении, и текущей платы за единицу киловатт, потребляемых в час.

    По этим причинам целесообразно попытаться увеличить коэффициент мощности так, чтобы он был близок (но не совсем) к единице. Единичного коэффициента мощности на самом деле избегают, потому что он приводит к условию резонанса (см. раздел 2.1.29). На практике конденсаторы, соединенные параллельно, часто используются для улучшения коэффициента мощности преимущественно индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели. Для крупных энергосистем используется отдельная установка опережения фазы.

    Как эксперты упустили из виду левый авторитаризм

    Приход Дональда Трампа к власти вызвал поток сообщений в СМИ и научных исследований авторитаризма — или, по крайней мере, той разновидности авторитаризма, которая существует у правых политических сил. За последние несколько лет некоторые исследователи предположили, что Трамп не смог бы победить в 2016 году без поддержки со стороны американцев, которые осуждают политический компромисс и хотят, чтобы лидеры правили твердой рукой.Хотя правый авторитаризм хорошо задокументирован, не все социальные психологи согласны с тем, что левая версия вообще существует. В феврале 2020 года Общество личности и социальной психологии провело симпозиум «Реален ли левый авторитаризм? Доказательства обеих сторон дебатов».

    Новое амбициозное исследование, проведенное исследователем из Университета Эмори Томасом Х. Костелло и пятью его коллегами, должно решить этот вопрос. Он предлагает новую строгую меру антидемократических настроений левых.И, опираясь на опрос 7258 взрослых, команда Костелло твердо установила, что такие взгляды существуют с обеих сторон американского электората. (Должен отметить, что одним из соавторов статьи был советник Костелло, покойный Скотт Лилиенфельд, с которым я написал книгу в 2013 году и множество статей.) Любопытно, что исследователи обнаружили некоторые общие черты между левыми и правыми. авторитарные, включая «предпочтение социального единообразия, предубеждение по отношению к другим, готовность использовать групповой авторитет для принуждения к поведению, когнитивную жесткость, агрессию и наказание по отношению к предполагаемым врагам, чрезмерную заботу об иерархии и моральный абсолютизм.

    Опубликованная в прошлом месяце в журнале Journal of Personality and Social Psychology статья команды Костелло убедительна до такой степени, что вы должны задаться вопросом: как прошлые исследователи могли так долго игнорировать левый авторитаризм? «В течение 70 лет в социальных науках считалось, что авторитаризм должен быть обнаружен исключительно среди правых политических сил», — сказал мне в электронном письме социальный психолог Университета Рутгерса Ли Джуссим, не участвовавший в новом исследовании.В книге 1950 года Авторитарная личность , , посвященной исследованию психологического склада людей, сильно тяготеющих к автократическому правлению и репрессивной политике, ученый немецкого происхождения Теодор В. Адорно и трое других психологов измеряли людей по таким параметрам, как соответствие социальные нормы, жесткое мышление и сексуальное подавление. И они пришли к выводу, что «авторитарный тип человека» — человек, чья восторженная поддержка позволяет кому-то вроде Гитлера осуществлять власть — встречается только среди консерваторов.В середине 1990-х влиятельный канадский психолог Боб Альтемейер описал левый авторитаризм как «Лохнесское чудовище политической психологии — случайная тень, но не чудовище. Впоследствии к такому же выводу пришли и другие психологи.

    Зейнеп Туфекчи: следующий авторитарист Америки будет гораздо более компетентным

    Эпоха Трампа, вероятно, укрепила общепринятое психологическое мнение о том, что авторитаристы почти всегда являются консерваторами; восстание в Капитолии в начале этого года показало безотлагательность понимания этого явления.И все же призывы деплатформировать спорных ораторов и онлайн-кампании, направленные на увольнение людей за неортодоксальные взгляды, свидетельствуют о том, что приверженность левых открытым демократическим нормам ослабевает, по крайней мере, в некоторых кругах. Гораздо дальше по авторитарному континууму люди, выдающие себя за антирасистских или антифашистских протестующих, с лета 2020 года поджигали и совершали другие акты насилия. но, несомненно, подвергают сомнению господствующую мудрость.(Сторонники революционных режимов за границей еще более ясно продемонстрировали, что некоторые левые пытаются добиться своего с помощью запугивания и силы.)

    в этой области базируются в учреждениях, где преобладают взгляды далеко левые от общества в целом. Ученые, которые лично поддерживают социальное видение левых — например, перераспределение доходов, противодействие расизму и т. д. — могут просто не спешить идентифицировать авторитаризм среди людей со схожими целями.

    Не нужно верить, что левые авторитаристы так же многочисленны или опасны, как и их правые коллеги, чтобы понять, что оба явления представляют собой проблему. Хотя либералы — как в научных кругах, так и за их пределами — могут получать некоторое утешение, веря в то, что левого авторитаризма не существует, эта фантастика игнорирует значительный источник нестабильности и поляризации в нашей политике и обществе.

    В исследовании, которое привело к Авторитарная личность , Адорно и его коллеги разработали «F-шкалу» для измерения фашистских настроений; Позже Альтемейер использовал это исследование для создания шкалы измерения правого авторитаризма путем оценки определенных личностных черт, включая чувство агрессии, готовность подчиняться авторитету и качество, которое он назвал «конвенционализмом», не связанное строго с политическим консерватизмом субъекта. .Шкала правого авторитаризма (RWA) Альтемейера остается «золотым стандартом для концептуализации и оценки всех видов авторитаризма», — сказал мне Костелло. Но когда позже Альтемейер обратил свое внимание на левый авторитаризм (LWA), он ошибочно предположил, что он будет идентичен правому варианту. Его шкала LWA едва идентифицировала какие-либо предметы. Либо он установил слишком высокий порог, либо измерял неправильные установки.

    Костелло и его коллеги начали заново. Они разработали то, что в конечном итоге стало списком из 39 утверждений, отражающих такие настроения, как «Нам нужно заменить установленный порядок любыми необходимыми средствами» и «Я должен иметь право не подвергаться оскорбительным взглядам.Испытуемых попросили оценить утверждения по шкале от 1 до 7. Они продемонстрировали черту, которую исследователи описали как «антииерархическую агрессию», твердо согласившись с тем, что «если бы я мог переделать общество, я бы поставил людей, которые в настоящее время имеют больше всего привилегий внизу». Соглашаясь с такими заявлениями, как «Избавление от неравенства важнее, чем защита так называемого «права» на свободу слова», они продемонстрировали отношение, называемое «цензурой сверху вниз». И они продемонстрировали то, что исследовательская группа назвала «антиконвенционализмом», поддерживая такие заявления, как «Я не могу представить, что подружусь с политическим консерватором.

    Прочтите: мир переживает новую форму автократии

    Костелло и его коллеги ввели свой новый индекс LWA и оригинальную шкалу RWA Альтемейера. Между левыми и правыми авторитаристами возникли некоторые разногласия; первые были более открыты для нового опыта и более восприимчивы к науке, чем вторые, например. Тем не менее новое исследование документирует большое совпадение в авторитарной структуре — «общее психологическое ядро», как говорят авторы, — между людьми с высокими показателями по их новому индексу LWA и оригинальной шкале RWA Альтемейера, которую они также применяли.Авторитарный менталитет, будь то крайне левый или крайне правый, заключают авторы, оказывает «мощное давление для поддержания дисциплины среди членов, отстаивает агрессивные и строгие средства подавления оппозиции [и] верит в абсолютистское руководство сверху вниз».

    Возможно, самое убедительное открытие появилось при попытке отделить политическую идеологию субъектов от авторитаризма. Они обнаружили, что ваша идеология — будь вы прогрессивным или трампистом — имеет второстепенное значение. Авторитарны ваши ценности и убеждения или нет, более фундаментально.«С психологической точки зрения авторитаризм стоит на первом месте, — сказал мне Костелло.

    Я спросил Костелло, существуют ли левые и правые авторитаристы в равных пропорциях. «Трудно определить соотношение», — сказал он, пояснив, что восприимчивость субъекта к авторитаризму находится в континууме, как и другие личностные характеристики или даже рост, поэтому использование жестких категорий (авторитарные и неавторитарные) может быть затруднительным. . «Тем не менее, некоторые предварительные исследования показывают, что это соотношение примерно одинаковое, если усреднить по всему миру», — сказал он.Однако в США Костелло предполагает, что правые авторитаристы численно превосходят левых примерно в три раза. Другие исследователи пришли к выводу, что количество ярых консерваторов в США намного превышает количество ярых прогрессистов и что американские консерваторы выражают более авторитарные взгляды, чем их коллеги в Великобритании, Австралии или Канаде.

    Тот факт, что психологи вообще медлили с признанием существования левых авторитарных сторонников, «озадачивает», пишут Костелло и его коллеги.Но здесь, я бы сказал, проявляется ярко выраженная левая ориентация исследователей социальной психологии. «Академическая психология когда-то отличалась значительным политическим разнообразием, но за последние 50 лет почти полностью утратила его», согласно всеобъемлющему обзору 2014 года. . Университеты долгое время склонялись влево, но эта тенденция углубилась по мере того, как образование стало все более тесно коррелировать с политической идеологией. Каким бы ни было его происхождение, этот политический дисбаланс затрудняет поиск истины. Исследования неоднократно показывали, что социально-политические взгляды следователей влияют на вопросы, которые они задают.Более того, идеологически согласные рецензенты с большей вероятностью будут высоко оценивать рефераты и статьи, если выводы согласуются с их собственными убеждениями, при прочих равных условиях.

    Идеологические слепые пятна действительно могут влиять на исследователей с крайне консервативными или просто правоцентристскими взглядами, но их просто недостаточно, чтобы иметь значение. Если бы в академической психологии было больше разнообразия точек зрения, все политические предубеждения, искажающие работу исследователей, уравновешивали бы друг друга. Сегодня в американских университетах эти предубеждения обычно указывают на одно и то же.В психологии вера в то, что только консерваторы могут быть авторитарными и что, следовательно, только консервативные авторитаристы заслуживают серьезного изучения, доказала свою самоподкрепляемость в течение десятилетий.

    По мере того, как левые и правые автократии метастазируют по всему миру — «пандемия глобального авторитаризма», которая, по словам социолога из Стэнфорда Ларри Даймонда, «продолжается и углубляется» в течение последних 15 лет, — и по мере того, как скорость радикализации новобранцев, скорее всего, будет расти скромный штат исследователей, интересующихся этой темой.Переформулируя левый авторитаризм в более конкретных терминах — антииерархическая агрессия, нисходящая цензура и антиконвенционализм, — Костелло и его коллеги предлагают другим исследователям и широкой публике новый словарь для обсуждения антидемократических взглядов по ту сторону политической жизни. спектр.

    Читайте: Учебное пособие по подъему авторитаризма

    Еще одним достоинством работы команды Костелло является ее статус отрезвляющей демонстрации того, как доминирующая идеологическая ориентация социальной психологии ограничивает сферу исследования.«Доминирующее мнение о RWA как о «золотом стандарте» авторитаризма в целом — это не просто влиятельная теоретическая основа или историческая причуда», — пишут авторы. «Это ограничивает вопросы, которые мы задаем как ученые, [и] типы теорий, которые мы используем для интерпретации наших результатов». В течение многих лет то, что было совершенно очевидно для многих за пределами поля, — что экстремистские взгляды существуют на обоих концах политического спектра, — в лучшем случае преуменьшалось большинством социальных психологов.

    0 comments on “Сила ампера по правилу левой руки: Правило левой руки для силы Ампера – примеры и формулировка определения кратко

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.