If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

რა აროს ფარადეის კანონი?

ისწავლეთ, რას ნიშნავს ფარადეის კანონი და როგორ გამოვიყენოთ ის ინდუცირებული ელექტრომამოძრაველი ძალის გამოსათვლელად.

რა არის ელექტრომაგნიტური ინდუქცია?

ელექტრომაგნიტური ინდუქცია არის პროცესი, რომლის დროსაც ცვლადი მაგნიტური ველი იწვევს დენის წარმოქმნას.
სტატიაში, მაგნიტური ძალა, ჩვენ ვისწავლეთ, თუ როგორი ძალა მოქმედებს მაგნიტურ ველში მოძრავ მუხტზე. თუ დენიანი სადენი მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, იმ მუხტებზე, რომლებიც ქმნიან დენს, მოქმედებს მაგნიტური ძალა და ისინი თავის მხრივ გარკვეული ძალით მოქმედებენ სადენზე. ეს პროცესი პირიქითაც მუშაობს. სადენის მოძრაობას მაგნიტურ ველში ან მის მოთავსებას ცვლად მაგნიტურ ველში შეუძლია დენის წარმოქმნა.

როგორ აღვწეროთ ეს პროცესი?

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის აღსაწერად არსებობს ორი საკვანძო კანონი:
  1. ფარადეის კანონი, რომელიც ჩამოაყალიბა მე-19 საუკუნის ფიზიკოსმა მაიკლ ფარადეიმ. ის აკავშირებს ერთმანეთთან შეკრულ სადენში გამავალი მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სიჩქარეს და ამის შედეგად წარმოქმნილ ელექტრომამოძრავებელ ძალას, E. ეს კავშირი არის შემდეგნაირი
    E=dΦdt
ელექტრომამოძრავებელი ძალა, ან უბრალოდ ემძ, არის პოტენციალთა სხვაობა, მოდებული დაუტვირთავ კონტურზე (ანუ როცა წრედის წინაღობა არის დიდი). პრაქტიკაში ხშირად სასარგებლოა, ვიფიქროთ ემძ-ზე, როგორც ძაბვაზე, რადგან ორივე მათგანი იზომება ერთსა და იმავე ერთეულებში - ვოლტი.
  1. ლენცის კანონი არის ელექტრომაგნიტური ინდუქციისთვის ჩაწერილი ენერგიის შენახვის კანონის შედეგი. ის 1833 წელს ჩამოაყალიბა ჰაინრიხ ლენცმა. ფარადეის კანონი გვეუბნება წამრმოქნილი ემძ-ის სიდიდეს, ხოლო ლენცის კანონი გვაძლევს წარმოქნილი დენის მოძრაობის მიმართულებას. ეს კანონი ამბობს, რომ დენის მიმართულება ყოველთვის ისეთი იქნება, რომ ის ყოველთვის შეეწინააღმდეგება იმ ნაკადის ცვლილებას, რომელმაც თავად ამ დენის წარმოქმნა გამოიწვია. ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერი მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოქნილია ინდუცირებული დენის მიერ, მიმართული იქნება საწყისი ველის ცვლილების საპირისპიროდ.
    ჩვეულებრივ ლენცის კანონი ფარადეის კანონში გათვალისწინებულია მინუს ნიშნის დაწერით. ამის შედეგი არის ის, რომ ჩვენ შეგვიძლია ერთი და იმავე კოორდინატთა სისტემის გამყენება ნაკადისთვის და ემძ-სთვის. ამ შედეგს ხშირად უწოდებენ ფარადეი-ლენცის კანონს,
    E=dΦdt
    პრაქტიკაში ჩვენ ხშირად ვხვდებით დახვეულ სადენს. ამ შემთხვევაში თითოეულ ხვეულს შემოაქვს თანაბარი ემძ. სწორედ ამ მიზეზით განტოლებაში ხშირად შეხვდებით დამატებით ფაქტორს, N, რომელიც აღნიშნავს ხვეულთა რიცხვს, ანუ
    E=NdΦdt

რა კავშირია ფარადეის ინდუქციის კანონსა და მაგნიტურ ძალას შორის?

მიუხედავად იმისა, რომ ფარადეის კანონის თეორიული საფუძვლების ახსნა ძალიან რთულია, მისი კავშირის გააზრება დამუხტულ ნაწილაკებზე მოქმედ მაგნიტურ ძალასთან არც ისე დიდ პრობლემას არ წარმოადგენს.
სურათი1: მოძრავ სადენში წარმოქმნილი დენი.
სურათი 1: მოძრავ სადენში წარმოქმნილი დენი.
განვიხილოთ ელექტრონი, რომელსაც შეუძლია სადენში თავისუფლად მოძრაობა. როგორც სურათ 1-ზეა ნაჩვენები, სადენი მოთავსებულია ვერტიკალურ მაგნიტურ ველში და გადაადგილდება მის მართობულად მუდმივი სიჩქარით. სადენი არის შეკრული, რაც ნიშნავს იმას, რომ ნებისმიერი მუშაობა, რომელიც სრულდება დენის წარმოსაქმნელად, შთაინთქმება სითბოს სახით სადენის წინაღობის მიერ.
ადამიანი სადენს ამოძრავებს მაგნიტურ ველში მუდმივი სიჩქარით. ის ამისთვის სადენზე მოქმედებს გარკვეული ძალით. მუდმივ მაგნიტურ ველს არ შეუძლია ამის გაკეთება (წინააღმდეგ შემთხვევაში მისი დაძაბულობა შემცირდებოდა), თუმცა მას შეუძლია ძალის მიმართულების შეცვლა. ამ შემთხვევაში ადამიანის მხრიდან მოქმედი ძალის ნაწილს მაგნიტური ველი უცვლის მიმართულებას და ასე წარმოქმნის ელექტრონზე მოქმედ ელექტრომამოძრავებელ ძალას, რაც თავის მხრივ იწვევს დენის წარმოქმნას. იმ ენერგიის გარკვეული ნაწილს, რომელიც ადამიანმა დახარჯა სადენზე მიწოლისას, სითბოს სახით შთანთქავს სადენის წინაღობა.

ფარადეის ექსპერიმენტი: კოჭაში მოძრავი მაგნიტის მიერ გამოწვეული ინდუქცია

საკვანძო ექსპერიმენტი, რომელმაც მაიკლ ფარადეი მიიყვანა ფარადეის კანონამდე, იყო საკმაოდ მარტივი. მისი გამეორება უპრობლემდ შეიძლება ყველაზე ცუდ ლაბორატორიაშიც კი. ფარადეი იყენებდა მუყაოს მილს, რომელზე დახვეული იზოლირებული სადენიც ქმნიდა კოჭას. კოჭაზე მიერთებული იყო ვოლტმეტრი, რომელიც მაგნიტის მოძრაობისას აფიქსირებდა ემძ-ს. ეს მოწყობილობა ნაჩვენებია სურათ 2-ზე.
სურათი 2: ფარადეის ექსპერიმენტი: მაგნიტი მოძრაობს კოჭაში.
სურათი 2: ფარადეის ექსპერიმენტი: მაგნიტი მოძრაობს კოჭაში.
დაკვირვებები იყო შემდეგნაირი:
  1. მაგნიტი არის უძრავ მდგომარეობაში კოჭაში ან მის სიახლოვეს: არ ფიქსირდება არანაირი ძაბვა.
  2. მაგნიტი მოძრაობს კოჭას მიმართულებით: ფიქსირდება გარკვეული ძაბვა, რომელიც მაქსიმალურ მნიშვნელობას აღწევს მაგნიტის კოჭას დასაწყისთან მიღწევისას.
  3. მაგნიტი აგრძელებს მოძრაობას კოჭას ცენტრისკენ: ძაბვა კლებულობს და ცენტრში მიღწევისას მომენტალურად იცვლის ნიშანს.
  4. მაგნიტი მიდის მეორე ბოლოსკენ, აღწევს კოჭას ბოლოს და გადის გარეთ: ძაბვა საპირისპირო მიმართულებით იზრდება, სანამ მაგნიტი კოჭას მეორე ბოლოს მიაღწევს, შემდეგ კი ისევ იკლებს.
სურათზე 3-ზე აგებულია გაზომილი ემძ-ს დამოკიდებულება მაგნიტის მდებარეობაზე.
ეს დაკვირვებები შესაბამისობაშია ფარადეის კანონთან. მიუხედავად იმისა, რომ უძრავი მაგნიტი შეიძლება, ძალიან დიდ მაგნიტურ ველს ქმნიდეს, ის ვერ გამოიწვევს დენის წარმოქმნას, რადგან კოჭაში გამავალი ნაკადი არ იქნება ცვლადი. როდესაც მაგნიტი უახლოვდება კოჭას, ნაკადი სწრაფად იზრდება, სანამ მაგნიტი არ მიაღწევს კოჭას ცენტრს. როგორც კი მაგნიტი გაცდება კოჭას ცენტრს, ნაკადი იწყებს შემცირებას, რაც იწვევს წარმოქმნილი ემძ-ს ნიშნის შეცვლას.
სავარჯიშო 1a:
პატარა 10 მმ დიამეტრის მქონე მუდმივი მაგნიტი წარმოქმნის 100 მტ მაგნიტურ ველს. ველი მანძილის ზრდასთან ერთად ძალიან სწარაფად მცირდება და ხდება უგულებელსაყოფი ზედაპირიდან 1 მმ-ზე. თუ ეს მაგნიტი 1 მ/წმ სიჩქარით მოძრაობს კოჭაში, რომელსაც აქვს 100 ხვეული, 1 მმ სიგრძე და მაგნიტზე ოდნავ დიდი დიამეტრი, რისი ტოლი იქნება წარმოქნილი ემძ?
სავარჯიშო 1ბ:
თუ მაგნიტი კოჭაში შედის ჩრდილოეთ პოლუსით, თავდაპირველად როგორი მიმართულება (საათის ისრის თუ მისი საწინააღმდეგო) ექნება კოჭაში გამავალ დენს?
სავარჯიშო 1c:
დავუშვათ, რომ კოჭას ბოლოები ერთმანეთთან ელექტრულადაა შეერთებული, რაც ნიშნავს, რომ წარქმოქნილი დენი მთლიანად შთაინთქმება სადენების წინაღობის მიერ. თქვენი აზრით, რა ეფექტი ექნება ამას კოჭაში ვარდნილ მაგნიტზე? მინიშნება: განიხილეთ ენერგიის შენახვის კანონი.

ინდუქცია პარალელურ სადენებში

თუ ორ სადენს მოვათავსებთ ერთმანეთის პარალელურად, შესაძლებელია, რომ ერთ-ერთ მათგანში არსებულმა ცვლადმა დენმა მეორეში გამოიწვიოს ემძ-ს პულსის აღძვრა. ეს პრობლემაა მაშინ, როცა ამ სადენებში გამავალი დენი არის რიცხვითი მონაცამები. საბოლოო ჯამში ეს იწვევს იმ სიჩქარის შეზღუდვას, რომლითაც შეიძლება მსგავსი ინფორმაციის საიმედო გადაცემა.
სავარჯიშო 2:
სურათ 5-ზე ნაჩვენებია პარალელური სადენები. ერთ-ერთი მათგანი ჩამრთველის საშალებით შეერთებულია ბატარეასთან და ამპერმეტრთან მიმდევრობით. დავუშვათ, ჩამრთველი ჩართეს და სწრაფადვე გამორთეს. შეაფასეთ, რა მოუვა მეორე სადენში გამავალ დენს?
სურათი 6: პარალელურ სადენებს შორის დენის ინდუქციური პულსაციები.
სურათი 6: პარალელურ სადენებს შორის დენის ინდუქციური პულსაციები.

რა არის ტრანსფორმატორი?

უმარტივესი ტრანფორმატორი, ეს არის უბრალოდ ერთსა და იმავე გულარზე დახვეული სადენთა წყვილი. ამ გულარს ხშირად გამოხატავენ, როგორც ოთხკუთხა ჩაკეტილ კონტურს, რომლის საპირისპირო მხარეებზეც პირველადი და მეორადი ხვეულებია გაკეთებული. ტრანსფორმატორი ერთ-ერთ მხარეს ცვლადი დენით გამოწვულ მაგნიტურ ნაკადს აძლევს საშუალებას, რომ მეორე მხარეს აღძრას დენი.
სურათი 8: ტიპური ტრანსფორმატორის სქემა [2]
სურათი 8: ტიპური ტრანსფორმატორის სქემა [2]
ელექტრული გადაცემის სისტემებში დიდი ტრანსფორმატორები საკვანძო როლს ასრულებენ. ისინი გასაკუთრებით ხელსაყრელია იმიტომ, რომ ხვეულთა რიცხვი სხვადასხვა მხარეს სულაც არაა აუცილებელი, რომ ერთნაირი იყოს. რადგანაც ინდუცირებული ემძ დამოკიდებულია ხვეულტა რიცხვზე, ტრანსფორმატორებს შეუძლიათ ძაბვის რადიკალურად გაზრდა ან შემცირება. სწორედ მათი ეს თვისება გვაძლევს საშუალებას დიდი ძაბვიდან წამოსული სიმძლავრე დიდ მანძილებზე გადავიტანოთ ბევრად უსაფრთხო მცირე ძაბვით, რომელიც მომხმარებელს მიეწოდება.
ტრანსფრმატორში, რომელიც დანაკარგების გარეშე მუშაობს, მეორად კოჭაზე მოდებული ცვლადი ძაბვა, V, დამოკიდებული პირველად კოჭაზე მოდებულ ცვლად ძაბვასა, V, და ხვუელთა რიცხვების შეფარდებაზე (N/N). რადგანაც ენერგია ინახება, მაქსიმალური შესაძლო დენი იზრდება ძაბვის შემცირებისას.
V=VNN

დამატებითი მასალა

  1. By Peripitus GFDL or CC BY-SA 4,0-3,0-2,5-2,0-1,0, via Wikimedia Commons
  2. OpenStax Physics

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.