| zapomniałem hasło
zarejestruj się
|
|
magnetyzm i elektromagnetyzm
Pole magnetyczne
1. Pole magnesu trwałego Od starożytności znana jest ruda magnetyczna [magnetyt], mająca zdolność przyciągania ciał zawierających żelazo lub tę rudę. Każde ciało zawierające żelazo, kobalt lub nikiel może uzyskać podobne właściwości, gdy zostanie poddane działaniu takiej rudy, czyli namagnesowane. Mając do dyspozycji jedno ciało namagnesowane możemy magnesować inne ciała. Te ciała, które zachowują przez dłuższy czas swoje właściwości magnetyczne nazywamy magnesami trwałymi. Magnes zawieszony na nici ustawia się tak, że jego jeden koniec wskazuje geograficzną północ i nazywamy go [magnetycznym] biegunem północnym, zaś drugi koniec wskazuje południe i nazywamy go biegunem południowym. Biegun magnetyczny północny oznaczamy literą N [malowany jest zazwyczaj na niebiesko], a biegun południowy oznaczamy literą S [malowany na czerwono]. Biegunów magnetycznych nie da się rozdzielić - występują zawsze parami, a pocięcie magnesu na kawałki daje mniejsze magnesy dwubiegunowe [rys.1]. Rys.1. Dzielenie magnesu. Do obserwacji oddziaływań magnetycznych posługujemy się np. opiłkami stalowymi lub małymi , lekkimi magnesami mogącymi obracać się wokół pionowej osi, nazywanymi igłami magnetycznymi [takie igły są używane w kompasach]. Na opiłki i igły magnetyczne umieszczone w pobliżu magnesu, działają siły magnetyczne. Przestrzeń wokół magnesu nazywamy polem magnetycznym, a linie wzdłuż których ustawią się opiłki lub igły nazywamy liniami pola magnetycznego. Kształt linii pola magnetycznego zależy od magnesu wytwarzającego pole czyli od źródła pola [rys.2]. Rys.2. Linie pola magnetycznego. Liniom pola magnetycznego nadajemy zwrot od bieguna północnego do południowego. Dwa bieguny magnetyczne działają na siebie wzajemnie siłami przyciągania gdy bieguny są różnoimienne i odpychania gdy bieguny są jednoimienne [rys.3]. Rys.3. Oddziaływanie biegunów magnetycznych. 2. Pole magnetyczne Ziemi Igła magnetyczna kompasu zawsze wskazuje kierunek geograficznej północy swoim biegunem północnym. Świadczy to o istnieniu ziemskiego pola magnetycznego. Ziemię można traktować jak magnes, którego bieguny znajdują się w pobliżu biegunów geograficznych, ale w pobliżu geograficznego bieguna północnego znajduje się południowy biegun magnetyczny. W pobliżu geograficznego bieguna południowego znajduje się północny biegun magnetyczny. Na skutek oddziaływania magnetycznego, północny biegun magnetyczny igły jest przyciągany przez południowy biegun magnetyczny Ziemi. Ziemskie pole magnetyczne [linie pola] obrazuje rys.4. Rys.4.Pole magnetyczne Ziemi. 3. Pole magnetyczne prądu Doświadczenia wykazują , że w pobliżu przewodnika z prądem, na opiłki i igły magnetyczne działają siły zmuszające je do ustawienia wzdłuż linii zależnych od kształtu przewodnika. Wnioskujemy z tego, że przewodnik z prądem jest źródłem pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego przewodników z prądem są liniami zamkniętymi [rys.5]. Rys.5. Linie pola magnetycznego przewodników z prądem . Zwrot linii pola magnetycznego ustala się przy pomocy tzw. reguły prawej dłoni - cztery palce prawej dłoni obejmują przewodnik , a odchylony kciuk ustawiamy zgodnie z kierunkiem płynięcia prądu - zwrot linii pola magnetycznego jest zgodny z czterema palcami [rys.5]. Przewodnik zwinięty tak, jak pokazuje rys.6 nazywamy solenoidem, zwojnicą lub cewką. Rys.6. Solenoid. Jak widać na rys.6, pole magnetyczne cewki z prądem przypomina pole magnesu. Końce cewki są biegunami magnetycznymi. Zwrot linii pola magnetycznego na zewnątrz cewki ustala się również regułą prawej dłoni, ale teraz cztery palce obejmują zwojnicę zgodnie z kierunkiem płynięcia prądu w zwojach, a odchylony kciuk wskazuje zwrot linii pola magnetycznego. Cewka z prądem jest elektrycznym magnesem - elektromagnesem. Pole magnetyczne wewnątrz elektromagnesu jest jednorodne, a wypełnienie obszaru pola np. stalowym rdzeniem spowoduje, że stanie się ono silniejsze z powodu namagnesowania rdzenia. Cewka z prądem nawinięta na stalowy rdzeń jest również elektromagnesem. Elektromagnesy są wykorzystywane w wielu urządzeniach elektrycznych, np. dzwonki, głośniki, silniki elektryczne, amperomierze, woltomierze, itd. 4. Opis pola magnetycznego Do opisu pola magnetycznego, podobnie jak do opisu pola elektrycznego używamy pewnych wielkości fizycznych. Należą do nich: indukcja magnetyczna [B], natężenie pola magnetycznego [H] i strumień indukcji magnetycznej F. Wielkości te są opisane w dalszej części. Przewodnik z prądem w polu magnetycznym
1. Siła elektrodynamiczna Jest to siła, która działa na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym. Wartość tej siły zależy od natężenia prądu płynącego przez przewodnik, długości przewodnika i jego ustawienia w polu magnetycznym oraz od cech pola magnetycznego. Wyraża się ona wzorem: F = B I l , gdy przewodnik jest ustawiony prostopadle do linii pola magnetycznego. W powyższym wzorze F jest maksymalną silą elektrodynamiczną, l - długością tej części przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym, I - natężeniem prądu płynącego przez przewodnik, a B - wielkością fizyczną, charakteryzującą pole magnetyczne, nazywaną indukcją magnetyczną. Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej określa reguła lewej dłoni tzw. reguła Fleminga [rys.7]. Siła ta nie działa gdy; a) przez przewodnik nie płynie prąd , b) gdy przewodnik jest ustawiony równolegle do linii pola. Rys.7. Przewodnik z prądem w polu magnetycznym - reguła lewej dłoni. 2. Indukcja magnetyczna [B] Jest to wielkość wektorowa, styczna do linii sił pola magnetycznego, zwrócona zgodnie z liniami pola. Wartość indukcji magnetycznej [B] w danym miejscu pola jest równa stosunkowi maksymalnej siły [elektrodynamicznej - F] działającej na umieszczony w tym miejscu przewodnik z prądem do iloczynu natężenia prądu [I] i długości [l] przewodnika.  Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla [T]:  Rys.8. Indukcja magnetyczna. Wartość indukcji w danym miejscu pola zależy od cech źródła pola magnetycznego, odległości od źródła i rodzaju ośrodka, w którym pole wytworzono. Gdy źródłem pola magnetycznego jest bardzo długi przewodnik , to  w powietrzu lub w próżni , gdzie r - to odległość punktu pola od przewodnika, I - natężenie prądu w przewodniku, a  jest tzw. przenikalnością magnetyczną próżni. W środku płaszczyzny przewodnika kołowego [w powietrzu lub próżni] , gdzie r jest promieniem koła; a wewnątrz długiej, gęsto nawiniętej cewki  , gdzie z oznacza liczbę zwojów a l - długość cewki. Wsunięcie do cewki rdzenia ze stali lub niklu powoduje namagnesowanie rdzenia i w konsekwencji zwiększenie indukcji do wartości : , gdzie  jest tzw. względną przenikalnością magnetyczną rdzenia. Względna przenikalność magnetyczna jest różna dla różnych substancji i ze względu na jej wartość substancje dzielą się na ferromagnetyki, paramagnetyki i diamagnetyki. Szczególnie ważnymi są ferromagnetyki, wykorzystywane np. w elektromagnesach.W w/w wzorach , wyrażenia :  ;  i  stanowią wektorową wielkość fizyczną nazywaną natężeniem pola magnetycznego [H] wyrażaną w  .Pomiędzy wektorami B i H jest zależność:  i  3. Silnik na prąd stały Siłę elektrodynamiczną wykorzystuje się między innymi do wykonywania pracy. Urządzenie służące do tego, nazywamy silnikiem. Rys.9. Model silnika na prąd stały. Silnik stanowi przewodnik zwinięty w kształt ramki [w praktyce jest to kilka ramek], mogącej obracać się wokół osi, umieszczonej w polu magnetycznym [pomiędzy biegunami elektromagnesu]. Przez ramkę przepuszczany jest prąd za pośrednictwem szczotek [S1 i S2], które dociskają do tzw. komutatora. Komutator jest złożony z dwóch półkolistych elementów metalowych, odizolowanych od siebie, połączonych z końcami ramki. Zadaniem komutatora jest zapewnienie stałego kierunku płynięcia prądu przez ramkę względem pola magnetycznego. Gdy przez ramkę płynie prąd , na jej boki działają siły elektrodynamiczne, powodujące obrót ramki wokół osi. Taki silnik może służyć do uruchamiania samochodu [rozrusznik] lub do napędzania niektórych pojazdów [wózki akumulatorowe, samochody - zabawki na baterie, itp.] Siłę elektrodynamiczną można również wykorzystać do pomiaru natężenia lub napięcia prądu. Wystarczy do ramki doczepić wskazówkę, której koniec będzie przemieszczał się wzdłuż skali z odpowiednimi jednostkami. W mierniku nie ma potrzeby używania komutatora [ramka może obracać się tylko o kąty proporcjonalne do natężenia i napięcia], ale do zapewnienia poprawności działania konieczne są sprężynki równoważące skutki działania sił elektrodynamicznych i umożliwiające powrót wskazówki do położenia początkowego po wyłączeniu prądu. 4. Oddziaływanie przewodników z prądem Przewodnik z prądem wytwarza wokół siebie, wzdłuż całej długości, pole magnetyczne. Na przewodnik z prądem, który znajdzie się w tym polu działa siła elektrodynamiczna [rys.10]. Rys.10. Oddziaływanie przewodników z prądem na siebie. Oddziaływanie przewodników z prądem jest wzajemne. Gdy w obu przewodnikach popłyną prądy w tych samych kierunkach, przewodniki wzajemnie się przyciągają.[rys.11 a]. Gdy w przewodnikach płyną prądy w przeciwne strony - przewodniki odpychają się [rys.11 b]. Rys.11. a i b Siła wzajemnego oddziaływania wyraża się wzorem:  , gdzie  jest przenikalnością magnetyczną próżni, I1 i I2 - to natężenia prądów w przewodnikach, l - długość części przewodnika na którą działa siła, a d - to odległość przewodników od siebie.Gdy I1 = I2 = 1A oraz l =d = 1m , to w próżni [i w przybliżeniu w powietrzu] wartość siły wynosi F = 2.10-7 N. Cząstka w polu magnetycznym 1. Siła Lorentza Dowolna cząstka nie obarczona ładunkiem lub naelektryzowana, ale spoczywająca albo poruszająca się wzdłuż linii pola magnetycznego, w polu magnetycznym nie doznaje działania żadnej siły. Cząstka naelektryzowana, wpadająca w obszar pola magnetycznego z prędkością v doznaje działania siły, nazywanej siłą Lorentza i osiągającej największą wartość, gdy ruch cząstki odbywa się w kierunku prostopadłym do linii pola [rys.12]. Rys.12. Siła Lorentza. Wartość maksymalnej siły Lorentza wynosi: F = q v B , gdzie q jest ładunkiem cząstki, v jej prędkością a B indukcją magnetyczną pola, w którym cząstka się porusza. Siła ta jest prostopadła do prędkości cząstki. Kierunek i zwrot siły określa reguła lewej dłoni [reguła Fleminga] lub reguła korkociągu [rys.13]. Rys.13. Reguła lewej dłoni i korkociągu. Korkociąg [lub śrubę prawoskrętną] obracamy od v cząstki dodatniej do B po najkrótszej drodze. Ruch postępowy śruby wyznacza nam zwrot siły. Jeśli cząstka jest ujemna, to zwrot siły jest przeciwny do ruchu postępowego korkociągu. W oparciu o siłę Lorentza można zdefiniować indukcję magnetyczną, iż jest to wielkość fizyczna o wartości równej stosunkowi siły [F] działającej na cząstkę poruszającą się prostopadle do linii pola magnetycznego, do iloczynu ładunku [q] cząstki i jej prędkości [v].  Możemy również powiedzieć, że: przestrzeń, w której na poruszające się ładunki działają siły magnetyczne [Lorentza] nazywamy polem magnetycznym. 2. Tor ruchu cząstki w polu magnetycznym Siła Lorentza działająca na cząstkę poruszającą się prostopadle do linii pola magnetycznego, jest prostopadła do wektora prędkości tej cząstki. Taka siła jest siłą dośrodkową, zakrzywiającą tor ruchu tej cząstki [rys14]. Rys.14. Tor ruchu cząstki w polu magnetycznym. Pod wpływem siły dośrodkowej cząstka o masie m, obarczona ładunkiem q, poruszająca się z prędkością v prostopadle do linii pola magnetycznego o indukcji B zatacza okrąg, którego promień r wyznaczamy z porównania siły Lorentza z siłą dośrodkową: F Lorentza = F dośrodkowa , czyli  , z czego wynika  .Czas zataczania jednego okręgu, czyli okres ruchu cząstki wynosi  , co oznacza, że okres ruchu nie zależy ani od wartości prędkości, ani od promienia zataczanego okręgu. Zostało to wykorzystane w cyklotronach.3. Cyklotron Jest to urządzenie służące do przyspieszania cząstek naładowanych w celu uzyskania cząstek mających dużą energię. Takie cząstki wykorzystuje się między innymi w celach naukowych i w medycynie. Rys. 15. Cyklotron. Cyklotron stanowią dwie, opróżnione z powietrza, części metalowej puszki [tzw. duanty] , umieszczone w jednorodnym, prostopadłym, polu magnetycznym o indukcji B. W przestrzeni, pomiędzy duantami wytwarzane jest pole elektryczne poprzez dołączenie do punktów A i B zmieniającego się okresowo napięcia. W środku przestrzeni [punkt Z na rys.15] umieszcza się źródło cząstek [np. protonów]. Pole elektryczne przyspiesza cząstki, które wpadają do wnętrza duantu i w polu magnetycznym zataczają połowę okręgu, w czasie połowy okresu, docierając do szczeliny. W tym momencie zwrot linii pola elektrycznego jest przeciwny do poprzedniego i pole znowu przyspiesza cząstki. Cząstki o większej prędkości wpadając w pole magnetyczne zataczają połowę okręgu o większym promieniu, ale w tym samym czasie [pół okresu] i znowu docierają do szczeliny. Każdorazowo podczas ruchu cząstek przez szczelinę między duantami pole elektryczne przyspiesza cząstki, a podczas ruchu w duantach pole magnetyczne zakrzywia tor ich ruchu, aż do momentu, gdy promień okręgu stanie się prawie równy promieniowi duantu. Wtedy cząstki wydostają się na zewnątrz i mogą być wykorzystane np. do bombardowania nimi jąder atomowych pierwiastków w celu uzyskania innych jąder lub cząstek. Odpowiednie układy pól elektrycznych i magnetycznych wykorzystuje się do sterowania ruchem cząstek naładowanych w różnego rodzaju urządzeniach. Należą do nich wszelkiego typu lampy oscyloskopowe, kineskopowe, monitory, itp. Indukcja elektromagnetyczna 1. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Przeprowadzone w 1831 roku przez Michała Faraday'a doświadczenia wykazały, że pole magnetyczne może wywołać przepływ prądu w obwodzie nie podłączonym do źródła napięcia. Aby to się zdarzyło, obwód musi być zamknięty i pole magnetyczne nie może być stałe tzn. musi zmieniać się np. odległość obwodu od źródła pola magnetycznego, ustawienie obwodu względem linii pola magnetycznego, lub wartość indukcji magnetycznej. Wzbudzany w obwodzie prąd , nazywamy indukcyjnym a zjawisko wzbudzania prądu indukcyjnego nazywamy zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej. Rys.16. Sposoby wzbudzania prądu indukcyjnego. We wszystkich przypadkach wskazanych na rys.16 w obwodzie zamkniętym wzbudza się prąd indukcyjny. To oznacza, że pomiędzy końcami obwodu wzbudza się różnica potencjałów. Tę różnicę potencjałów nazywamy siłą elektromotoryczną [SEM] indukcji, oznaczamy literą E i wyrażamy w woltach. Faraday sformułował prawo indukcji, które mówi, że: SEM indukcji jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian liczby linii pola magnetycznego [czyli strumienia magnetycznego] przenikających przez obwód. Zapis tego prawa ma postać:   jest zmianą [przyrostem lub ubytkiem] strumienia magnetycznego [liczby linii pola magnetycznego] przenikającego przez obwód, a  czasem, w którym ta zmiana nastąpiła. Jeśli obwód zawiera cewkę mającą n zwojów, to SEM będzie n razy większa. Przez strumień magnetyczny należy rozumieć liczbę linii pola magnetycznego przenikających przez powierzchnię ustawioną prostopadle do tych linii. Wartość strumienia przenikającego przez tak ustawioną powierzchnię obliczamy z wzoru:  .Strumień magnetyczny wyrażamy w weberach [Wb]. 1Wb = 1T.1m2 [T- tesla - to jednostka indukcji magnetycznej (B), a m2 - jednostka pola powierzchni (S)]. Znak minus jest związany z kierunkiem wzbudzającego się prądu indukcyjnego. Mówi o tym reguła Lenza, której interpretację przedstawia rys.17. Rys.17. Reguła Lenza. Prąd indukcyjny ma taki kierunek, że jego własne pole magnetyczne przeciwdziała zmianom strumienia magnetycznego, który jest przyczyną jego wzbudzenia. Ta reguła wynika z zasady zachowania energii. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej wykorzystuje się między innymi do wytwarzania prądu zmiennego. 2. Zjawisko samoindukcji To zjawisko polega na wzbudzaniu się dodatkowego prądu w takim obwodzie, w którym następuje zmiana natężenia prądu, np. podczas włączania lub wyłączania prądu w obwodzie, podczas wzrostu lub zmniejszania natężenia prądu już płynącego w tym obwodzie. Dodatkowy prąd ma kierunek zgodny z regułą Lenza, a jego napięcie - SEM samoindukcji jest tym większe im szybciej zmienia się natężenie prądu powodującego wzbudzanie, oraz zależy od cech obwodu. SEM samoindukcji można wyrazić wzorem:  , gdzie L jest tzw. indukcyjnością obwodu [cewki, odbiornika], wyrażaną w henrach [H], która np. dla cewki jest tym większa, im więcej cewka ma zwojów i większe jest pole jej przekroju [grubość cewki]. O indukcyjności cewki decyduje również jej długość i obecność rdzenia. Dodatkowe prądy wzbudzane w obwodzie mogą osiągać bardzo duże natężenia i mogą się stać przyczyną zniszczenia urządzeń elektrycznych. Aby tego uniknąć, domowe urządzenia elektryczne włączamy do sieci poprzez tzw. kontakty, czyli włączniki, a nie poprzez wkładanie lub wyjmowanie wtyczki do lub z gniazdka.Prąd przemienny 1. Prądnica prądu przemiennego Prądnica, jest to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną. Prądnicę stanowi przewodnik zwinięty w kształt ramki, umieszczony w polu magnetycznym o stałej indukcji B [rys.18]. Ramka jest obracana wokół osi z prędkością kątową  , gdzie T jest okresem, czyli czasem jednego obrotu. Końce ramki są połączone z metalowymi pierścieniami, do których dociskają szczotki stanowiące bieguny prądnicy.Rys.18. Prądnica prądu przemiennego. Podczas obrotu ramki w polu magnetycznym zmienia się strumień magnetyczny przenikający przez ramkę [przy różnych ustawieniach ramki, różne są pola powierzchni przez którą przenika pole magnetyczne]. Zmiana strumienia magnetycznego przenikającego przez ramkę, wzbudza pomiędzy końcami ramki różnicę potencjałów czyli tzw. siłę elektromotoryczną indukcji [SEM - E]. Ta różnica potencjałów okazuje się być zmienna w czasie. Można ją wyrazić wzorem:  , gdzie : E jest wartością SEM w dowolnej chwili t, E0 jest maksymalną wartością SEM,  jest prędkością kątową ramki , a t - czasem [momentem], w którym wartość SEM wynosi E. Zależność SEM od czasu przedstawia rys.19 [a].Rys.19. Zależność E(t) i I(t) dla prądu przemiennego. Jeżeli w obwodzie zasilanym taką prądnicą znajdzie się odbiornik o oporze R, to popłynie przez niego prąd o natężeniu zmieniającym się w czasie zgodnie z wzorem:  , gdzie I jest natężeniem prądu w chwili t, a I0 jest maksymalnym natężeniem prądu [rys.19 b]. 2. Cechy prądu przemiennego - sieciowego Taki prąd, którego napięcie i natężenie zmieniają się zgodnie z powyższymi wykresami, nazywamy prądem przemiennym. Takim prądem są zasilane elektryczne urządzenia domowe. Prądnice tego prądu znajdują się w elektrowniach i za pośrednictwem sieci przesyłowej, prąd przemienny dociera do odbiorców. Prąd sieciowy jest prądem, którego napięcie maksymalne wynosi około 310V, a napięcie nazywane skutecznym - 220V. Okres wynosi 1/50 s, a jego odwrotność, czyli częstotliwość prądu wynosi 50 Hz. Oznacza to, że prąd płynący przez odbiorniki w naszych mieszkaniach: w czasie 1 sekundy zmienia 100 razy kierunek płynięcia, osiąga maksymalne natężenie i napięcie 50 razy podczas płynięcia w jedną stronę i 50 razy podczas płynięcia w drugą stronę, 100 razy napięcie i natężenie osiągają wartości zerowe. 3. Napięcie i natężenie skuteczne Prąd przemienny płynąc przez odbiorniki wykonuje pracę, która nie jest stała w czasie. Moc prądu również nie jest stała. Zależność mocy prądu przemiennego od czasu przedstawia wykres na rys.20. Rys.20. Zależność mocy prądu przemiennego od czasu. Ponieważ moc  , to praca W = P t . Miarą pracy jest pole figury otrzymanej pod wykresem P(t) na rys.20. Średnia wartość tej pracy jest równa  i jej miarą jest pole figury pod wykresem zależności średniej mocy od czasu [rys.21].Rys.21. Zależność średniej mocy prądu przemiennego od czasu. Uśrednienie pracy i mocy prądu pozwala na obliczenie wartości natężenia i napięcia takiego prądu stałego, który w tym samym czasie [np. t = 1T = 1 okres] wykonuje pracę równą pracy prądu przemiennego. Te stałe wartości natężenia i napięcia nazwano natężeniem skutecznym [Isk] i napięciem skutecznym [Usk] prądu przemiennego. W porównaniu z wartościami maksymalnymi [I0 i U0] natężenia i napięcia, wartości skuteczne wynoszą :  i . Dla prądu sieciowego napięcie skuteczne wynosi 220V, a wartość natężenia zależy od oporu odbiornika prądu. Moc odbiorników podawana przez producentów jest mocą średnią, a mierniki napięcia i natężenia prądu przemiennego mierzą wartości skuteczne. Średnia moc prądu przemiennego wynosi: Pśr= Usk* Isk = Isk2R Transformator Transformator jest urządzeniem służącym do przetwarzania prądu przemiennego o napięciu skutecznym U1 na prąd również przemienny o napięciu skutecznym U2 .Przetworzone napięcie może być stosownie do potrzeb wyższe lub niższe od przetwarzanego. Rys.22. Budowa transformatora. Zasadniczymi elementami transformatora są: stalowy rdzeń i osadzone na nim cewki nazywane uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Przez uzwojenie pierwotne, zawierające n1 zwojów przepuszcza się prąd przemienny o napięciu skutecznym U1. W rdzeniu stalowym skupia się zmienny strumień magnetyczny pola magnetycznego pochodzącego od tego prądu. Uzwojenie wtórne jest zatem objęte zmiennym strumieniem magnetycznym. To jest przyczyną wzbudzania w uzwojeniu wtórnym prądu o napięciu skutecznym U2 proporcjonalnym do szybkości zmian strumienia magnetycznego i liczby zwojów n2 tego uzwojenia. Stosunek napięć w uzwojeniach jest równy stosunkowi liczby zwojów :  i stanowi tzw. przekładnię transformatora. Znając przekładnię transformatora możemy określić ile razy U2 jest większe lub mniejsze od U1, oraz ile razy więcej lub mniej zwojów ma uzwojenie wtórne w stosunku do uzwojenia pierwotnego [np. gdy przekładnia wynosi 100; to znaczy, że U2 = 100 U1 oraz n2 = 100n1. Transformatory przetwarzają również natężenie skuteczne prądu przemiennego. W przypadku 100% sprawności spełniona jest zależność :  , co oznacza, że transformator podwyższający napięcie - obniża natężenie, a transformator obniżający napięcie - podwyższa natężenie prądu przemiennego.Obwody prądu przemiennego W obwodach mogą znaleźć się różne odbiorniki, stawiające prądowi opór. Wartość oporu stawianego prądowi przemiennemu nie zawsze jest równa wartości oporu stawianego prądowi stałemu. Zwykły opornik [żarówka, spirala grzejna] stawia obu prądom taki sam opór, oznaczany zazwyczaj literą R i nazywany oporem omowym [czynnym]. Kondensator stawia prądowi stałemu niezmiernie duży opór [stanowi przerwę w obwodzie i prąd może płynąć tylko do momentu naładowania kondensatora], natomiast prądowi przemiennemu stawia bardzo mały opór [kondensator na przemian ładuje się i rozładowuje]. Opór stawiany prądowi przemiennemu przez kondensator nazywamy oporem pojemnościowym [R C]. Opór pojemnościowy jest tym mniejszy im większa jest pojemność kondensatora [C] i im większa jest częstotliwość prądu. Zwojnica [cewka] o indukcyjności L stawia prądowi stałemu opór omowy zależny od długości zwiniętego przewodnika i pola jego przekroju oraz od rodzaju materiału, z którego jest wykonany [zazwyczaj miedź], a prądowi przemiennemu stawia dodatkowy opór [bierny] nazywany oporem indukcyjnym [RL]. Ten opór ma związek z wzbudzaniem SEM samoindukcji w cewce i jego wartość jest tym większa im większa jest indukcyjność [L] cewki i częstotliwość prądu. Obecność kondensatora, cewki, lub obu tych elementów w obwodzie prądu przemiennego powoduje, że natężenie i napięcie mogą nie być zgodne w fazie, tzn. nie osiągają w tych samych momentach wartości np. maksymalnych czy zerowych. Przedstawia to rys.22. Rys.22. Przesunięcie fazowe pomiędzy natężeniem i napięciem prądu przemiennego. Całkowity opór obwodu zawierającego R, L i C [opór omowy, cewkę i kondensator] nazywamy zawadą [Z]. Zawadę liczymy z wzoru :  , gdzie RL i RC wynoszą : i  , a  .W obwodzie prądu przemiennego można tak dobrać wartości RL i RC , by były sobie równe i wtedy zawada jest najmniejsza, równa oporowi R, oraz natężenie prądu osiąga największą możliwa wartość. Takie obwody, nazywane rezonansowymi wykorzystuje się do nadawania i odbioru fal elektromagnetycznych. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| wszelkie prawa zastrzeżone © 2007 Fundacja Nauka i Wiedza |