Проведем простой опыт для доказательства того, что ток, получаемый от электростанций, действительно переменный (постоянно меняющий свое направление).
Включим в сеть обычную электрическую лампочку и осторожно поднесем к ней постоянный магнит так, чтобы нить лампочки была перпендикулярна к линии его магнитного поля. Мы увидим, что при этом нить лампочки расплывается в широкую полоску. Это показывает, что нить в поле магнита быстро колеблется, отклоняясь, то в одну сторону, то в другую. Но мы знаем, что в постоянном магнитном поле ток определенного направления отклоняется в одну сторону. Следовательно, наш опыт показывает, что ток в нити лампочки меняет свое направление много раз в секунду.
Этот простой опыт, хотя показывает нам, что ток в сети – переменный, но не дает еще возможности проследить за законом изменения мгновенных значений силы тока, т.е. изучить его форму. Если бы мы в своем первоначальном опыте вращали рамку достаточно медленно, то увидели бы, что стрелка гальванометра во внешней цепи рамки отклоняется то в одну сторону, то в другую. Учитывая эти отклонения, мы могли бы составить представление о форме тока, но переменный технический ток меняет направление настолько часто, что обычные гальванометры не успевают следить за его изменениями. Поэтому нужны более чувствительные приборы, которые получили название осциллографы. Осциллографы – это приборы, предназначенные для исследования быстропеременных токов и напряжений. Опыт, проведенный с использованием осциллографа, показывает, что для технического тока кривая, изображающая форму переменного тока, действительно очень близка к синусоиде. Такой же вид имеют и кривые, изображающие форму технического переменного напряжения.
1.5. Рассмотрим теперь индуктивность катушки. При самоиндукции, как и при всяком процессе индукции, индуцированная в катушке э. д. с. пропорциональна скорости изменения магнитного потока через витки катушки. Магнитный же поток пропорционален силе тока в цепи.
Если в некоторый момент t1сила тока в цепи равна i1, то магнитный поток Ф1 будет пропорционален i1, т.е.
Ф1 = Li1,
где L — коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков, размеров и формы катушки и, следовательно, имеющий различные значения для различных катушек. Пусть через небольшой промежуток времени, к моменту t2, сила тока в цепи стала равной i2 и, следовательно, в этот момент магнитный поток
Ф2 = Li2.
Таким образом, за время t2—t1 магнитный поток изменился на Ф2—Ф1 = L(i2—i1).Обозначив, как и прежде, небольшие разности Ф2—Ф1, i2—i1, t2—t1 соответственно через DФ, Di, Dt,найдем э. д. с. индукции с помощью соотношения
x1 = = L . (1)
Характеризующий катушку множитель L называется индуктивностью катушки. Если катушка такова, что при изменении тока на Di=l А в течение времени Dt=1 с в цепи возникает э. д. с. x = 1 В, то индуктивность подобной катушки принимают за единицу для измерения индуктивности. Эта единица получила название генри (Гн) в честь американского физика Джозефа Генри (1797— 1878). Таким образом, если измерять индуктивность катушки в генри, ток в амперах, а время в секундах, то э. д. с. самоиндукции выразится с помощью формулы (1)в вольтах. Если, например, индуктивность катушки равна 5 Гн и ток в ней изменяется на 1 А за 0,02 с, то средняя индуцированная э. д. с.
x1 = 5 Гн. = 250 В.
Расчеты и эксперимент дают, что индуктивность очень длинной катушки (соленоида) определяется формулой
L = mm0 , (2)
где N — число витков, S — площадь сечения, l — длина катушки, m— относительная магнитная проницаемость среды, заполняющей катушку. Таким образом, индуктивность катушки тем больше, чем больше площадь ее сечения, ибо это условие увеличивает магнитный поток через катушку при одном и том же токе в ней. Если вставить в катушку железный сердечник, индуктивность ее сильно возрастает, так как относительная магнитная проницаемость железа очень велика. В соответствии с формулой (2)
m0 = ,
откуда следует, что m0 может быть выражена в генри на метр (Гн/м) . Напомним, что m и N — безразмерные величины.
Явление индукции, а следовательно, и самоиндукции происходит не только в катушках, но и в проводниках любой формы, в том числе и в прямолинейных проводниках. Поэтому любой проводник характеризуется определенным значением индуктивности. Однако для большинства проводников, не имеющие формы катушки, индуктивность настолько мала, что обычно на самоиндукцию в таких проводниках можно не обращать внимания. Только при очень быстрых изменениях тока, когда отношение Di/Dt становится очень большим, приходится считаться с э.д.с. самоиндукции, возникающей даже в таких линейных проводниках.
Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 308;