แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง การเหนี่ยวนำตนเองคืออะไร - คำอธิบายด้วยคำพูดง่ายๆ
กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ ตัวตัวนำ ฟลักซ์แม่เหล็ก F ผ่านวงจรของตัวนำนี้เป็นสัดส่วนกับโมดูลเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กภายในวงจร และการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในทางกลับกันจะเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านลูปจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสในลูป:
ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างความแรงของกระแส I ในวงจรและฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้เรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ ความเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของตัวนำ และคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสภาพแวดล้อมที่ตัวนำนั้นตั้งอยู่
หน่วยของการเหนี่ยวนำ
หน่วยของการเหนี่ยวนำในระบบสากลคือเฮนรี่ หน่วยนี้ถูกกำหนดตามสูตร (55.1):
ความเหนี่ยวนำของวงจรจะเท่ากับ ถ้าที่กระแสตรง 1 A ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรจะเท่ากับ
การเหนี่ยวนำตนเอง
เมื่อกระแสในขดลวดเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดควรทำให้เกิดลักษณะที่ปรากฏของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด ปรากฏการณ์การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำใน
ของวงจรไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในวงจรนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตัวเอง
ตามกฎของ Lenz แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองจะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นเมื่อวงจรเปิดอยู่ และกระแสไฟลดลงเมื่อปิดวงจร
ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองสามารถสังเกตได้โดยการประกอบวงจรไฟฟ้าจากขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำสูง, ตัวต้านทาน, หลอดไส้สองหลอดที่เหมือนกันและแหล่งกำเนิดกระแส (รูปที่ 197) ตัวต้านทานต้องมีความต้านทานไฟฟ้าเท่ากับขดลวด ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อวงจรปิด หลอดไฟฟ้าที่ต่ออนุกรมกับขดลวดจะสว่างช้ากว่าหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน การเพิ่มขึ้นของกระแสในวงจรคอยล์ในระหว่างการปิดถูกป้องกันโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งเกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กในคอยล์เพิ่มขึ้น เมื่อปิดแหล่งพลังงาน ไฟทั้งสองดวงจะกะพริบ ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะถูกรักษาโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดลดลง
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ
แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเหนี่ยวนำของขดลวดและอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด
เมื่อใช้นิพจน์ (55.3) เราสามารถให้คำจำกัดความที่สองของหน่วยตัวเหนี่ยวนำได้: องค์ประกอบของวงจรไฟฟ้ามีการเหนี่ยวนำ ถ้าความแรงของกระแสในวงจรเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอ 1 A ใน 1 วินาที ซึ่งเป็นตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าของ 1 V เกิดขึ้นในนั้น
พลังงานสนามแม่เหล็ก
เมื่อขดลวดเหนี่ยวนำถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า หลอดไส้ที่ต่อขนานกับขดลวดจะทำให้เกิดแสงวาบในระยะสั้น กระแสในวงจรเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง แหล่งกำเนิดพลังงานที่ปล่อยออกมาในวงจรไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กของขดลวด
พลังงานของสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้ดังนี้ เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น ให้พิจารณากรณีที่หลังจากถอดขดลวดออกจากแหล่งกำเนิดแล้ว กระแสในวงจรจะลดลงตามเวลาตามกฎเชิงเส้น ในกรณีนี้แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเองมีค่าคงที่เท่ากับ
9.4. ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
9.4.3. ค่าเฉลี่ย แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง
เมื่อฟลักซ์ที่เกี่ยวข้องกับวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดเปลี่ยนแปลงผ่านพื้นที่ที่ถูกจำกัดโดยวงจรนี้ สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้นและกระแสเหนี่ยวนำจะไหล - ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยตนเอง
โมดูล แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองโดยเฉลี่ยสำหรับช่วงระยะเวลาหนึ่งจะคำนวณโดยใช้สูตร
- ℰ ฉัน |
- Δ Ф s |
∆t,
โดยที่ ΔФ s คือการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กควบคู่กับวงจรในช่วงเวลา Δt
หากความแรงของกระแสในวงจรเปลี่ยนแปลงตามเวลา I = I (t) ดังนั้น
∆Ф s = L ∆I,
โดยที่ L คือการเหนี่ยวนำของวงจร ΔI - การเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในวงจรเมื่อเวลาผ่านไป Δt;
- ℰ ฉัน | 〉 = ล |∆ฉัน |
- ∆t,
โดยที่ ΔI /Δt คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจร
ถ้า
- ตัวเหนี่ยวนำลูป
เปลี่ยนแปลงตามเวลา L = L (t) ดังนั้น
การเปลี่ยนแปลงของการไหลควบคู่กับเส้นขอบถูกกำหนดโดยสูตร
สารละลาย . การปรากฏตัวของ EMF เหนี่ยวนำตัวเองในวงจรเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ควบคู่กับวงจรเมื่อความแรงของกระแสในนั้นเปลี่ยนแปลง
การไหลที่เกี่ยวข้องกับวงจรถูกกำหนดโดยสูตร:
- ที่ความแรงปัจจุบัน I 1
Фs 1 = LI 1,
โดยที่ L คือความเหนี่ยวนำของวงจร L = 20 mH; ผม 1 - กระแสเริ่มต้นในวงจร ผม 1 = 1.4 A;
- ที่ความแรงปัจจุบัน I 2
Фs 2 = LI 2,
โดยที่ I 2 คือความแรงกระแสสุดท้ายในวงจร
การเปลี่ยนแปลงของการไหลควบคู่กับวงจรถูกกำหนดโดยความแตกต่าง:
Δ Ф s = Ф s 2 − Ф s 1 = L I 2 − L I 1 = L (I 2 − I 1)
โดยที่ฉัน 2 = 0.8I 1
ค่าเฉลี่ยของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนไป:
〈 ℰ s ฉัน 〉 = |
Δ Ф s Δ t |
- L (ฉัน 2 − ฉัน 1) Δ t |
- − 0.2 ลิตร ผม 1 Δ เสื้อ |
= 0.2 ลิตร ผม 1 Δ เสื้อ
โดยที่ ∆t คือช่วงเวลาที่กระแสไฟฟ้าลดลง ∆t = 80 ms
การคำนวณให้ค่า:
〈 ℰ s i 〉 = 0.2 ⋅ 20 ⋅ 10 − 3 ⋅ 1.4 80 ⋅ 10 − 3 = 70 ⋅ 10 − 3 วินาที = 70 mV
รูปที่ 3 แสดงวิธีการสร้างกระแสไฟฟ้าในวงจรหลังจากเปิดเครื่อง แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งมุ่งตรงในขณะที่เปิดสวิตช์กับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ขององค์ประกอบทำให้กระแสไฟฟ้าในวงจรอ่อนลงดังนั้นในขณะที่เปิดสวิตช์กระแสไฟฟ้าจึงเป็นศูนย์ จากนั้นในช่วงเวลาแรกกระแสคือ 2 A ในช่วงเวลาที่สอง - 4 A ที่วินาทีที่สาม - 5 A และหลังจากผ่านไประยะหนึ่งกระแส 6 A จะถูกสร้างขึ้นในวงจร
รูปที่ 3 กราฟของกระแสที่เพิ่มขึ้นในวงจรโดยคำนึงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเอง | รูปที่ 4 EMF การเหนี่ยวนำตัวเองในขณะที่เปิดวงจรจะหันไปในทิศทางเดียวกับ EMF ของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า |
เมื่อวงจรถูกเปิด (รูปที่ 4) กระแสไฟฟ้าที่หายไปซึ่งมีทิศทางที่แสดงด้วยลูกศรเดียวจะลดสนามแม่เหล็กลง ฟิลด์นี้ซึ่งลดลงจากค่าที่แน่นอนเป็นศูนย์ จะข้ามตัวนำอีกครั้งและทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองในนั้น
เมื่อปิดวงจรไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองจะถูกนำไปในทิศทางเดียวกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า ทิศทางของ EMF การเหนี่ยวนำตัวเองจะแสดงในรูปที่ 4 ด้วยลูกศรคู่ อันเป็นผลมาจากการกระทำของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองกระแสในวงจรจะไม่หายไปทันที
ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองมักจะมุ่งตรงไปที่สาเหตุที่ทำให้เกิดสิ่งนั้นเสมอ เมื่อสังเกตคุณสมบัตินี้ พวกเขากล่าวว่า EMF การเหนี่ยวนำตัวเองนั้นมีปฏิกิริยาในธรรมชาติ
การเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรของเราโดยคำนึงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองเมื่อปิดและเมื่อเปิดในเวลาต่อมาในเวลาที่แปดจะแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 กราฟของการขึ้นและลงของกระแสในวงจรโดยคำนึงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง | รูปที่ 6 กระแสเหนี่ยวนำเมื่อวงจรถูกเปิด |
เมื่อเปิดวงจรที่มีรอบจำนวนมากและแกนเหล็กขนาดใหญ่หรือตามที่พวกเขากล่าวว่ามีความเหนี่ยวนำสูง แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองอาจมากกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหลายเท่า จากนั้นในขณะที่เปิดช่องว่างอากาศระหว่างมีดและแคลมป์คงที่ของสวิตช์จะขาดและส่วนโค้งไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะทำให้ชิ้นส่วนทองแดงของสวิตช์ละลายและหากไม่มีปลอกบนสวิตช์ก็สามารถทำได้ เผามือบุคคล (รูปที่ 6)
ในวงจรนั้น EMF แบบเหนี่ยวนำตัวเองสามารถทะลุฉนวนของขดลวด แม่เหล็กไฟฟ้า และอื่นๆ ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ อุปกรณ์สวิตชิ่งบางตัวจะมีการป้องกัน EMF เหนี่ยวนำตัวเองในรูปแบบของหน้าสัมผัสพิเศษที่จะลัดวงจรขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อปิดสวิตช์
ควรคำนึงว่า EMF การเหนี่ยวนำตัวเองนั้นไม่เพียงแสดงออกมาในช่วงเวลาที่เปิดและปิดวงจรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าด้วย
ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจร ตัวอย่างเช่นหากสำหรับวงจรเดียวกันในกรณีหนึ่งภายใน 1 วินาทีกระแสในวงจรเปลี่ยนจาก 50 เป็น 40 A (นั่นคือ 10 A) และในอีกกรณีหนึ่งจาก 50 เป็น 20 A (นั่นคือโดย 30 A ) จากนั้นในกรณีที่สองจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่มากขึ้นสามเท่าในวงจร
ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองนั้นขึ้นอยู่กับความเหนี่ยวนำของวงจรเอง วงจรที่มีความเหนี่ยวนำสูง ได้แก่ ขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า และขดลวดเหนี่ยวนำที่มีแกนเหล็ก ตัวนำตรงมีความเหนี่ยวนำต่ำกว่า ตัวนำตรงแบบสั้น, หลอดไส้และอุปกรณ์ทำความร้อนไฟฟ้า (เตา, เตา) ไม่มีการเหนี่ยวนำในทางปฏิบัติและแทบไม่มีการสังเกตลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวเอง
ฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะวงจรและเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในนั้นจะเป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลผ่านวงจร:
ฟ = ล × ฉัน ,
ที่ไหน ล- สัมประสิทธิ์สัดส่วน มันเรียกว่าความเหนี่ยวนำ เรามากำหนดมิติของการเหนี่ยวนำ:
โอห์ม × วินาที หรือเรียกอีกอย่างว่าเฮนรี (Hn)
1 เฮนรี่ = 10 3 ; มิลลิเฮนรี (mH) = 10 6 ไมโครเฮนรี (µH)
ความเหนี่ยวนำ ยกเว้นเฮนรี่ วัดเป็นเซนติเมตร:
1 เฮนรี่ = 10 9 ซม.
ตัวอย่างเช่น สายโทรเลข 1 กม. มีความเหนี่ยวนำ 0.002 H ความเหนี่ยวนำของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ถึงหลายร้อยเฮนรี่
หากกระแสลูปเปลี่ยนแปลงเป็น Δ ฉันจากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนตามค่าΔ Ф:
Δ เอฟ = ล × Δ ฉัน .
ขนาดของ EMF เหนี่ยวนำตัวเองที่ปรากฏในวงจรจะเท่ากับ (สูตรของ EMF เหนี่ยวนำตัวเอง):
หากกระแสเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอเมื่อเวลาผ่านไป นิพจน์จะคงที่และสามารถถูกแทนที่ด้วยนิพจน์ได้ จากนั้นค่าสัมบูรณ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรสามารถหาได้ดังนี้:
จากสูตรสุดท้าย เราสามารถกำหนดหน่วยความเหนี่ยวนำได้ - เฮนรี่:
ตัวนำมีค่าความเหนี่ยวนำ 1 H หากกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอ 1 A ต่อ 1 วินาที จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองขนาด 1 V
ดังที่เราเห็นข้างต้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงเฉพาะในช่วงเวลาที่เปิด ปิด และทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลง หากขนาดของกระแสในวงจรไม่เปลี่ยนแปลงดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กของตัวนำจะคงที่และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองไม่สามารถเกิดขึ้นได้ (เนื่องจาก ในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองจะรบกวน การเปลี่ยนแปลงของกระแสนั่นคือมันให้การต่อต้านแบบหนึ่ง
กระแสที่การเปลี่ยนแปลงขนาดจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ซึ่งในทางกลับกันจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเสมอ เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงในขดลวด (หรือในตัวนำโดยทั่วไป) แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองจะเกิดขึ้นในนั้น เมื่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำในขดลวดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กของมันเอง ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้จะขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส ยิ่งอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้ามากเท่าใด แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองยังขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดความหนาแน่นของขดลวดและขนาดของขดลวด ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดมีขนาดใหญ่ขึ้น จำนวนรอบและความหนาแน่นของขดลวดก็จะยิ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองมากขึ้นเท่านั้น การพึ่งพาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดจำนวนรอบและขนาดของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งในงานวิศวกรรมไฟฟ้า ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองถูกกำหนดโดยกฎของเลนซ์ EMF การเหนี่ยวนำตัวเองจะมีทิศทางที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเสมอ
การกระจายตัวของแสง (การสลายตัวของแสง) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการพึ่งพาดัชนีการหักเหสัมบูรณ์ของสารกับความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ของแสง (การกระจายความถี่) หรือสิ่งเดียวกันคือการพึ่งพาความเร็วเฟสของแสงใน สารที่มีความยาวคลื่น (หรือความถี่) นิวตันค้นพบโดยการทดลองประมาณปี ค.ศ. 1672 แม้ว่าในทางทฤษฎีจะอธิบายได้ค่อนข้างดีในภายหลังก็ตาม
การกระจายตัวเชิงพื้นที่คือการขึ้นอยู่กับเทนเซอร์ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางบนเวกเตอร์คลื่น การพึ่งพาอาศัยกันนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์หลายอย่างที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โพลาไรเซชันเชิงพื้นที่
ตัวอย่างหนึ่งของการกระจายตัวที่ชัดเจนที่สุดคือการสลายตัวของแสงสีขาวขณะที่มันผ่านปริซึม (การทดลองของนิวตัน) สาระสำคัญของปรากฏการณ์การกระจายตัวคือความแตกต่างของความเร็วการแพร่กระจายของรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันในสารโปร่งใส - ตัวกลางแสง (ในขณะที่อยู่ในสุญญากาศความเร็วของแสงจะเท่ากันเสมอโดยไม่คำนึงถึงความยาวคลื่นและสี) . โดยทั่วไป ยิ่งความถี่ของคลื่นแสงสูง ดัชนีการหักเหของตัวกลางก็จะยิ่งสูงขึ้น และความเร็วของคลื่นในตัวกลางก็จะยิ่งต่ำลง:
แสงสีแดงมีความเร็วสูงสุดในการแพร่กระจายในตัวกลาง และระดับการหักเหของแสงน้อยที่สุด
สำหรับแสงสีม่วง ความเร็วของการแพร่กระจายในตัวกลางจะน้อยที่สุด และระดับการหักเหของแสงจะสูงสุด
การสลายตัวของแสงสีขาวโดยปริซึมเป็นสเปกตรัมเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว อย่างไรก็ตาม ไม่มีใครสามารถเข้าใจปรากฏการณ์นี้ก่อนนิวตันได้
นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับทัศนศาสตร์สนใจคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของสี ความเชื่อที่พบบ่อยที่สุดคือแสงสีขาวนั้นเรียบง่าย ได้รับรังสีสีอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง มีทฤษฎีต่างๆ มากมายเกี่ยวกับประเด็นนี้ ซึ่งเราจะไม่พูดถึง
จากการศึกษาปรากฏการณ์การสลายตัวของแสงสีขาวเป็นสเปกตรัม นิวตันจึงสรุปได้ว่าแสงสีขาวเป็นแสงที่ซับซ้อน มันคือผลรวมของรังสีสีธรรมดา
นิวตันทำงานกับการตั้งค่าที่เรียบง่าย บานเกล็ดหน้าต่างห้องมืดมีรูเล็กๆ เกิดขึ้น ลำแสงแคบๆ ของแสงแดดส่องผ่านรูนี้ ปริซึมถูกวางไว้ในเส้นทางของลำแสง และวางฉากกั้นไว้ด้านหลังปริซึม บนหน้าจอ นิวตันสังเกตสเปกตรัม ซึ่งก็คือภาพที่ยาวของรูกลม ราวกับว่าประกอบด้วยวงกลมหลากสีจำนวนมาก ในกรณีนี้ รังสีสีม่วงมีความเบี่ยงเบนมากที่สุด - ปลายด้านหนึ่งของสเปกตรัม - และส่วนเบี่ยงเบนน้อยที่สุด - สีแดง - อีกด้านหนึ่งของสเปกตรัม
แต่การทดลองนี้ยังไม่ได้พิสูจน์แน่ชัดถึงความซับซ้อนของแสงสีขาวและการมีอยู่ของรังสีเชิงเดี่ยว เป็นที่ทราบกันดีและสามารถสรุปได้ว่าเมื่อผ่านปริซึม แสงสีขาวจะไม่สลายตัวเป็นรังสีธรรมดา แต่จะมีการเปลี่ยนแปลง ดังที่หลายคนคิดก่อนนิวตัน
ปัญหาตั๋วหมายเลข 25
หาพลังงาน W ของสนามแม่เหล็กของขดลวดที่มี N = 120 รอบ หากความแรงของกระแส i = 7.5 A ฟลักซ์แม่เหล็กออกไปด้านนอกจะเท่ากับ Ф = 2.3 * 10^-3 Wb
ฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุ N รอบของโซลินอยด์ทั้งหมดสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร Ф=B*S*N แต่ตามเงื่อนไขที่เราได้รับ (โดยคำนึงถึงจำนวนรอบ) จากนั้นพลังงานของแม่เหล็ก สนามของขดลวด
W=Ф*i/2=2.3*10^-3*7.5/2=8.6*10^-3 เจ
ตอบ 8.6*10^-3 จ
1. โครงสร้างของนิวเคลียส แบบจำลองอะตอม การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด
2. หม้อแปลงไฟฟ้า อุปกรณ์ หลักการทำงาน การใช้งาน
3. เมื่อคายประจุแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุที่เหมือนกัน 20 ตัวซึ่งมีความจุ 4 µF ที่ต่อขนานกัน ความร้อน 10 J จะถูกปล่อยออกมา พิจารณาว่าตัวเก็บประจุถูกชาร์จด้วยความต่างศักย์เท่าใด
คำตอบของตั๋วหมายเลข 26
1) นิวเคลียสของอะตอม - ส่วนกลางของอะตอมซึ่งมีมวลหนาแน่น (มากกว่า 99.9%) นิวเคลียสมีประจุบวก ประจุของนิวเคลียสถูกกำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมีที่อะตอมถูกกำหนดไว้ ขนาดของนิวเคลียสของอะตอมต่างๆ มีขนาดหลายเฟมโตมิเตอร์ ซึ่งเล็กกว่าขนาดของอะตอมมากกว่าหมื่นเท่า
ฟิสิกส์นิวเคลียร์ศึกษานิวเคลียสของอะตอม
นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยนิวคลีออน - โปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่เป็นกลางซึ่งเชื่อมต่อถึงกันผ่านปฏิกิริยาที่รุนแรง โปรตอนและนิวตรอนมีโมเมนตัมเชิงมุม (สปิน) ของตัวเอง เท่ากันและสัมพันธ์กับโมเมนต์แม่เหล็ก อะตอมเดียวที่ไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียสคือไฮโดรเจนเบา (โปรเทียม)
นิวเคลียสของอะตอมซึ่งถือเป็นกลุ่มของอนุภาคที่มีโปรตอนและนิวตรอนตามจำนวนที่กำหนด มักเรียกว่านิวไคลด์
อะตอมคืออนุภาคของสารที่มีขนาดและมวลด้วยกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งเป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นพาหะของคุณสมบัติของมัน
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและอิเล็กตรอน หากจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสตรงกับจำนวนอิเล็กตรอน อะตอมโดยรวมก็จะมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า มิฉะนั้นจะมีประจุบวกหรือลบและเรียกว่าไอออน ในบางกรณี อะตอมถูกเข้าใจว่าเป็นเพียงระบบที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเท่านั้น ซึ่งประจุของนิวเคลียสเท่ากับประจุทั้งหมดของอิเล็กตรอน ดังนั้นจึงแตกต่างกับไอออนที่มีประจุไฟฟ้า
นิวเคลียสซึ่งมีมวลเกือบทั้งหมด (มากกว่า 99.9%) ของมวลอะตอม ประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่ไม่มีประจุรวมตัวกันด้วยแรงอย่างแรง อะตอมถูกจำแนกตามจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส: จำนวนโปรตอน Z สอดคล้องกับหมายเลขลำดับของอะตอมในระบบธาตุของ Mendeleev และพิจารณาว่ามันเป็นขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างและจำนวนนิวตรอน N - ไอโซโทปเฉพาะขององค์ประกอบนี้ อะตอมเดียวที่ไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียสคือไฮโดรเจนเบา (โปรเทียม) เลข Z ยังกำหนดประจุไฟฟ้าบวกสุทธิ (Ze) ของนิวเคลียสของอะตอมและจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลาง ซึ่งเป็นตัวกำหนดขนาดของอะตอม
อะตอมประเภทต่างๆ ในปริมาณที่แตกต่างกัน เชื่อมต่อกันด้วยพันธะระหว่างอะตอม ก่อตัวเป็นโมเลกุล
ในบทนี้ เราจะได้เรียนรู้วิธีและโดยใครที่ค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า พิจารณาประสบการณ์ที่เราจะแสดงปรากฏการณ์นี้ และพิจารณาว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกรณีพิเศษของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในตอนท้ายของบทเรียน เราจะแนะนำปริมาณทางกายภาพที่แสดงการพึ่งพาแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในขนาดและรูปร่างของตัวนำและสภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่ เช่น ความเหนี่ยวนำ
เฮนรีคิดค้นขดลวดแบนที่ทำจากทองแดงแถบ ด้วยความช่วยเหลือทำให้เขาได้รับเอฟเฟกต์ด้านพลังงานที่เด่นชัดกว่าเมื่อใช้โซลินอยด์แบบลวด นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าเมื่อมีขดลวดที่ทรงพลังในวงจร กระแสในวงจรนี้จะถึงค่าสูงสุดช้ากว่ามากเมื่อไม่มีขดลวด
ข้าว. 2. แผนผังการตั้งค่าการทดลองโดย D. Henry
ในรูป รูปที่ 2 แสดงแผนภาพทางไฟฟ้าของการตั้งค่าการทดลอง โดยสามารถแสดงปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองได้ วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยหลอดไฟที่เชื่อมต่อแบบขนานสองหลอดที่เชื่อมต่อผ่านสวิตช์ไปยังแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ขดลวดเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหลอดไฟหลอดใดหลอดหนึ่ง หลังจากปิดวงจรจะเห็นว่าหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับคอยล์จะสว่างช้ากว่าหลอดไฟดวงที่สอง (รูปที่ 3)
ข้าว. 3. หลอดไส้ที่แตกต่างกันในขณะที่วงจรเปิดอยู่
เมื่อปิดแหล่งกำเนิดไฟ หลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับคอยล์จะดับช้ากว่าหลอดไฟดวงที่สอง
ทำไมไฟไม่ดับพร้อมกัน?
เมื่อปิดสวิตช์ (รูปที่ 4) เนื่องจากการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง กระแสในหลอดไฟที่มีคอยล์จะเพิ่มขึ้นช้าลง ดังนั้นหลอดไฟนี้จะสว่างช้าลง
ข้าว. 4. การปิดกุญแจ
เมื่อเปิดสวิตช์ (รูปที่ 5) แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นจะป้องกันไม่ให้กระแสลดลง ดังนั้นกระแสยังคงไหลต่อไปอีกระยะหนึ่ง เพื่อให้มีกระแสไฟอยู่ จำเป็นต้องมีวงจรปิด มีวงจรดังกล่าวในวงจรประกอบด้วยหลอดไฟทั้งสองดวง ดังนั้นเมื่อเปิดวงจรแล้วหลอดไฟก็ควรจะสว่างเหมือนเดิมสักระยะหนึ่งและการล่าช้าที่สังเกตอาจเกิดจากสาเหตุอื่น
ข้าว. 5. การเปิดกุญแจ
ให้เราพิจารณากระบวนการที่เกิดขึ้นในวงจรนี้เมื่อปิดและเปิดกุญแจ
1. การปิดกุญแจ
มีขดลวดนำกระแสอยู่ในวงจร ปล่อยให้กระแสในเทิร์นนี้ไหลทวนเข็มนาฬิกา จากนั้นสนามแม่เหล็กจะพุ่งขึ้นด้านบน (รูปที่ 6)
ดังนั้นขดลวดจึงไปอยู่ในอวกาศของสนามแม่เหล็กของมันเอง เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น ขดลวดจะพบว่าตัวเองอยู่ในช่องว่างของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปของกระแสไฟฟ้าในตัวมันเอง หากกระแสเพิ่มขึ้นฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังที่ทราบกันดีว่าด้วยการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุระนาบของวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในวงจรนี้ และผลที่ตามมาคือกระแสเหนี่ยวนำ ตามกฎของ Lenz กระแสนี้จะถูกส่งไปในลักษณะที่สนามแม่เหล็กของมันป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุระนาบของวงจร
นั่นคือสำหรับสิ่งที่พิจารณาในรูป เมื่อครบ 6 รอบ กระแสเหนี่ยวนำควรหมุนตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 7) เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อปิดกุญแจ กระแสในวงจรจะไม่เพิ่มขึ้นทันทีเนื่องจากกระแสเหนี่ยวนำการเบรกปรากฏในวงจรนี้ ซึ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม
2. การเปิดกุญแจ
เมื่อเปิดสวิตช์ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะลดลง ส่งผลให้ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านระนาบของขดลวดลดลง การลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ในกรณีนี้ กระแสเหนี่ยวนำจะมีทิศทางเดียวกับกระแสของคอยล์เอง สิ่งนี้ส่งผลให้กระแสภายในลดลงช้าลง
บทสรุป:เมื่อกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนำเดียวกัน ซึ่งสร้างกระแสเหนี่ยวนำที่มุ่งตรงในลักษณะที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำ (รูปที่ 8) นี่คือแก่นแท้ของปรากฏการณ์การชักนำตนเอง การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นกรณีพิเศษของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
ข้าว. 8. ช่วงเวลาของการเปิดและปิดวงจร
สูตรการหาความเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำตรงที่มีกระแสไฟฟ้า:
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กอยู่ที่ไหน - ค่าคงที่แม่เหล็ก - ความแรงในปัจจุบัน - ระยะห่างจากตัวนำถึงจุด
ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นที่เท่ากับ:
โดยที่พื้นที่ผิวที่ถูกทะลุผ่านโดยฟลักซ์แม่เหล็ก
ดังนั้นฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจึงเป็นสัดส่วนกับขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ
สำหรับขดลวดซึ่งเป็นจำนวนรอบและความยาว การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:
ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดที่มีจำนวนรอบ เอ็นเท่ากับ:
เราได้รับสมการนี้แทนสูตรการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก:
อัตราส่วนของจำนวนรอบต่อความยาวของขดลวดแสดงด้วยตัวเลข:
เราได้รับนิพจน์สุดท้ายสำหรับฟลักซ์แม่เหล็ก:
จากความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้น เห็นได้ชัดว่าค่าฟลักซ์ขึ้นอยู่กับค่าปัจจุบันและรูปทรงของขดลวด (รัศมี ความยาว จำนวนรอบ) ค่าเท่ากับเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ:
หน่วยของการเหนี่ยวนำคือเฮนรี่:
ดังนั้นฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดจึงเท่ากับ:
เมื่อคำนึงถึงสูตรสำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เราพบว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองมีค่าเท่ากับผลคูณของอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสและการเหนี่ยวนำ โดยมีเครื่องหมาย "-":
การเหนี่ยวนำตนเอง- นี่คือปรากฏการณ์ของการเกิดขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำเมื่อความแรงของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำนี้เปลี่ยนไป
แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำโดยมีเครื่องหมายลบ เรียกว่าปัจจัยสัดส่วน ตัวเหนี่ยวนำซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของตัวนำ
ตัวนำมีค่าความเหนี่ยวนำเท่ากับ 1 H หากที่อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำเท่ากับ 1 A ต่อวินาที เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวเองเท่ากับ 1 V เกิดขึ้นในตัวนำนี้
ผู้คนพบกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเองทุกวัน ทุกครั้งที่เราเปิดหรือปิดไฟ เราจะปิดหรือเปิดวงจร ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำที่น่าตื่นเต้น บางครั้งกระแสเหล่านี้สามารถไปถึงค่าที่สูงมากจนประกายไฟกระโดดเข้าไปในสวิตช์ซึ่งเราสามารถมองเห็นได้
อ้างอิง
- Myakishev G.Ya. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน. สำหรับเกรด 11 การศึกษาทั่วไป สถาบัน - อ.: การศึกษา, 2553.
- Kasyanov V.A. ฟิสิกส์. เกรด 11: ทางการศึกษา เพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบัน - ม.: อีแร้ง, 2548.
- Gendenstein L.E., Dick Yu.I., ฟิสิกส์ 11. - M.: Mnemosyne.
- พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Myshared.ru ()
- พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Physics.ru ()
- พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Festival.1september.ru ()
การบ้าน
- คำถามท้ายย่อหน้า 15 (หน้า 45) - Myakishev G.Ya. ฟิสิกส์ 11 (ดูรายการการอ่านที่แนะนำ)
- ตัวเหนี่ยวนำของตัวนำใดคือ 1 เฮนรี่?