اليوم سنتحدث عن الظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. سنكشف عن سبب اكتشاف هذه الظاهرة وما الفوائد التي جلبتها.
الحرير
لطالما سعى الناس للعيش بشكل أفضل. قد يعتقد شخص ما أن هذا سبب لاتهام البشرية بالجشع. لكن غالبًا ما نتحدث عن إيجاد وسائل الراحة المنزلية الأساسية.
في أوروبا في العصور الوسطى ، عرفوا كيف يصنعون أقمشة من الصوف والقطن والكتان. وفي ذلك الوقت ، كان الناس يعانون من فائض البراغيث والقمل. في الوقت نفسه ، تعلمت الحضارة الصينية بالفعل كيفية نسج الحرير بمهارة. الملابس منه لا تسمح لمصاصي الدماء بجلد الإنسان. انزلقت كفوف الحشرات على القماش الأملس وسقط القمل. لذلك ، أراد الأوروبيون ارتداء الحرير بأي ثمن. واعتقد التجار أنها كانت فرصة أخرى للثراء. لذلك ، تم وضع طريق الحرير العظيم.
بهذه الطريقة فقط تم تسليم النسيج المطلوب إلى أوروبا المعاناة. وانخرط الكثير من الناس في العملية التي نشأت فيها المدن ، وقاتلت الإمبراطوريات على الحق في جباية الضرائب ، ولا تزال بعض امتدادات الطريق هي الطريقة الأكثر ملاءمة للوصول إلى المكان الصحيح.
البوصلة والنجمة
وقفت الجبال والصحاري في طريق قوافل الحرير. وحدث أن طبيعة المنطقة بقيت على حالها لأسابيع وشهور. أفسحت كثبان السهوب الطريق إلى نفس التلال ، وتلاها أحد الممرات الأخرى. وكان على الناس الإبحار بطريقة ما لتسليم حمولتهم الثمينة.
جاءت النجوم أولاً. من خلال معرفة ما هو اليوم والأبراج التي يمكن توقعها ، يمكن للمسافر المتمرس دائمًا تحديد مكان الجنوب ، وأين يقع الشرق ، وأين يذهب. لكن الأشخاص الذين لديهم قدر كاف من المعرفة كانوا دائمًا يفتقرون. نعم ، وبعد ذلك لم يعرفوا كيف يحسبون الوقت بدقة. الغروب وشروق الشمس - هذه هي كل المعالم. والثلج أو العاصفة الرملية ، والطقس الغائم يستبعد حتى إمكانية رؤية النجم القطبي.
ثم أدرك الناس (ربما الصينيون القدماء ، لكن العلماء لا يزالون يتجادلون حول هذا) أن أحد المعادن موجود دائمًا بطريقة معينة فيما يتعلق بالنقاط الأساسية. تم استخدام هذه الخاصية لإنشاء البوصلة الأولى. قبل اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي كان بعيدًا ، ولكن كانت البداية.
من البوصلة إلى المغناطيس
يعود اسم "المغناطيس" ذاته إلى الاسم الجغرافي. من المحتمل أن تكون البوصلات الأولى مصنوعة من المعدن الخام المستخرج من تلال مغنيسيا. تقع هذه المنطقة في آسيا الصغرى. وبدا المغناطيس مثل الحجارة السوداء.
كانت البوصلات الأولى بدائية للغاية. تم سكب الماء في وعاء أو وعاء آخر ، ووضع قرص رفيع من المواد العائمة في الأعلى. ووضعت ابرة ممغنطة في وسط القرص. يشير أحد طرفيه دائمًا إلى الشمال ، والآخر - إلى الجنوب.
من الصعب حتى تخيل أن القافلة احتفظت بالماء للبوصلة بينما كان الناس يموتون من العطش. لكن البقاء على المسار الصحيح والسماح للناس والحيوانات والبضائع بالوصول إلى بر الأمان كان أكثر أهمية من حياة قليلة منفصلة.
قامت البوصلات بالعديد من الرحلات والتقت بظواهر طبيعية مختلفة. ليس من المستغرب اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في أوروبا ، على الرغم من أن الخام المغناطيسي كان يُستخرج في الأصل في آسيا. بهذه الطريقة المعقدة ، أدت رغبة الأوروبيين في النوم براحة أكبر إلى اكتشاف الفيزياء الأكثر أهمية.
مغناطيسي أم كهربائي؟
في أوائل القرن التاسع عشر ، اكتشف العلماء كيفية الحصول على التيار المباشر. تم إنشاء أول بطارية بدائية. كان يكفي لإرسال تيار من الإلكترونات عبر موصلات معدنية. بفضل المصدر الأول للكهرباء ، تم إجراء عدد من الاكتشافات.
في عام 1820 ، اكتشف العالم الدنماركي هانز كريستيان أورستد أن الإبرة المغناطيسية تنحرف بجانب الموصل الموجود في الشبكة. يقع القطب الموجب للبوصلة دائمًا بطريقة معينة فيما يتعلق باتجاه التيار. أجرى العالم تجارب في جميع الأشكال الهندسية الممكنة: كان الموصل أعلى أو أسفل السهم ، وكانوا موازيين أو عموديين. كانت النتيجة دائمًا هي نفسها: التيار المضمن يضبط المغناطيس في الحركة. وهكذا كان اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي متوقعا.
لكن يجب تأكيد فكرة العلماء بالتجربة. بعد تجربة أورستيد مباشرة ، طرح الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي السؤال التالي: الحقل الكهربائيتؤثر فقط على بعضها البعض ، أم أنها أكثر ارتباطًا؟ كان العالم أول من اختبر الافتراض القائل بأنه إذا تسبب المجال الكهربائي في انحراف جسم ممغنط ، فيجب أن يولد المغناطيس تيارًا.
مخطط التجربة بسيط. الآن يمكن لأي طالب أن يعيدها. وكان سلك معدني رفيع ملفوف على شكل زنبرك. تم توصيل نهاياته بجهاز يقوم بتسجيل التيار. عندما تحرك مغناطيس بجوار الملف ، أظهر سهم الجهاز جهد المجال الكهربائي. وهكذا ، تم اشتقاق قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.
استمرار التجارب
لكن هذا ليس كل ما فعله العالم. نظرًا لارتباط المجالات المغناطيسية والكهربائية ارتباطًا وثيقًا ، كان من الضروري معرفة مقدارها.
للقيام بذلك ، جلب فاراداي التيار إلى ملف ودفعه داخل ملف آخر مشابه بنصف قطر أكبر من الأول. مرة أخرى تم إحداث الكهرباء. وهكذا ، أثبت العالم: أن الشحنة المتحركة تولد كلاً من المجالات الكهربائية والمغناطيسية في نفس الوقت.
يجدر التأكيد على أننا نتحدث عن حركة المغناطيس أو حقل مغناطيسيداخل حلقة الربيع المغلقة. وهذا يعني أن التدفق يجب أن يتغير طوال الوقت. إذا لم يحدث هذا ، فلن يتم إنشاء أي تيار.
معادلة
يتم التعبير عن قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي بالصيغة
دعونا نفك رموز الشخصيات.
ε لتقف على EMF أو القوة الدافعة الكهربائية. هذه الكمية هي عددية (أي ليست متجهًا) وتُظهر العمل الذي تطبقه بعض قوى أو قوانين الطبيعة لإنشاء تيار. وتجدر الإشارة إلى أن العمل يجب أن يتم بواسطة ظواهر غير كهربائية.
Φ هو التدفق المغناطيسي من خلال حلقة مغلقة. هذه القيمة هي نتاج اثنين آخرين: معامل ناقل الحث المغناطيسي B ومنطقة الحلقة المغلقة. إذا كان المجال المغناطيسي يعمل على الكفاف ليس متعامدًا تمامًا ، فسيتم إضافة جيب التمام للزاوية بين المتجه B والخط العمودي للسطح إلى المنتج.
عواقب الاكتشاف
هذا القانون تبعه آخرون. أثبت العلماء اللاحقون اعتماد التيار الكهربائي على الطاقة ، والمقاومة على مادة الموصل. تمت دراسة خصائص جديدة ، وتم إنشاء سبائك لا تصدق. أخيرًا ، فككت البشرية شيفرة بنية الذرة ، ودخلت في سر ولادة وموت النجوم ، وفتحت جينوم الكائنات الحية.
وكل هذه الإنجازات تطلبت قدرًا هائلاً من الموارد ، وقبل كل شيء ، الكهرباء. أي إنتاج أو كبير بحث علمينُفذت حيثما توفرت ثلاثة مكونات: الموظفون المؤهلون ، والمواد التي يمكن العمل بها مباشرة ، والكهرباء الرخيصة.
وكان هذا ممكنًا حيث يمكن لقوى الطبيعة أن تنقل لحظة دوران كبيرة إلى الدوار: أنهار ذات فرق كبير في الارتفاع ، ووديان ذات رياح قوية ، وصدوع مع فائض من الطاقة المغناطيسية الأرضية.
من المثير للاهتمام أن بطريقة حديثةالحصول على الكهرباء لا يختلف جوهريًا عن تجارب فاراداي. يدور الدوار المغناطيسي بسرعة كبيرة داخل ملف كبير من الأسلاك. يتغير المجال المغناطيسي في الملف طوال الوقت ويتم إنشاؤه كهرباء.
بالطبع ، يتم اختيار أفضل مادة للمغناطيس والموصلات ، وتقنية العملية برمتها مختلفة تمامًا. لكن الجوهر شيء واحد: يتم استخدام مبدأ مفتوح على أبسط نظام.
البث. يخلق مجال مغناطيسي متناوب ، متحمس بتيار متغير ، مجالًا كهربائيًا في الفضاء المحيط ، والذي بدوره يثير مجالًا مغناطيسيًا ، وما إلى ذلك. تولد هذه الحقول بعضها البعض بشكل متبادل ، وتشكل مجالًا كهرومغناطيسيًا متغيرًا واحدًا - موجه كهرومغناطيسية. بعد أن نشأ في المكان الذي يوجد فيه سلك به تيار ، ينتشر المجال الكهرومغناطيسي في الفضاء بسرعة الضوء 300000 كم / ثانية.
العلاج المغناطيسيفي الطيف الترددي أماكن مختلفةتحتلها موجات الراديو والضوء والأشعة السينية وغيرها الاشعاع الكهرومغناطيسي. وعادة ما تتميز بمجالات كهربائية ومغناطيسية متصلة ببعضها البعض باستمرار.
السنكروفازوترونفي الوقت الحالي ، يُفهم المجال المغناطيسي على أنه شكل خاص من المادة يتكون من جسيمات مشحونة. في الفيزياء الحديثة ، تُستخدم حزم من الجسيمات المشحونة لاختراق الذرات بعمق لدراستها. تسمى القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون متحرك بقوة لورنتز.
مقاييس الجريان - عدادات. تعتمد الطريقة على تطبيق قانون فاراداي لموصل في مجال مغناطيسي: في تدفق سائل موصل كهربائيًا يتحرك في مجال مغناطيسي ، يتم تحفيز EMF متناسبًا مع سرعة التدفق ، والذي يتم تحويله بواسطة الجزء الإلكتروني إلى إشارة كهربائية تمثيلية / رقمية.
مولد التيار المستمرفي وضع المولد ، يدور المحرك للآلة تحت تأثير لحظة خارجية. بين أقطاب الجزء الثابت يوجد ثابت الفيض المغناطيسيمرساة خارقة. تتحرك موصلات ملف المحرك في مجال مغناطيسي ، وبالتالي ، يتم إحداث EMF فيها ، ويمكن تحديد اتجاهها من خلال القاعدة " اليد اليمنى". في هذه الحالة ، ينشأ جهد إيجابي على فرشاة واحدة بالنسبة للفرشاة الثانية. إذا تم توصيل حمولة بأطراف المولد ، فسوف يتدفق فيها تيار.
تستخدم ظاهرة الإشعاع الكهرومغناطيسي على نطاق واسع في المحولات. لنفكر في هذا الجهاز بمزيد من التفصيل.
محولات.) - جهاز كهرومغناطيسي ثابت يحتوي على ملفين أو أكثر مقترنين بالحث ومصمم لتحويل واحد أو أكثر من أنظمة التيار المتردد إلى واحد أو أكثر من أنظمة التيار المتردد الأخرى عن طريق الحث الكهرومغناطيسي.
حدوث تيار الحث في دائرة دوارة وتطبيقاتها.
تستخدم ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. لهذا الغرض ، يتم استخدامها مولدات كهرباء، مبدأ التشغيل
والتي يمكن اعتبارها في مثال إطار مسطح يدور في مجال مغناطيسي موحد
دع الإطار يدور في مجال مغناطيسي موحد (ب = const) بشكل موحد مع السرعة الزاوية u = const.
التدفق المغناطيسي المقترن بمنطقة الإطار س،في أي وقت من الأوقات ريساوي
اين ا - أوت- زاوية دوران الإطار في ذلك الوقت ر(يتم اختيار الأصل بحيث يكون عند /. = 0 = 0).
عندما يدور الإطار ، سيظهر تحريض متغير emf فيه
التغيير مع الزمن حسب القانون التوافقي. EMF %" الحد الأقصى في الخطيئة وزن = 1 ، أي
وهكذا ، إذا كان في شكل متجانس
إذا كان الإطار يدور بشكل موحد في مجال مغناطيسي ، فحينئذٍ ينشأ متغير EMF فيه ، والذي يتغير وفقًا للقانون التوافقي.
عملية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية قابلة للعكس. إذا تم تمرير تيار عبر إطار موضوع في مجال مغناطيسي ، فسيعمل عليه عزم الدوران وسيبدأ الإطار في الدوران. يعتمد هذا المبدأ على تشغيل المحركات الكهربائية المصممة للتحويل طاقة كهربائيةفي الميكانيكية.
التذكرة 5.
المجال المغناطيسي في المادة.
أظهرت الدراسات التجريبية أن جميع المواد لها خصائص مغناطيسية بدرجة أكبر أو أقل. إذا تم وضع دورتين مع التيارات في أي وسيط ، فإن قوة التفاعل المغناطيسي بين التيارات تتغير. تُظهر هذه التجربة أن تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن التيارات الكهربائية في مادة ما يختلف عن تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن نفس التيارات في الفراغ.
الكمية الفيزيائية التي توضح عدد المرات التي يختلف فيها تحريض المجال المغناطيسي في وسط متجانس في القيمة المطلقة عن تحريض المجال المغناطيسي في الفراغ تسمى النفاذية المغناطيسية:
يتم تحديد الخصائص المغناطيسية للمواد من خلال الخصائص المغناطيسية للذرات أو الجسيمات الأولية (الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات) التي تتكون منها الذرات. ثبت أن الخواص المغناطيسيةالبروتونات والنيوترونات أضعف بنحو 1000 مرة من الخصائص المغناطيسية للإلكترونات. لذلك ، يتم تحديد الخصائص المغناطيسية للمواد بشكل أساسي بواسطة الإلكترونات التي تتكون منها الذرات.
المواد متنوعة للغاية في خصائصها المغناطيسية. في معظم المواد ، يتم التعبير عن هذه الخصائص بشكل ضعيف. تنقسم المواد المغناطيسية الضعيفة إلى مجموعتين كبيرتين - المغناطيسات المغناطيسية والأقراص المغناطيسية. وهي تختلف في أنه عند إدخالها في مجال مغناطيسي خارجي ، يتم ممغنط العينات البارامغناطيسية بحيث يتضح أن المجال المغناطيسي الخاص بها يتم توجيهه على طول المجال الخارجي ، ويتم ممغنط العينات المغنطيسية مقابل المجال الخارجي. لذلك ، بالنسبة للمغناطيسات μ> 1 ، وللأقطار المغناطيسية μ< 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало. Например, у алюминия, который относится к парамагнетикам, μ – 1 ≈ 2,1·10–5, у хлористого железа (FeCl3) μ – 1 ≈ 2,5·10–3. К парамагнетикам относятся также платина, воздух и многие другие вещества. К диамагнетикам относятся медь (μ – 1 ≈ –3·10–6), вода (μ – 1 ≈ –9·10–6), висмут (μ – 1 ≈ –1,7·10–3) и другие вещества. Образцы из пара- и диамагнетика, помещенные в неоднородное магнитное поле между полюсами электромагнита, ведут себя по-разному – парамагнетики втягиваются в область сильного поля, диамагнетики – выталкиваются (рис. 1.19.1).
مشاكل المغناطيسية في المادة.
الخصائص المغناطيسيةالمواد - ناقلات ممغنطة ، مغناطيسية
القابلية للنفاذية المغناطيسية لمادة.
ناقلات الممغنطة - العزم المغناطيسي للحجم الأولي المستخدم لوصف الحالة المغناطيسية للمادة. فيما يتعلق باتجاه متجه المجال المغناطيسي ، يتم تمييز المغنطة الطولية والمغناطيسية المستعرضة. تصل المغنطة المستعرضة إلى قيم مهمة في المغناطيسات متباينة الخواص ، وهي قريبة من الصفر في المغناطيسات الخواص. لذلك ، في الأخير ، من الممكن التعبير عن متجه المغنطة من حيث شدة المجال المغناطيسي والمعامل x المسمى القابلية المغناطيسية:
القابلية المغناطيسية - الكمية الماديةتوصيف العلاقة بين العزم المغناطيسي (مغنطة) لمادة والمجال المغناطيسي في هذه المادة.
النفاذية المغناطيسية -كمية فيزيائية تميز العلاقة بين الحث المغناطيسي وشدة المجال المغناطيسي في مادة ما.
عادة ما يشار إليها بحرف يوناني. يمكن أن يكون إما عددًا (للمواد الخواص) أو موتر (للمواد متباينة الخواص).
في نظرة عامةيتم حقن موتر مثل هذا:
التذكرة 6.
تصنيف المغناطيس
مغناطيستسمى المواد القادرة على اكتساب مجال مغناطيسي خاص بها في مجال مغناطيسي خارجي ، أي أنها ممغنطة. يتم تحديد الخصائص المغناطيسية للمادة من خلال الخصائص المغناطيسية للإلكترونات والذرات (الجزيئات) للمادة. وفقًا لخصائصها المغناطيسية ، يتم تقسيم المغناطيس إلى ثلاث مجموعات رئيسية: المغناطيسات المغناطيسية ، والمغناطيسات المغناطيسية ، والمغناطيسات الحديدية.
1. المغناطيسات ذات الاعتماد الخطي:
1) البارامغنطيسات - المواد الممغنطة بشكل ضعيف في مجال مغناطيسي ، والمجال الناتج في المغناطيسات البارامغناطيسية أقوى منه في الفراغ ، النفاذية المغناطيسية للمغناطيسات البارامغناطيسية م \ u003e 1 ؛ هذه الخصائص يمتلكها الألمنيوم والبلاتين والأكسجين وما إلى ذلك ؛
البارامغناطيس ,
2) Diamagnets - المواد التي تكون ممغنطة بشكل ضعيف مقابل المجال ، أي أن المجال في المغناطيسات القطنية أضعف منه في الفراغ ، والنفاذية المغناطيسية م< 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.;
ديامغناطيس ;
مع الاعتماد غير الخطي:
3) المغناطيسات الحديدية - المواد التي يمكن أن تكون ممغنطة بقوة في مجال مغناطيسي. هذه هي الحديد والكوبالت والنيكل وبعض السبائك. 2.
المغناطيسات الحديدية.
يعتمد على الخلفية وهو دالة للتوتر ؛ موجود التخلفية.
ويمكن أن تصل قيم عاليةمقارنة بالمغناطيسات شبه والأقطار.
إجمالي القانون الحالي للمجال المغناطيسي في المادة (نظرية دوران المتجه B)
حيث I و I "، على التوالي ، المبالغ الجبرية للتيارات الكبيرة (التيارات التوصيلية) والتيارات الدقيقة (التيارات الجزيئية) مغطاة بحلقة مغلقة عشوائية L. وبالتالي ، فإن دوران ناقل الحث المغناطيسي B على طول حلقة مغلقة تعسفية يساوي المجموع الجبري لتيارات التوصيل والتيارات الجزيئية التي يغطيها هذا المتجه B وبالتالي يميز الحقل الناتج الناتج عن كل من التيارات العيانية في الموصلات (تيارات التوصيل) والتيارات المجهرية في المغناطيس ، وبالتالي فإن خطوط ناقل الحث المغناطيسي B ليس لها مصادر و مغلقة.
ناقلات شدة المجال المغناطيسي ودورتها.
شدة المجال المغناطيسي - (التعيين القياسي H) هي كمية فيزيائية متجهة تساوي الفرق بين متجه الحث المغناطيسي B ومتجه المغنطة M.
في SI: أين هو الثابت المغناطيسي
الظروف في الواجهة بين وسيطين
استكشاف العلاقة بين النواقل هو دعند السطح البيني بين اثنين من العوازل الكهربائية المتجانسة (التي تكون سماحيتها ε 1 و ε 2) في حالة عدم وجود رسوم مجانية على الحدود.
استبدال إسقاطات المتجه هناقلات الإسقاطات د، مقسومًا على ε 0 ε ، نحصل على
بناء اسطوانة مستقيمة ذات ارتفاع ضئيل عند السطح البيني بين عازلين (الشكل 2) ؛ إحدى قواعد الأسطوانة في العازل الأول ، والأخرى في الثانية. قواعد ΔS صغيرة جدًا بحيث يكون داخل كل منها متجه دنفس الشيء. وفقًا لنظرية غاوس لحقل إلكتروستاتيكي في عازل
(طبيعي نو ن"مقابل قواعد الاسطوانة). لهذا
استبدال إسقاطات المتجه دناقلات الإسقاطات همضروبة في ε 0 ε نحصل عليها
ومن ثم ، عند المرور عبر الواجهة بين وسيطين عازلين ، يكون المكون المماسي للمتجه ه(Е τ) والمكون الطبيعي للمتجه د(د ن) تتغير باستمرار (لا تواجه قفزة) ، والمكون الطبيعي للمتجه ه(E n) والمكون المماسي للمتجه د(د τ) تجربة القفزة.
من الشروط (1) - (4) للناقلات المكونة هو دنرى أن خطوط هذه النواقل تتعرض للكسر (الانكسار). لنجد كيف ترتبط الزاويتان α 1 و α 2 (في الشكل 3 α 1> α 2). باستخدام (1) و (4) ، Е τ2 = Е τ1 و ε 2 E n2 = ε 1 E n1. دعونا نحلل المتجهات ه 1و ه 2في المكونات العرضية والعادية في الواجهة. من التين. 3 نرى ذلك
مع الأخذ في الاعتبار الشروط المكتوبة أعلاه ، نجد قانون انكسار خطوط التوتر ه(ومن ثم خطوط الإزاحة د)
من هذه الصيغة ، يمكننا أن نستنتج أنه عند إدخال عازل كهربائي بسماحية أعلى ، فإن الخطوط هو دالابتعاد عن الوضع الطبيعي.
التذكرة 7.
اللحظات المغناطيسية للذرات والجزيئات.
الجسيمات الأولية لها لحظة مغناطيسية ، النوى الذرية، قذائف الإلكترون من الذرات والجزيئات. إن العزم المغناطيسي للجسيمات الأولية (الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها) ، كما يتضح من ميكانيكا الكم ، ترجع إلى وجود العزم الميكانيكي الخاص بها - الدوران. تتكون العزم المغناطيسي للنواة من العزم المغناطيسي (المغزلي) الخاص بها من البروتونات والنيوترونات التي تشكل هذه النوى ، بالإضافة إلى العزم المغناطيسي المرتبط بحركتها المدارية داخل النواة. تتكون العزم المغناطيسي لقذائف الإلكترون من الذرات والجزيئات من الدوران والعزم المغناطيسي المداري للإلكترونات. يمكن أن يكون للعزم المغنطيسي المغزلي للإلكترون إسقاطين متساويين ومعاكسين على اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي H. القيمة المطلقة للإسقاط
حيث mb = (9.274096 ± 0.000065) 10-21erg / gs - مغنطيس البورون حيث h - ثابت بلانك ، e وأنا - شحنة الإلكترون وكتلته ، ج - سرعة الضوء ؛ SH هو إسقاط عزم الدوران الميكانيكي على اتجاه المجال H. القيمة المطلقة لعزم الدوران المغناطيسي
أنواع المغناطيس.
MAGNETIC ، مادة ذات خواص مغناطيسية ، والتي تتحدد بوجودها الخاص أو المستحثة بواسطة لحظات مغناطيسية خارجية للمجال المغناطيسي ، وكذلك طبيعة التفاعل بينها. هناك مغناطيسات قطرية ، حيث يخلق المجال المغناطيسي الخارجي عزمًا مغناطيسيًا ناتجًا موجهًا عكس المجال الخارجي ، ومغناطيسات مغناطيسية تتطابق فيها هذه الاتجاهات.
دياماجنيتس- المواد الممغنطة بعكس اتجاه مجال مغناطيسي خارجي. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، فإن المغناطيسات القطنية غير مغناطيسية. تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي ، تكتسب كل ذرة من قطر مغناطيسي لحظة مغناطيسية I (وكل مول من مادة ما يكتسب عزمًا مغناطيسيًا كليًا) ، متناسبًا مع الحث المغناطيسي H وموجه نحو المجال.
باراماجنيتس- المواد الممغنطة في مجال مغناطيسي خارجي في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي. البارامغنطيسات عبارة عن مواد مغناطيسية ضعيفة ، وتختلف النفاذية المغناطيسية قليلاً عن الوحدة.
الذرات (الجزيئات أو الأيونات) من البارامغناطيس لها لحظات مغناطيسية خاصة بها ، والتي ، تحت تأثير الحقول الخارجية ، يتم توجيهها على طول المجال وبالتالي تخلق مجالًا ناتجًا يتجاوز المجال الخارجي. يتم رسم المغناطيسات البارامنتية في مجال مغناطيسي. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، لا يتم ممغنط البارامغناطيس ، لأنه بسبب الحركة الحرارية ، يتم توجيه اللحظات المغناطيسية الجوهرية للذرات بشكل عشوائي تمامًا.
اللحظات المغناطيسية والميكانيكية المدارية.
يتحرك الإلكترون في الذرة حول النواة. في الفيزياء الكلاسيكية ، تتوافق حركة نقطة على طول الدائرة مع الزخم الزاوي L = mvr ، حيث m هي كتلة الجسيم ، و v سرعته ، و r نصف قطر المسار. في ميكانيكا الكم ، هذه الصيغة غير قابلة للتطبيق ، لأن كلا من نصف القطر والسرعة غير محددين (انظر "علاقة عدم اليقين"). لكن حجم الزخم الزاوي نفسه موجود. كيف تحددها؟ يترتب على نظرية ميكانيكا الكم لذرة الهيدروجين أن معامل الزخم الزاوي للإلكترون يمكن أن يأخذ القيم المنفصلة التالية:
حيث l هو ما يسمى بالرقم الكمي المداري ، l = 0 ، 1 ، 2 ، ... n-1. وبالتالي ، فإن الزخم الزاوي للإلكترون ، مثل الطاقة ، يتم تكميمه ، أي يأخذ قيمًا منفصلة. لاحظ أنه بالنسبة للقيم الكبيرة للعدد الكمي l (l >> 1) ، تأخذ المعادلة (40) الشكل. هذا ليس سوى أحد افتراضات ن. بوهر.
يتبع استنتاج آخر مهم من النظرية الميكانيكية الكمومية لذرة الهيدروجين: إن إسقاط الزخم الزاوي للإلكترون على أي اتجاه معين في الفضاء z (على سبيل المثال ، في اتجاه خطوط المجال المغناطيسي أو الكهربائي) يتم تحديده أيضًا وفقًا لـ قاعدة:
حيث m = 0، ± 1، ± 2،… ± l هو ما يسمى برقم الكم المغناطيسي.
الإلكترون الذي يتحرك حول النواة هو تيار كهربائي دائري أولي. يتوافق هذا التيار مع العزم المغناطيسي pm. من الواضح أنه يتناسب مع الزخم الزاوي الميكانيكي L. وتسمى نسبة العزم المغناطيسي للإلكترون إلى الزخم الزاوي الميكانيكي L النسبة الجيرومغناطيسية. للإلكترون في ذرة الهيدروجين
تشير علامة الطرح إلى أن نواقل اللحظات المغناطيسية والميكانيكية موجهة في اتجاهين متعاكسين). من هنا يمكنك العثور على ما يسمى بالعزم المغناطيسي المداري للإلكترون:
علاقة هيدرومغناطيسية.
التذكرة 8.
ذرة في مجال مغناطيسي خارجي. بداية مستوى مدار الإلكترون في الذرة.
عندما يتم إدخال ذرة في مجال مغناطيسي مع الحث ، يتأثر الإلكترون الذي يتحرك في مدار مكافئ لدائرة مغلقة مع تيار بلحظة من القوى:
يتغير متجه العزم المغناطيسي المداري للإلكترون بالمثل:
| , | (6.2.3) |
ويترتب على ذلك أن النواقل ، والمدار نفسه مقدماتحول اتجاه المتجه. يوضح الشكل 6.2 الحركة الأولية للإلكترون وعزمه المغناطيسي المداري ، بالإضافة إلى الحركة الإضافية (الأولية) للإلكترون.
هذه البادئة تسمى استباقية لارمور . السرعة الزاوية لهذه المبادرة تعتمد فقط على تحريض المجال المغناطيسي وتتزامن معه في الاتجاه.
| , | (6.2.4) |
المستحثة العزم المغناطيسي المداري.
نظرية لارمور:النتيجة الوحيدة لتأثير المجال المغناطيسي على مدار الإلكترون في الذرة هي بداية المدار والمتجه - العزم المغناطيسي المداري للإلكترون بسرعة زاوية حول المحور الذي يمر عبر نواة الذرة بالتوازي مع ناقل تحريض المجال المغناطيسي.
يؤدي تحرك مدار الإلكترون في الذرة إلى ظهور تيار مداري إضافي موجه عكس التيار أنا:
أين هي مساحة إسقاط مدار الإلكترون على المستوى المتعامد مع المتجه. تشير علامة الطرح إلى أنها عكس المتجه. ثم يكون الزخم المداري الكلي للذرة هو:
| , |
تأثير مغناطيسي.
التأثير ثنائي المغنطيسية هو تأثير تتراكم فيه مكونات المجالات المغناطيسية للذرات وتشكل مجالها المغناطيسي الخاص للمادة ، مما يضعف المجال المغناطيسي الخارجي.
نظرًا لأن التأثير ثنائي المغنطيسية ناتج عن عمل مجال مغناطيسي خارجي على إلكترونات ذرات المادة ، فإن النفاذية المغناطيسية هي خاصية مميزة لجميع المواد.
يحدث التأثير النفاث المغنطيسي في جميع المواد ، ولكن إذا كانت جزيئات المادة لها لحظات مغناطيسية خاصة بها ، والتي يتم توجيهها في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي وتعززه ، فعندئذ يتم حظر التأثير المغناطيسي بواسطة تأثير مغناطيسي أقوى والمادة تبين أن يكون بارامغناطيس.
يحدث التأثير الثنائي المغنطيسي في جميع المواد ، ولكن إذا كانت جزيئات المادة لها لحظات مغناطيسية خاصة بها ، والتي يتم توجيهها في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي وتزيد من erOj ، فإن التأثير المغناطيسي يتداخل مع تأثير مغناطيسي أقوى مع المادة تبين أن يكون بارامغناطيس.
نظرية لارمور.
إذا تم وضع ذرة في مجال مغناطيسي خارجي مع الحث (الشكل 12.1) ، فإن الإلكترون الذي يتحرك في المدار سيتأثر بلحظة دوران القوى ، التي تسعى إلى تحديد العزم المغناطيسي للإلكترون في اتجاه المجال المغناطيسي الخطوط (العزم الميكانيكي - مقابل الميدان).
التذكرة 9
9.المواد المغناطيسية بقوة - المغناطيسات الحديدية- المواد ذات المغناطيسية التلقائية ، أي أنها ممغنطة حتى في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي. بالإضافة إلى ممثلها الرئيسي ، الحديد ، والمغناطيسات الحديدية تشمل ، على سبيل المثال ، الكوبالت والنيكل والجادولينيوم وسبائكها ومركباتها.
بالنسبة للمغناطيسات الحديدية ، الاعتماد يمن حمعقد جدا. وأنت ترتفع حمغنطة يينمو أولاً بسرعة ، ثم بشكل أبطأ ، وأخيراً ، ما يسمى بـ تشبع مغناطيسييلنا ، لم نعد نعتمد على قوة المجال.
الحث المغناطيسي في= م 0 ( ح + ي) في الحقول الضعيفة تنمو بسرعة مع زيادة حبسبب زيادة ي، ولكن في المجالات القوية ، لأن المصطلح الثاني ثابت ( ي=ينحن)، فيينمو مع الزيادة حوفقا لقانون خطي.
الميزة الأساسية للمغناطيسات الحديدية ليست فقط القيم الكبيرة لـ m (على سبيل المثال ، للحديد - 5000) ، ولكن أيضًا اعتماد m على ح. في البداية ، تنمو m مع الزيادة حثم ، عند الوصول إلى الحد الأقصى ، يبدأ في الانخفاض ، ويميل إلى 1 في حالة الحقول القوية (م = بي ام 0 ح) = 1+ J / N ،اذن متى ي=يلنا = ثابت مع النمو حسلوك J / H-> 0 ، و م.->1).
ميزةتتكون المغناطيسات الحديدية أيضًا من حقيقة أن الاعتماد بالنسبة لهم يمن ح(وبالتالي ، وبمن ح)يتم تحديده من خلال عصور ما قبل التاريخ لمغنطة المغناطيس الحديدي. تم تسمية هذه الظاهرة التباطؤ المغناطيسي.إذا قمت بمغنطة المغناطيس الحديدي إلى التشبع (نقطة 1 ، أرز. 195) ثم ابدأ بتقليل التوتر حالمجال الممغنط إذن ، كما تظهر التجربة ، يتناقص يوصفها منحنى 1 -2, فوق المنحنى 1 -0. في ح=0 ييختلف عن الصفر ، أي لوحظ في المغناطيس الحديدي مغنطة متبقيةجوك.يرتبط وجود المغناطيس المتبقي بالوجود مغناطيس دائم.المغنطة تختفي تحت تأثير المجال ح ج ،لها اتجاه معاكس للحقل الذي تسبب في المغنطة.
توتر ح جمُسَمًّى القوة القسرية.
مع زيادة أخرى في المجال المقابل ، يتم إعادة مغناطيس المغناطيس الحديدي (منحنى 3-4), وعند H = -H نصل إلى التشبع (النقطة 4). ثم يمكن إزالة المغناطيس الحديدي مرة أخرى (منحنى 4-5 -6) وإعادة المغناطيسية إلى التشبع (المنحنى 6 - 1 ).
وهكذا ، تحت تأثير مجال مغناطيسي متناوب على مغناطيس حديدي ، يتغير المغنطة J وفقًا للمنحنى 1 -2-3-4-5-6-1, من اتصل حلقة التباطؤ. يؤدي التباطؤ إلى حقيقة أن مغنطة المغناطيس الحديدي ليست دالة ذات قيمة واحدة لـ H ، أي نفس القيمة حيطابق قيم متعددة ي.
تعطي المغناطيسات الحديدية المختلفة حلقات تخلفية مختلفة. المغناطيسات الحديديةذات قوة قسرية منخفضة (تتراوح من بضعة آلاف إلى 1-2 أ / سم) ح ج(مع حلقة تخلفية ضيقة) تسمى ناعم،بقوة قسرية كبيرة (من عدة عشرات إلى عدة آلاف أمبير لكل سنتيمتر) (مع حلقة تباطؤ واسعة) - قاسٍ.كميات ح ج, ييحدد oc و m max قابلية تطبيق المغناطيسات الحديدية لأغراض عملية مختلفة. لذلك ، تُستخدم المغناطيسات الحديدية الصلبة (على سبيل المثال ، فولاذ الكربون والتنغستن) لصنع مغناطيس دائم ، والمغناطيسات اللينة (على سبيل المثال ، الحديد اللين ، وسبائك الحديد والنيكل) تستخدم لصنع قلب المحولات.
للمغناطيسات الحديدية ميزة أساسية أخرى: لكل مغنطيس حديدي درجة حرارة معينة تسمى نقطة كوريحيث يفقد خصائصه المغناطيسية. عندما يتم تسخين العينة فوق نقطة كوري ، يتحول المغناطيس الحديدي إلى مغناطيس عادي.
عملية مغنطة المغناطيسات الحديدية مصحوبة بتغيير في أبعادها وحجمها الخطي. تم تسمية هذه الظاهرة تضيق مغناطيسي.
طبيعة المغناطيسية الحديدية.وفقًا لأفكار Weiss ، فإن المغناطيسات الحديدية عند درجات حرارة أقل من نقطة كوري لها مغنطة تلقائية ، بغض النظر عن وجود مجال مغنط خارجي. ومع ذلك ، فإن المغنطة العفوية تتعارض بشكل واضح مع حقيقة أن العديد من المواد المغناطيسية ، حتى في درجات حرارة أقل من نقطة كوري ، ليست ممغنطة. للقضاء على هذا التناقض ، قدم فايس فرضية أن المغناطيس الحديدي أسفل نقطة كوري ينقسم إلى رقم ضخممناطق عيانية صغيرة - المجالات ،ممغنطًا تلقائيًا إلى التشبع.
في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، يتم توجيه اللحظات المغناطيسية للمجالات الفردية بشكل عشوائي وتعويض بعضها البعض ، وبالتالي فإن العزم المغناطيسي الناتج للمغناطيس الحديدي هو صفر والمغناطيس الحديدي غير ممغنط. يوجه المجال المغناطيسي الخارجي على طول المجال اللحظات المغناطيسية ليس للذرات الفردية ، كما هو الحال في حالة المغناطيسات ، ولكن مناطق كاملة من المغنطة التلقائية. لذلك ، مع النمو حمغنطة يوالحث المغناطيسي فيبالفعل في مجالات ضعيفة إلى حد ما تنمو بسرعة كبيرة. هذا يفسر أيضا الزيادة في م المغناطيسات الحديدية تصل إلى أقصى قيمةفي المجالات الضعيفة. أظهرت التجارب أن اعتماد B على R ليس سلسًا كما هو موضح في الشكل. 193 ، ولكن لديها وجهة نظر متدرجة. يشير هذا إلى أنه داخل المغناطيس الحديدي ، تتحول المجالات في قفزة عبر الحقل.
عندما يضعف المجال المغناطيسي الخارجي إلى الصفر ، تحتفظ المغناطيسات الحديدية بالمغناطيسية المتبقية ، لأن الحركة الحرارية غير قادرة على تشويش اللحظات المغناطيسية بسرعة لتكوينات كبيرة مثل المجالات. لذلك ، لوحظت ظاهرة التباطؤ المغناطيسي (الشكل 195). من أجل إزالة المغناطيسية المغناطيسية ، يجب استخدام قوة قسرية ؛ اهتزاز وتسخين المغناطيس الحديدي يساهمان أيضًا في إزالة المغناطيسية. تبين أن نقطة كوري هي درجة الحرارة التي يحدث فوقها تدمير بنية المجال.
تم إثبات وجود المجالات في المغناطيسات الحديدية بشكل تجريبي. طريقة تجريبية مباشرة لملاحظتهم هي طريقة مسحوق الشكل.يتم تطبيق تعليق مائي من مسحوق مغناطيسي ناعم (على سبيل المثال ، أكسيد الحديد الأسود) على السطح المصقول بعناية لمغناطيس حديدي. تستقر الجسيمات بشكل رئيسي في الأماكن ذات الحد الأقصى من عدم تجانس المجال المغناطيسي ، أي عند الحدود بين المجالات. لذلك ، يحدد المسحوق المستقر حدود المجالات ، ويمكن تصوير صورة مماثلة تحت المجهر. اتضح أن الأبعاد الخطية للنطاقات هي 10 -4 -10 -2 سم.
مبدأ تشغيل المحولاتتستخدم لزيادة أو تقليل جهد التيار المتردد ، على أساس ظاهرة الحث المتبادل.
الملفات الأولية والثانوية (اللفات) ، على التوالي ن 1 و ن 2 لفات ، مثبتة على قلب حديد مغلق. نظرًا لأن نهايات الملف الأولي متصلة بمصدر جهد متناوب مع emf. ξ 1 , ثم يظهر تيار متردد فيه أنا 1 , خلق تدفق مغناطيسي متناوب F في قلب المحول ، والذي يكون موضعيًا بالكامل تقريبًا في قلب الحديد ، وبالتالي يخترق تمامًا تقريبًا لفات اللف الثانوي. يؤدي التغيير في هذا التدفق إلى ظهور emf في الملف الثانوي. الحث المتبادل ، والابتدائي - emf. الاستقراء الذاتي.
حاضِر أنا 1 يتم تحديد اللف الأساسي وفقًا لقانون أوم: أين ص 1 هي مقاومة اللف الأساسي. انخفاض الجهد أنا 1 ص 1 على المقاومة ص 1 للحقول المتغيرة بسرعة صغيرة مقارنة بكل من اثنين من emfs ، وبالتالي. emf الحث المتبادل الذي يحدث في اللف الثانوي ،
لقد حصلنا على ذلك emf، التي تنشأ في اللف الثانوي ، حيث تظهر علامة الطرح أن emf. في اللفات الأولية والثانوية معاكسة في المرحلة.
نسبة عدد المنعطفات ن 2 /ن 1 , عرض عدد مرات emf. أكثر (أو أقل) في اللف الثانوي للمحول مما هو عليه في الابتدائي يسمى نسبة التحول.
إهمال خسائر الطاقة ، والتي لا تتجاوز في المحولات الحديثة 2٪ وترتبط بشكل أساسي بإطلاق حرارة الجول في اللفات وظهور التيارات الدوامة ، وتطبيق قانون الحفاظ على الطاقة ، يمكننا أن نكتب أن القوى الحالية في كل من المحولات اللفات متشابهة تقريبًا: ξ 2 أنا 2 »ξ 1 أنا 1 , أوجد ξ 2/1 = أنا 1 /أنا 2 = ن 2 /ن 1 ، أي أن التيارات في اللفات تتناسب عكسياً مع عدد الدورات في هذه اللفات.
لو ن 2 /ن 1> 1 ، إذن نحن نتعامل معها خطوة متابعة المحولات،زيادة متغير emf. وخفض التيار (المستخدم ، على سبيل المثال ، لنقل الكهرباء لمسافات طويلة ، لأنه في هذه الحالة يتم تقليل الخسائر في حرارة الجول ، بما يتناسب مع مربع القوة الحالية) ؛ لو العدد 2 / ن 1 <1, ثم نتعامل معه تنحى المحولات،تقليل emf. والتيار المتزايد (المستخدم ، على سبيل المثال ، في اللحام الكهربائي ، لأنه يتطلب تيارًا كبيرًا بجهد منخفض).
يسمى المحول ذو الملف الواحد المحول الذاتي.في حالة تصعيد المحول الذاتي ، فإن e.m.f. يتم توفيره إلى جزء من الملف ، و emf الثانوي. إزالتها من اللف بالكامل. في المحول الذاتي التدريجي ، يتم تطبيق جهد التيار الكهربائي على الملف بالكامل ، وعلى emf الثانوي. إزالتها من اللف.
11. التقلب التوافقي - ظاهرة التغيير الدوري في الكمية ، حيث يكون للاعتماد على الوسيطة صفة دالة الجيب أو دالة جيب التمام. على سبيل المثال ، الكمية التي تختلف بمرور الوقت على النحو التالي تتقلب بشكل متناغم:
أو ، حيث x هي قيمة الكمية المتغيرة ، t هي الوقت ، المعلمات المتبقية ثابتة: A هي سعة التذبذبات ، هي التردد الدوري للتذبذبات ، وهي المرحلة الكاملة للتذبذبات ، وهي المرحلة الأولية مرحلة التذبذبات. التذبذب التوافقي المعمم في شكل تفاضلي
أنواع الاهتزازات:
يتم إجراء التذبذبات الحرة تحت تأثير القوى الداخلية للنظام بعد إخراج النظام من التوازن. لكي تكون التذبذبات الحرة متناسقة ، من الضروري أن يكون النظام التذبذب خطيًا (موصوفًا بواسطة المعادلات الخطية للحركة) ، ويجب ألا يكون هناك تبديد للطاقة فيه (قد يتسبب الأخير في التخميد).
تتم التذبذبات القسرية تحت تأثير قوة دورية خارجية. لكي تكون متناسقة ، يكفي أن يكون النظام التذبذب خطيًا (موصوفًا بواسطة معادلات الحركة الخطية) ، وتتغير القوة الخارجية نفسها بمرور الوقت على أنها تذبذب توافقي (أي أن الاعتماد الزمني لهذه القوة هو جيبي) .
التذبذب التوافقي الميكانيكي هو حركة مستقيمة غير منتظمة تتغير فيها إحداثيات جسم متذبذب (نقطة مادية) وفقًا لجيب التمام أو قانون الجيب اعتمادًا على الوقت.
وفقًا لهذا التعريف ، فإن قانون تغيير الإحداثيات اعتمادًا على الوقت له الشكل:
حيث wt هي القيمة تحت جيب التمام أو علامة الجيب ؛ w هو المعامل ، الذي سيتم الكشف عن معناه المادي أدناه ؛ A هو سعة التذبذبات التوافقية الميكانيكية. المعادلات (4.1) هي المعادلات الحركية الرئيسية للاهتزازات التوافقية الميكانيكية.
التغيرات الدورية في الشدة E والحث B تسمى التذبذبات الكهرومغناطيسية ، والتذبذبات الكهرومغناطيسية هي موجات الراديو ، والميكروويف ، والأشعة تحت الحمراء ، والضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة جاما.
اشتقاق الصيغة
تم التنبؤ بالموجات الكهرومغناطيسية كظاهرة عالمية من خلال القوانين الكلاسيكية للكهرباء والمغناطيسية ، والمعروفة باسم معادلات ماكسويل. إذا نظرت عن كثب إلى معادلة ماكسويل في غياب المصادر (الشحنات أو التيارات) ، ستجد أنه إلى جانب احتمال عدم حدوث شيء ، تسمح النظرية أيضًا بحلول غير تافهة لتغيير المجالات الكهربائية والمغناطيسية. لنبدأ مع معادلات ماكسويل للفراغ:
أين هو عامل تفاضل متجه (نبلة)
أحد الحلول هو الأبسط.
للعثور على حل آخر أكثر تشويقًا ، نستخدم هوية المتجه ، الصالحة لأي ناقل ، في النموذج:
لنرى كيف يمكننا استخدامها ، دعنا نأخذ عملية الدوامة من التعبير (2):
الجانب الأيسر يعادل:
حيث نقوم بالتبسيط باستخدام المعادلة (1) أعلاه.
الجانب الأيمن يعادل:
المعادلتان (6) و (7) متساويتان ، لذا ينتج عنهما معادلة تفاضلية ذات قيمة متجهية لمجال كهربائي ، أي
تطبيق نتائج أولية مماثلة في معادلة تفاضلية مماثلة لمجال مغناطيسي:
هذه المعادلات التفاضلية تعادل معادلة الموجة:
حيث c0 هي سرعة الموجة في الفراغ ؛ و f تصف الإزاحة.
أو حتى أبسط: أين عامل التشغيل d'Alembert:
لاحظ أنه في حالة المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، تكون السرعة:
المعادلة التفاضلية للتذبذبات التوافقية لنقطة مادية ، أو حيث m هي كتلة النقطة ؛ ك - معامل القوة شبه المرنة (k = тω2).
المذبذب التوافقي في ميكانيكا الكم هو نظير كمي لمذبذب توافقي بسيط ، مع الأخذ في الاعتبار ليس القوى المؤثرة على الجسيم ، ولكن هاميلتونيان ، أي الطاقة الكلية للمذبذب التوافقي ، ويفترض أن الطاقة الكامنة تربيعية تعتمد على الإحداثيات. يؤدي حساب المصطلحات التالية في توسيع الطاقة الكامنة فيما يتعلق بالتنسيق إلى مفهوم مذبذب غير متناسق
المذبذب التوافقي (في الميكانيكا الكلاسيكية) هو نظام ، عند إزاحته من موضع التوازن ، يواجه قوة استعادة F تتناسب مع الإزاحة x (وفقًا لقانون هوك):
حيث k هو ثابت موجب يصف صلابة النظام.
المذبذب الهاميلتوني للكتلة m ، تردده الطبيعي ω ، يبدو كالتالي:
في التمثيل المنسق. يتم تقليل مشكلة إيجاد مستويات الطاقة للمذبذب التوافقي إلى إيجاد الأرقام E التي لها المعادلة التفاضلية الجزئية التالية لها حل في فئة الدوال المربعة القابلة للتكامل.
يُفهم المذبذب غير المتناسق على أنه مذبذب مع اعتماد غير تربيعي للطاقة الكامنة على الإحداثيات. أبسط تقريب لمذبذب غير متناسق هو تقريب الطاقة الكامنة حتى المصطلح الثالث في سلسلة تايلور:
12. بندول الربيع - نظام ميكانيكي يتكون من زنبرك مع معامل مرونة (صلابة) ك (قانون هوك) ، أحد طرفيه ثابت بشكل صارم ، وفي الطرف الآخر حمولة كتلة م.
عندما تعمل قوة مرنة على جسم ضخم ، تعيده إلى وضع التوازن ، فإنها تتأرجح حول هذا الموضع ، ويسمى هذا الجسم بالبندول الزنبركي. الاهتزازات ناتجة عن قوة خارجية. تسمى التذبذبات التي تستمر بعد توقف القوة الخارجية عن العمل بالذبذبات الحرة. تسمى التذبذبات الناتجة عن عمل قوة خارجية بالقوة. في هذه الحالة ، القوة نفسها تسمى قاهرة.
في أبسط الحالات ، البندول الزنبركي هو جسم صلب يتحرك على مستوى أفقي ، متصل بجدار بواسطة زنبرك.
قانون نيوتن الثاني لمثل هذا النظام في غياب القوى الخارجية وقوى الاحتكاك له الشكل:
إذا تأثر النظام بالقوى الخارجية ، فسيتم إعادة كتابة معادلة التذبذب على النحو التالي:
حيث f (x) هي نتيجة القوى الخارجية المتعلقة بوحدة كتلة الحمل.
في حالة التوهين المتناسب مع سرعة التذبذبات بمعامل ج:
فترة البندول الربيعي:
البندول الرياضي هو مذبذب ، وهو نظام ميكانيكي يتكون من نقطة مادة تقع على خيط عديم الوزن غير قابل للتمدد أو على قضيب عديم الوزن في مجال موحد لقوى الجاذبية. إن فترة التذبذبات الطبيعية الصغيرة للبندول الرياضي بطول l ، المعلقة بلا حراك في مجال جاذبية موحد مع تسارع السقوط الحر g ، تساوي ولا تعتمد على سعة البندول وكتلته.
المعادلة التفاضلية للبندول الربيعي x = Асos (wot + jo).
معادلة البندول
يتم وصف تذبذبات البندول الرياضي بواسطة معادلة تفاضلية عادية للشكل
حيث w هو ثابت موجب محدد فقط من معاملات البندول. وظيفة غير معروفة x (t) هي زاوية انحراف البندول في الوقت الحالي عن موضع التوازن السفلي ، معبراً عنها بالراديان ؛ ، حيث L هو طول التعليق ، g هو تسارع السقوط الحر. معادلة التذبذبات الصغيرة للبندول بالقرب من موضع التوازن السفلي (ما يسمى بالمعادلة التوافقية) لها الشكل:
البندول الذي يجعل التذبذبات الصغيرة يتحرك على طول الجيب. نظرًا لأن معادلة الحركة هي عنصر تحكم عادي من الدرجة الثانية ، لتحديد قانون حركة البندول ، فمن الضروري تحديد شرطين أوليين - الإحداثيات والسرعة ، حيث يتم تحديد ثابتين مستقلتين:
حيث A هي سعة تذبذبات البندول ، وهي المرحلة الأولية للتذبذبات ، w هي التردد الدوري ، والتي يتم تحديدها من معادلة الحركة. تسمى حركة البندول بالتذبذب التوافقي.
البندول الفيزيائي هو مذبذب ، وهو جسم صلب يتأرجح في مجال أي قوى حول نقطة ليست مركز كتلة هذا الجسم ، أو محور ثابت عمودي على اتجاه القوى ولا يمر عبر مركز كتلة هذا الجسم.
لحظة القصور الذاتي حول مرور المحور عبر نقطة التعليق:
بإهمال مقاومة الوسط ، تتم كتابة المعادلة التفاضلية لتذبذبات البندول الفيزيائي في مجال الجاذبية على النحو التالي:
الطول المصغر هو خاصية شرطية للبندول المادي. إنه يساوي عدديًا طول البندول الرياضي ، حيث تساوي الفترة التي تكون فيها فترة البندول المادي المعطى. يتم حساب الطول المصغر على النحو التالي:
حيث أنا لحظة القصور الذاتي حول نقطة التعليق ، م هي الكتلة ، أ هي المسافة من نقطة التعليق إلى مركز الكتلة.
الدائرة التذبذبية عبارة عن مذبذب ، وهو عبارة عن دائرة كهربائية تحتوي على محث متصل ومكثف. يمكن إثارة تذبذبات التيار (والجهد) في مثل هذه الدائرة ، والدائرة التذبذبية هي أبسط نظام يمكن أن تحدث فيه التذبذبات الكهرومغناطيسية الحرة.
يتم تحديد تردد الطنين للدائرة من خلال ما يسمى بصيغة طومسون:
دارة تتأرجح متوازية
دع مكثف السعة C مشحونًا بجهد. الطاقة المخزنة في المكثف
الطاقة المغناطيسية المركزة في الملف هي الحد الأقصى والمساواة
حيث L هي محاثة الملف ، هي القيمة القصوى للتيار.
طاقة الاهتزازات التوافقية
أثناء الاهتزازات الميكانيكية ، يكون للجسم المتأرجح (أو نقطة المادة) طاقة حركية وطاقة كامنة. الطاقة الحركية للجسم W:
إجمالي الطاقة في الدائرة:
الموجات الكهرومغناطيسية تحمل الطاقة. عندما تنتشر الموجات ، ينشأ تدفق للطاقة الكهرومغناطيسية. إذا حددنا المنطقة S ، الموجهة عموديًا على اتجاه انتشار الموجة ، فعندئذٍ في وقت قصير Δt ، ستتدفق الطاقة ΔWem عبر المنطقة ، مساوية لـ ΔWem = (نحن + wm) υSΔt
13. إضافة التذبذبات التوافقية من نفس الاتجاه ونفس التردد
يمكن أن يشارك الجسم المتأرجح في العديد من العمليات التذبذبية ، ثم يجب إيجاد التذبذب الناتج ، بمعنى آخر ، يجب إضافة التذبذبات. في هذا القسم ، سنضيف التذبذبات التوافقية لنفس الاتجاه ونفس التردد
باستخدام طريقة متجه السعة الدوارة ، نقوم ببناء المخططات المتجهة لهذه التذبذبات بيانياً (الشكل 1). ضريبة مثل المتجهات A1 و A2 تدور بنفس السرعة الزاوية ω0 ، ثم سيبقى فرق الطور (φ2 - φ1) بينهما ثابتًا. ومن ثم ، فإن معادلة التذبذب الناتج ستكون (1)
في الصيغة (1) ، يتم تحديد السعة A والمرحلة الأولية φ على التوالي من خلال التعبيرات
هذا يعني أن الجسم ، الذي يشارك في اثنين من التذبذبات التوافقية من نفس الاتجاه ونفس التردد ، يؤدي أيضًا تذبذبًا توافقيًا في نفس الاتجاه وبنفس التردد مثل التذبذبات المجمعة. يعتمد اتساع التذبذب الناتج على فرق الطور (φ2 - 1) للتذبذبات المضافة.
إضافة التذبذبات التوافقية لنفس الاتجاه مع الترددات القريبة
دع سعة التذبذبات المضافة تساوي A ، وتكون الترددات مساوية لـ ω و ω + Δω و Δω<<ω. Выберем начало отсчета так, чтобы начальные фазы обоих колебаний были равны нулю:
إضافة هذه التعبيرات ومراعاة ذلك في العامل الثاني Δω / 2<<ω, получим
تسمى التغييرات الدورية في سعة التذبذبات التي تحدث عند إضافة تذبذبين توافقيين من نفس الاتجاه مع ترددات قريبة دقات.
تنشأ النبضات من حقيقة أن إحدى الإشارتين تتأخر باستمرار عن الأخرى في الطور ، وفي تلك اللحظات التي تحدث فيها التذبذبات في الطور ، يتم تضخيم الإشارة الإجمالية ، وفي تلك اللحظات التي تكون فيها الإشارتان خارج الطور ، يلغي كل منهما الآخر. تحل هذه اللحظات محل بعضها البعض بشكل دوري مع زيادة التراكم.
مخطط تذبذب فاز
دعونا نجد نتيجة إضافة اثنين من التذبذبات التوافقية من نفس التردد ω ، والتي تحدث في اتجاهات متعامدة بشكل متبادل على طول محوري x و y. للتبسيط ، نختار أصل المرجع بحيث تكون المرحلة الأولية من التذبذب الأول مساوية للصفر ، ونكتبها بالصيغة (1)
حيث α هو فرق الطور لكل من التذبذبات ، A و B تساوي اتساع التذبذبات المضافة. سيتم تحديد معادلة مسار التذبذب الناتج عن طريق استبعاد الوقت t من الصيغ (1). كتابة التذبذبات الموجزة كـ
واستبدال المعادلة الثانية بـ وبواسطة ، نجد ، بعد التحولات البسيطة ، معادلة القطع الناقص التي تكون محاورها موجهة بشكل تعسفي بالنسبة إلى محاور الإحداثيات: (2)
نظرًا لأن مسار التذبذب الناتج له شكل القطع الناقص ، فإن هذه التذبذبات تسمى الاستقطاب الإهليلجي.
تعتمد أبعاد محاور القطع الناقص واتجاهه على اتساع التذبذبات المضافة وفرق الطور α. دعونا نفكر في بعض الحالات الخاصة التي تهمنا جسديًا:
1) α = mπ (م = 0 ، ± 1 ، ± 2 ، ...). في هذه الحالة ، يصبح القطع الناقص قطعة مستقيمة (3)
حيث تتوافق علامة الجمع مع قيم الصفر وحتى قيم m (الشكل 1 أ) ، وعلامة الطرح تقابل القيم الفردية لـ m (الشكل 2 ب). التذبذب الناتج هو تذبذب توافقي مع التردد ω والسعة ، والذي يحدث على طول الخط المستقيم (3) ، مما يجعل الزاوية مع المحور السيني. في هذه الحالة ، نحن نتعامل مع التذبذبات المستقطبة خطيًا ؛
2) α = (2 م + 1) (/ 2) (م = 0 ، ± 1 ، ± 2 ، ...). في هذه الحالة ، ستبدو المعادلة
أشكال Lissajous هي مسارات مغلقة ترسمها نقطة تؤدي في وقت واحد تذبذبين توافقيين في اتجاهين متعامدين بشكل متبادل. درس لأول مرة من قبل العالم الفرنسي جول أنطوان ليساجوس. يعتمد شكل الأشكال على العلاقة بين الفترات (الترددات) والمراحل والسعات لكل من التذبذبات. في أبسط حالة للمساواة بين كلتا الفترتين ، تكون الأشكال عبارة عن قطع ناقصة ، والتي تتحول إلى دائرة بفرق طور يساوي 0 أو تتدهور إلى مقاطع خطية ، ومع اختلاف طور قدره P / 2 ومساواة في السعة. إذا لم تتطابق فترات التذبذبات تمامًا ، فإن فرق الطور يتغير طوال الوقت ، ونتيجة لذلك يتشوه القطع الناقص طوال الوقت. لم يتم ملاحظة أرقام Lissajous لفترات مختلفة بشكل كبير. ومع ذلك ، إذا كانت الفترات مرتبطة بأعداد صحيحة ، فبعد فترة زمنية تساوي أصغر مضاعف لكلتا الفترتين ، تعود النقطة المتحركة إلى نفس الموضع مرة أخرى - يتم الحصول على أشكال Lissajous ذات الشكل الأكثر تعقيدًا. تتلاءم أشكال Lissajous مع مستطيل يتزامن مركزه مع أصل الإحداثيات ، وتكون الجوانب موازية لمحاور الإحداثيات وتقع على جانبيها على مسافات مساوية لاتساع التذبذب.
حيث A ، B - اتساع التذبذب ، أ ، ب - الترددات ، δ - إنزياح الطور
14. تحدث التذبذبات المخففة في نظام ميكانيكي مغلق
حيث توجد خسائر في الطاقة للتغلب على القوى
المقاومة (β ≠ 0) أو في دائرة تذبذبية مغلقة ، في
حيث يؤدي وجود المقاومة R إلى فقدان طاقة الاهتزاز
تسخين الموصلات (β ≠ 0).
في هذه الحالة ، معادلة التذبذب التفاضلي العام (5.1)
يأخذ الشكل: x ′ ′ + 2βx ′ + ω0 x = 0.
إن تناقص التخميد اللوغاريتمي هو كمية مادية مقلوبة لعدد التذبذبات التي يتناقص بعدها السعة A بعامل e.
عملية جراحية عابرة في ديناميكية. النظام ، حيث تميل قيمة الإخراج ، التي تميز انتقال النظام من حالة إلى أخرى ، إما بشكل رتيب إلى قيمة ثابتة ، أو لها حد أقصى واحد (انظر الشكل). من الناحية النظرية ، يمكن أن تستمر لفترة طويلة بلا حدود. A. p. تحدث ، على سبيل المثال ، في الأنظمة الآلية. إدارة.
الرسوم البيانية للعمليات غير الدورية لتغيير المعلمة x (t) للنظام في الوقت المناسب: xust - الحالة الثابتة (الحد) قيمة المعلمة
أصغر مقاومة نشطة للدائرة ، حيث تكون العملية غير دورية ، تسمى المقاومة الحرجة
إنها أيضًا مقاومة يتم فيها تحقيق وضع التذبذبات غير المثبطة في الدائرة.
15. التذبذبات التي تحدث تحت تأثير قوة خارجية متغيرة بشكل دوري أو قوة خارجية متغيرة دوريًا تسمى التذبذبات الميكانيكية القسرية والتذبذبات الكهرومغناطيسية القسرية ، على التوالي.
تأخذ المعادلة التفاضلية الشكل التالي:
q ′ ′ + 2βq ′ + 0 q = cos (t).
الرنين (fr. الرنين ، من lat. resono - I response) هو ظاهرة الزيادة الحادة في سعة التذبذبات القسرية ، والتي تحدث عندما يقترب تردد التأثير الخارجي من قيم معينة (ترددات الرنين) التي تحددها الخصائص النظام. الزيادة في السعة ليست سوى نتيجة للرنين ، والسبب هو تزامن التردد الخارجي (المثير) مع التردد الداخلي (الطبيعي) للنظام التذبذب. بمساعدة ظاهرة الرنين ، حتى التذبذبات الدورية الضعيفة جدًا يمكن عزلها و / أو تحسينها. الرنين هو ظاهرة تستجيب بشكل خاص لعمل هذه القوة عند تردد معين للقوة الدافعة. يتم وصف درجة الاستجابة في نظرية التذبذب بكمية تسمى عامل الجودة. تم وصف ظاهرة الرنين لأول مرة من قبل جاليليو جاليلي في عام 1602 في الأعمال المكرسة لدراسة البندولات والأوتار الموسيقية.
نظام الرنين الميكانيكي المعروف لمعظم الناس هو التأرجح المعتاد. إذا قمت بدفع التأرجح وفقًا لتردد الرنين الخاص به ، سيزداد نطاق الحركة ، وإلا ستختفي الحركة. يمكن العثور على تردد الرنين لمثل هذا البندول بدقة كافية في نطاق النزوح الصغير من حالة التوازن بواسطة الصيغة:
حيث g هو تسارع السقوط الحر (9.8 m / s² لسطح الأرض) ، و L هو الطول من نقطة تعليق البندول إلى مركز كتلته. (الصيغة الأكثر دقة معقدة نوعًا ما وتتضمن تكاملًا إهليلجيًا). من المهم ألا يعتمد تردد الطنين على كتلة البندول. من المهم أيضًا ألا تتمكن من تأرجح البندول بترددات متعددة (التوافقيات الأعلى) ، ولكن يمكن القيام بذلك بترددات تساوي كسور التوافقيات الأساسية (التوافقيات السفلية).
سعة ومرحلة التذبذبات القسرية.
ضع في اعتبارك اعتماد السعة A للتذبذبات القسرية على التردد ω (8.1)
من الصيغة (8.1) يتبع ذلك أن سعة الإزاحة لها حد أقصى. لتحديد تردد الطنين ωres - التردد الذي يصل فيه اتساع الإزاحة A إلى الحد الأقصى - تحتاج إلى إيجاد الحد الأقصى للدالة (1) ، أو ما هو نفسه ، الحد الأدنى للتعبير الجذري. عند التفريق بين التعبير الجذري بالنسبة إلى ω ومعادلته بالصفر ، نحصل على الشرط الذي يحدد ωres:
تنطبق هذه المساواة على ω = 0 ، ± ، والتي لها قيمة موجبة فقط لها معنى مادي. لذلك ، تردد الطنين (8.2)
عمل التيار هو عمل المجال الكهربائي في نقل الشحنات الكهربائية على طول الموصل ؛ يساوي عمل التيار في قسم من الدائرة ناتج قوة التيار والجهد والوقت الذي تم خلاله إنجاز العمل. بتطبيق معادلة قانون أوم لقسم الدائرة ، يمكنك كتابة عدة إصدارات من الصيغة لحساب عمل التيار:
A = U * I * t = I2 R * t = U2 / R * t
وفقًا لقانون حفظ الطاقة: العمل يساوي التغير في طاقة قسم الدائرة ، وبالتالي فإن الطاقة التي يطلقها الموصل تساوي عمل التيار.
(أ) = ب * أ * ج = ث * ق = ي ؛ 1 كيلو واط * ساعة = 3600000 جول
قانون جول لينز
عندما يمر التيار عبر الموصل ، يسخن الموصل ويحدث التبادل الحراري مع البيئة ، أي يعطي الموصل حرارة للأجسام المحيطة.
كمية الحرارة المنبعثة من موصل مع تيار في البيئة تساوي ناتج مربع القوة الحالية ومقاومة الموصل والوقت الذي يستغرقه التيار في المرور عبر الموصل.
A = Q = U * I * t = I2 * R * t = U2 / R * t
التعبير هو قانون Joule-Lenz ، الذي تم إنشاؤه تجريبيًا بشكل مستقل بواسطة J. Joule و E. X. Lenz.:
dQ = UIdt = I2 Rdt = U2 / R * dt.
المجال المغناطيسي - شكل من أشكال وجود المادة المحيطة بالشحنات الكهربائية المتحركة (الموصلات ذات المغناطيس الدائم الحالي).
الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي: تتولد عن طريق الشحنات الكهربائية المتحركة والموصلات الحاملة للتيار والمغناطيس الدائم والمجال الكهربائي المتناوب ؛ يعمل بقوة على تحريك الشحنات الكهربائية ، والموصلات ذات الأجسام الممغنطة الحالية ؛ يولد المجال المغناطيسي المتناوب مجالًا كهربائيًا متناوبًا. قاعدة Gimlet: إذا كان اتجاه الحركة الانتقالية للمسمار (اللولب) يتزامن مع اتجاه التيار في الموصل ، فإن اتجاه دوران المقبض المخروطي يتزامن مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي
تسمح لك قاعدة اليد اليسرى بتحديد قوة أمبير ، أي القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على الموصل الحامل للتيار. إذا تم وضع اليد اليسرى بحيث يدخل المكون العمودي لمتجه الحث المغناطيسي راحة اليد ، ويتم توجيه أربعة أصابع ممدودة على طول التيار ، فإن ثني الإبهام بمقدار 90 درجة سيظهر اتجاه قوة الأمبير.
على عكس المجال الكهربائي ، الذي يعمل على أي شحنة ، فإن المجال المغناطيسي يعمل فقط على تحريك الجسيمات المشحونة. اتضح أن القوة لا تعتمد فقط على الحجم ، ولكن أيضًا على اتجاه سرعة الشحنة. قوة لورنتز تسمى القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون بقوة لورنتز. تظهر التجربة أن متجه قوة لورنتز F ~ موجود على النحو التالي. 1.
القيمة المطلقة لقوة لورنتز هي:
هنا q هي القيمة المطلقة للشحنة ، v هي سرعة الشحنة ، B هي تحريض المجال المغناطيسي ، b هي الزاوية بين المتجهين ~ v و B ~.
تكون قوة لورنتز عمودية على كلا المتجهين ~ v و B ~. بمعنى آخر ، المتجه F ~ عمودي على المستوى الذي تكمن فيه نواقل سرعة الشحنة وتحريض المجال المغناطيسي. يبقى أن نعرف في أي نصف مساحة بالنسبة للمستوى المحدد يتم توجيه قوة لورنتز.
تم إنشاء الارتباط المتبادل بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية بواسطة الفيزيائي الإنجليزي البارز M. Faraday في عام 1831. اكتشف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. يتكون من حدوث تيار كهربائي في دائرة موصلة مغلقة مع تغيير في وقت التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة.
ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي هي حدوث تيار كهربائي في دائرة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة.
درس فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي باستخدام سلكين حلزونيين معزولين عن بعضهما البعض ، ملفوفين على ملف خشبي. تم توصيل ملف واحد ببطارية كلفانية ، والآخر بجلفانومتر سجل تيارات ضعيفة. في لحظات إغلاق وفتح دائرة اللولب الأول ، انحرفت إبرة الجلفانومتر في دائرة اللولب الثاني.
تجارب فاراداي.
يمكن تقسيم تجارب Faraday's EMP إلى سلسلتين:
1. حدوث تيار تحريضي عند دفع المغناطيس للداخل وسحبه للخارج (لفائف مع تيار) ؛
شرح التجربة: عندما يتم إدخال مغناطيس في ملف متصل بأميتر ، يحدث تيار تحريضي في الدائرة. عند إزالته ، يحدث تيار تحريضي أيضًا ، ولكن في اتجاه مختلف. يمكن ملاحظة أن تيار الحث يعتمد على اتجاه حركة المغناطيس ، والقطب الذي يتم إدخاله. تعتمد قوة التيار على سرعة المغناطيس.
2. حدوث تيار تحريضي في ملف واحد عندما يتغير التيار في الملف الآخر.
شرح التجربة: يحدث تيار كهربائي في الملف 2 في لحظات إغلاق وفتح المفتاح في دائرة الملف 1. يمكن ملاحظة أن اتجاه التيار يعتمد على ما إذا كانت دائرة الملف 1 مغلقة أم مفتوحة ، أي. حول ما إذا كان التدفق المغناطيسي يزيد (عند إغلاق الدائرة) أو يتناقص (عند فتح الدائرة). اختراق الملف الأول.
من خلال العديد من التجارب ، وجد فاراداي أنه في الدوائر الموصلة المغلقة ، لا يحدث التيار الكهربائي إلا عندما تكون في مجال مغناطيسي متناوب ، بغض النظر عن كيفية تحقيق التغيير في تدفق تحريض المجال المغناطيسي في الوقت المناسب.
التيار الذي يحدث أثناء ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي يسمى حثي.
بالمعنى الدقيق للكلمة ، عندما تتحرك الدائرة في مجال مغناطيسي ، لا يتم إنشاء تيار معين (والذي يعتمد على المقاومة) ، ولكن يتم إنشاء emf معين.
أثبت فاراداي تجريبيًا أنه عندما يتغير التدفق المغناطيسي في دائرة موصلة ، تنشأ EMF للتحريض Eind ، مساوٍ لمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده الدائرة ، المأخوذ بعلامة ناقص:
هذه الصيغة تعبر عن قانون فاراداي: هـ. د. الحث يساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي يحده الكفاف.
تعكس علامة الطرح في الصيغة قاعدة لينز.
في عام 1833 ، أثبت لينز تجريبيًا العبارة التي تسمى قاعدة لينز: تيار الحث المثار في دائرة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي دائمًا بحيث يمنع المجال المغناطيسي الذي يخلقه حدوث تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يسبب تيار الحث. .
مع زيادة التدفق المغناطيسي Ф> 0 ، و eind< 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его магнитное поле уменьшает магнитный поток через контур.
مع انخفاض التدفق المغناطيسي Ф<0, а еинд >0 ، أي يزيد المجال المغناطيسي للتيار الاستقرائي من تناقص التدفق المغناطيسي عبر الدائرة.
قاعدة لينز لها معنى فيزيائي عميق - فهي تعبر عن قانون الحفاظ على الطاقة: إذا زاد المجال المغناطيسي عبر الدائرة ، فسيتم توجيه التيار في الدائرة بحيث يتم توجيه مجالها المغناطيسي ضد المجال الخارجي ، وإذا كان المجال الخارجي يتناقص المجال المغناطيسي خلال الدائرة ، ثم يتم توجيه التيار بحيث يدعم مجاله المغناطيسي هذا المجال المغناطيسي المتضائل.
يعتمد emf التعريفي على أسباب مختلفة. إذا تم دفع مغناطيس قوي إلى الملف مرة واحدة ، وكان مغناطيسًا ضعيفًا في المرة الأخرى ، فستكون قراءات الجهاز في الحالة الأولى أعلى. ستكون أيضًا أعلى عندما يتحرك المغناطيس بسرعة. في كل تجربة تم إجراؤها في هذا العمل ، يتم تحديد اتجاه تيار الحث بواسطة قاعدة لينز. يوضح الشكل إجراء تحديد اتجاه التيار الاستقرائي.
فاراداي الحث المغناطيسي الحالي
في الشكل ، خطوط القوة للمجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم وخطوط المجال المغناطيسي للتيار الحثي موضحة باللون الأزرق. يتم توجيه خطوط المجال المغناطيسي دائمًا من N إلى S - من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي للمغناطيس.
وفقًا لقاعدة لينز ، فإن التيار الكهربائي الاستقرائي في الموصل ، والذي يحدث عندما يتغير التدفق المغناطيسي ، يتم توجيهه بطريقة تجعل مجاله المغناطيسي يقاوم التغيير في التدفق المغناطيسي. لذلك ، في الملف ، يكون اتجاه خطوط المجال المغناطيسي معاكسًا لخطوط قوة المغناطيس الدائم ، لأن المغناطيس يتحرك نحو الملف. نجد اتجاه التيار وفقًا لقاعدة المثقاب: إذا كان المثقاب (مع الخيط الأيمن) مشدودًا بحيث تتزامن حركته الانتقالية مع اتجاه خطوط الحث في الملف ، فعندئذ يكون اتجاه دوران مقبض gimlet يتزامن مع اتجاه تيار الحث.
لذلك ، يتدفق التيار عبر المليمتر من اليسار إلى اليمين ، كما هو موضح في الشكل بالسهم الأحمر. في حالة تحرك المغناطيس بعيدًا عن الملف ، فإن خطوط المجال المغناطيسي للتيار الحثي سوف تتطابق في الاتجاه مع خطوط قوة المغناطيس الدائم ، وسوف يتدفق التيار من اليمين إلى اليسار.
يشكل قانون الحث الكهرومغناطيسي أساس الهندسة الكهربائية الحديثة ، وكذلك الهندسة الراديوية ، والتي بدورها تشكل جوهر الصناعة الحديثة ، التي غيرت حضارتنا بالكامل. بدأ التطبيق العملي للحث الكهرومغناطيسي بعد نصف قرن فقط من اكتشافه. في ذلك الوقت ، كان التقدم التكنولوجي لا يزال بطيئًا نسبيًا. السبب في أن الهندسة الكهربائية تلعب مثل هذا الدور المهم في كل حياتنا الحديثة هو أن الكهرباء هي الشكل الأكثر ملاءمة للطاقة وهي على وجه التحديد بسبب قانون الحث الكهرومغناطيسي. هذا الأخير يجعل من السهل الحصول على الكهرباء من الطاقة الميكانيكية (المولدات) ، لتوزيع ونقل الطاقة (المحولات) بمرونة وتحويلها مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية (محرك كهربائي) وأنواع أخرى من الطاقة ، وكل هذا يحدث بكفاءة عالية جدًا. منذ حوالي 50 عامًا ، كان توزيع الطاقة بين الأدوات الآلية في المصانع يتم من خلال نظام معقد من الأعمدة ومحركات الحزام - كانت غابة ناقل الحركة أحد التفاصيل المميزة "للداخل" الصناعي في ذلك الوقت. تم تجهيز الأدوات الآلية الحديثة بمحركات كهربائية مدمجة يتم تغذيتها من خلال نظام أسلاك كهربائية مخفي.
تستخدم الصناعة الحديثة نظام إمداد طاقة واحد يغطي الدولة بأكملها ، وأحيانًا عدة دول مجاورة.
يبدأ نظام إمداد الطاقة بمولد طاقة. يعتمد تشغيل المولد على الاستخدام المباشر لقانون الحث الكهرومغناطيسي. من الناحية التخطيطية ، فإن أبسط مولد هو مغناطيس كهربائي ثابت (الجزء الثابت) ، في المجال الذي يدور فيه الملف (الدوار). تتم إزالة التيار المتردد المتحمس في لف الدوار بمساعدة جهات اتصال خاصة متحركة - فرش. نظرًا لأنه من الصعب تمرير طاقة كبيرة من خلال جهات الاتصال المتحركة ، فغالبًا ما يتم استخدام دائرة مولد معكوسة: يثير مغناطيس كهربائي دوار التيار في اللفات الثابتة للجزء الثابت. وهكذا ، يحول المولد الطاقة الميكانيكية لدوران الدوار إلى كهرباء. يتم تشغيل الأخير إما عن طريق الطاقة الحرارية (التوربينات البخارية أو الغازية) أو الطاقة الميكانيكية (التوربينات المائية).
في الطرف الآخر من نظام الإمداد بالطاقة توجد العديد من المحركات التي تستخدم الكهرباء ، وأهمها المحرك الكهربائي (المحرك الكهربائي). الأكثر شيوعًا ، نظرًا لبساطته ، هو ما يسمى بالمحرك غير المتزامن ، الذي تم اختراعه بشكل مستقل في 1885-1887. هتال الفيزيائي فيراريس والمهندس الكرواتي الشهير تسلا (الولايات المتحدة الأمريكية). الجزء الثابت لهذا المحرك هو مغناطيس كهربائي معقد يخلق مجالًا دوارًا. يتم تحقيق دوران المجال باستخدام نظام من اللفات يتم فيه إزاحة التيارات طورًا. في أبسط الحالات ، يكفي أن نأخذ تراكب حقلين في اتجاهات متعامدة ، يتم إزاحتها في الطور بمقدار 90 درجة (الشكل VI.10).
يمكن كتابة هذا الحقل كتعبير معقد:
الذي يمثل متجهًا ثنائي الأبعاد بطول ثابت ، يدور عكس اتجاه عقارب الساعة بتردد o. على الرغم من أن الصيغة (53.1) تشبه التمثيل المعقد للتيار المتردد في الفقرة 52 ، إلا أن معناها المادي مختلف. في حالة التيار المتردد ، فقط الجزء الحقيقي من التعبير المعقد له قيمة حقيقية ، ولكن هنا تمثل القيمة المعقدة متجهًا ثنائي الأبعاد ، ومرحلته ليست فقط مرحلة تذبذبات مكونات المجال المتناوب ، ولكن يميز أيضًا اتجاه متجه المجال (انظر الشكل VI.10).
في التكنولوجيا ، عادة ما يتم استخدام مخطط أكثر تعقيدًا إلى حد ما للدوران الميداني بمساعدة ما يسمى بالتيار ثلاثي الطور ، أي ثلاثة تيارات ، يتم إزاحة مراحلها بمقدار 120 درجة بالنسبة لبعضها البعض. تخلق هذه التيارات حقلاً مغناطيسيًا في ثلاثة اتجاهات ، يدور أحدهما بالنسبة للآخر بزاوية 120 درجة (الشكل VI.11). لاحظ أنه يتم الحصول على مثل هذا التيار ثلاثي الأطوار تلقائيًا في المولدات بترتيب اللفات المماثل. تم اختراع التيار ثلاثي الطور ، والذي كان يستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا
أرز. سادسا 10. مخطط للحصول على مجال مغناطيسي دوار.
أرز. سادسا 11. مخطط محرك غير متزامن. من أجل التبسيط ، يظهر الدوار كملف واحد.
في عام 1888 من قبل المهندس الكهربائي الروسي المتميز Dolivo-Dobrovolsky ، الذي بنى في ألمانيا على هذا الأساس أول خط طاقة تقني في العالم.
يتكون الملف الدوار للمحرك التعريفي في أبسط حالة من المنعطفات ذات الدائرة القصيرة. يحث المجال المغناطيسي المتناوب تيارًا في الملفات ، مما يؤدي إلى دوران الجزء المتحرك في نفس اتجاه المجال المغناطيسي. وفقًا لقاعدة لينز ، فإن الدوار يميل إلى "اللحاق" بالمجال المغناطيسي الدوار. بالنسبة لمحرك محمل ، تكون سرعة الجزء المتحرك دائمًا أقل من المجال ، وإلا سيتحول الحث EMF والتيار في الجزء المتحرك إلى الصفر. ومن هنا الاسم - محرك غير متزامن.
المهمة 1. أوجد سرعة دوران دوار المحرك التعريفي حسب الحمولة.
معادلة التيار في دورة واحدة للدوار لها الشكل
حيث - السرعة الزاوية لانزلاق المجال بالنسبة إلى الدوار ، يميز اتجاه الملف بالنسبة إلى المجال ، موقع الملف في الدوار (الشكل VI.12 ، أ). بالانتقال إلى الكميات المعقدة (انظر الفقرة 52) ، نحصل على الحل (53.2)
عزم الدوران الذي يعمل على ملف في نفس المجال المغناطيسي هو
أرز. VI.12. حول مشكلة المحرك غير المتزامن. أ - دوران لف الدوار في مجال "منزلق" ؛ ب - الحمولة المميزة للمحرك.
عادةً ما يحتوي الملف الدوار على عدد كبير من المنعطفات المتباعدة بشكل متساوٍ ، بحيث يمكن استبدال التجميع الذي يزيد عن 9 بالتكامل ، ونتيجة لذلك ، نحصل على إجمالي عزم الدوران على عمود المحرك
أين هو عدد لفات الدوار. يظهر الرسم البياني التبعية في الشكل. VI.12 ، ب. يتوافق الحد الأقصى لعزم الدوران مع تردد الانزلاق لاحظ أن المقاومة الأومية للعضو الدوار تؤثر فقط على تردد الانزلاق ، وليس أقصى عزم دوران للمحرك. تردد الانزلاق السالب (العضو الدوار "يتخطى" المجال) يتوافق مع وضع المولد. للحفاظ على هذا الوضع ، من الضروري إنفاق الطاقة الخارجية ، والتي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية في لفات الجزء الثابت.
بالنسبة لعزم دوران معين ، يكون تردد الانزلاق غامضًا ، لكن الوضع فقط هو المستقر
العنصر الرئيسي لأنظمة تحويل ونقل الكهرباء هو المحول الذي يغير جهد التيار المتردد. لنقل الكهرباء لمسافات طويلة ، من المفيد استخدام أقصى جهد ممكن ، يقتصر فقط على انهيار العزل. في الوقت الحاضر ، تعمل خطوط النقل بجهد يبلغ حوالي بالنسبة لقوة مرسلة معينة ، يتناسب التيار في الخط عكسًا مع الجهد ، وتنخفض الخسائر في الخط إلى مربع الجهد. من ناحية أخرى ، هناك حاجة إلى جهد أقل بكثير لتزويد مستهلكي الكهرباء بالطاقة ، وذلك لأسباب تتعلق بالبساطة في التصميم (العزل) ، فضلاً عن السلامة. ومن هنا تأتي الحاجة إلى تحويل الجهد.
عادة ما يتكون المحول من ملفين على لب حديد مشترك (الشكل السادس .13). هناك حاجة إلى قلب حديدي في المحولات لتقليل التدفق الشارد وبالتالي ربط تدفق أفضل بين اللفات. نظرًا لأن الحديد هو أيضًا موصل ، فإنه يمر بمتغير
أرز. الإصدار 1.13. رسم تخطيطي لمحول التيار المتردد.
أرز. VI.14. مخطط حزام روغوفسكي. يُظهر الخط المتقطع بشكل مشروط مسار التكامل.
المجال المغناطيسي فقط لعمق ضحل (انظر الفقرة 87). لذلك ، يجب أن تكون نوى المحولات مغلفة ، أي على شكل مجموعة من الصفائح الرقيقة المعزولة كهربائياً عن بعضها البعض. بالنسبة لتردد طاقة يبلغ 50 هرتز ، يكون سمك اللوحة المعتاد 0.5 مم. بالنسبة للمحولات ذات الترددات العالية (في هندسة الراديو) ، يجب عليك استخدام ألواح رفيعة جدًا (مم) أو نوى من الفريت.
المهمة 2. ما هو الجهد الكهربائي الذي يجب عزل الألواح الأساسية للمحول؟
إذا كان عدد الصفائح في القلب والجهد لكل دورة لف المحول ، فإن الجهد بين الألواح المجاورة
في أبسط حالة لعدم وجود تدفق مبعثر ، تتناسب نسبة EMF في كلا الملفين مع عدد دوراتهم ، حيث يتم تحديد EMF الحثي لكل دورة بنفس التدفق في القلب. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت الخسائر في المحول صغيرة ، وكانت مقاومة الحمل كبيرة ، فمن الواضح أن نسبة الفولتية على اللفات الأولية والثانوية تتناسب أيضًا. هذا هو مبدأ تشغيل المحول ، مما يجعل من السهل تغيير الجهد عدة مرات.
المهمة 3. أوجد نسبة تحويل الجهد لحمل تعسفي.
إهمال الخسائر في المحول والتسرب (المحول المثالي) ، نكتب معادلة التيارات في اللفات بالشكل (بوحدات SI)
أين هي مقاومة الحمل المعقدة (انظر الفقرة 52) ويستخدم التعبير (51.2) لتحريض EMF لدائرة معقدة. بمساعدة العلاقة (51.6) ؛ يمكنك إيجاد نسبة تحويل الجهد دون حل المعادلات (53.6) ، ولكن ببساطة عن طريق قسمة كل منهما على الآخر:
تبين أن نسبة التحويل متساوية ، وبالتالي ، ببساطة إلى نسبة عدد المنعطفات عند أي حمل. تعتمد العلامة على اختيار بداية ونهاية اللفات.
لإيجاد نسبة التحويل الحالية ، تحتاج إلى حل النظام (53.7) ، ونتيجة لذلك نحصل على
في الحالة العامة ، يتبين أن المعامل هو قيمة معقدة ، أي يظهر تحول طور بين التيارات في اللفات. المهم هو الحالة الخاصة للحمل الصغير ، أي أن نسبة التيارات تصبح معكوسًا لنسبة الفولتية.
يمكن استخدام وضع المحول هذا لقياس التيارات العالية (محول التيار). اتضح أن نفس التحول البسيط للتيارات يتم الحفاظ عليه أيضًا من أجل اعتماد تعسفي للتيار في الوقت المناسب بتصميم خاص للمحول الحالي. في هذه الحالة ، يطلق عليه ملف Rogowski (الشكل VI.14) وهو ملف لولبي مغلق مرن ذو شكل تعسفي مع لف منتظم. يعتمد تشغيل الحزام على قانون الحفاظ على دوران المجال المغناطيسي (انظر الفقرة 33): حيث يتم التكامل على طول الكفاف داخل الحزام (انظر الشكل VI.14) ، يكون إجمالي التيار المقيس المغطى من الحزام. بافتراض أن الأبعاد العرضية للحزام صغيرة بدرجة كافية ، يمكننا كتابة emf الحثي المستحث على الحزام على النحو التالي:
أين هو المقطع العرضي للحزام ، أ هي كثافة اللف ، يفترض أن تكون كلتا القيمتين ثابتتين على طول الحزام ؛ داخل الحزام إذا كانت كثافة لف الحزام ومقطعه العرضي 50 ثابتة بطول الطول (53.9).
التحويل البسيط للجهد الكهربائي ممكن فقط للتيار المتردد. وهذا ما يحدد دورها الحاسم في الصناعة الحديثة. في الحالات التي تتطلب التيار المباشر ، تنشأ صعوبات كبيرة. على سبيل المثال ، في خطوط نقل الطاقة بعيدة المدى للغاية ، يوفر استخدام التيار المباشر مزايا مهمة: يتم تقليل فقد الحرارة ، نظرًا لعدم وجود تأثير جلدي (انظر الفقرة 87) وعدم وجود طنين
(موجة) عابرة عند تشغيل - إيقاف تشغيل خط النقل ، الذي يكون طوله من أجل الطول الموجي للتيار المتردد (6000 كم للتردد الصناعي 50 هرتز). تكمن الصعوبة في تصحيح التيار المتردد عالي الجهد في أحد طرفي خط النقل وعكسه في الطرف الآخر.
خودولي أندري وخنيكوف إيغور
التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.
تحميل:
معاينة:
لاستخدام معاينة العروض التقديمية ، قم بإنشاء حساب Google (حساب) وقم بتسجيل الدخول: https://accounts.google.com
شرح الشرائح:
الحث الكهرومغناطيسي في التكنولوجيا الحديثة قام به طلاب من فئة 11 "أ" MOUSOSH رقم 2 لمدينة سوفوروف خنيكوف إيغور ، خودولي أندري
تم اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في 29 أغسطس 1831 بواسطة مايكل فاراداي. تتمثل ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في حدوث تيار كهربائي في دائرة موصلة ، والتي تقع إما في مجال مغناطيسي يتغير بمرور الوقت ، أو تتحرك في مجال مغناطيسي ثابت بحيث يخترق عدد خطوط الحث المغناطيسي تغييرات الدائرة.
إن المجالات الكهرومغناطيسية للحث الكهرومغناطيسي في دائرة مغلقة متساوية عدديًا ومعاكسة لمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده هذه الدائرة. يعتبر اتجاه تيار الحث (بالإضافة إلى حجم EMF) موجبًا إذا تزامن مع الاتجاه المحدد لتجاوز الدائرة.
تجربة فاراداي يتم إدخال مغناطيس دائم أو إزالته من ملف متصل بجلفانومتر. عندما يتحرك المغناطيس في الدائرة ، ينشأ تيار كهربائي.في غضون شهر واحد ، اكتشف فاراداي تجريبيًا جميع السمات الأساسية لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. في الوقت الحاضر ، يمكن لأي شخص إجراء تجارب فاراداي.
المصادر الرئيسية للمجال الكهرومغناطيسي المصادر الرئيسية للمجال الكهرومغناطيسي هي: خطوط الكهرباء. الأسلاك (داخل المباني والهياكل). الأجهزة الكهربائية المنزلية. حواسيب شخصية. محطات البث التلفزيوني والراديوي. الاتصالات الساتلية والخلوية (أجهزة ، مكررات). النقل الكهربائي. منشآت الرادار.
خطوط الطاقة تخلق أسلاك خط الطاقة العامل مجالًا كهرومغناطيسيًا للتردد الصناعي (50 هرتز) في الفضاء المجاور (على مسافات تصل إلى عشرات الأمتار من السلك). علاوة على ذلك ، يمكن أن تختلف شدة المجال بالقرب من الخط على نطاق واسع ، اعتمادًا على حملها الكهربائي. في الواقع ، يتم إنشاء حدود منطقة الحماية الصحية على طول خط الحدود الأبعد عن الأسلاك ذات شدة المجال الكهربائي القصوى ، والتي تساوي 1 كيلو فولت / م.
الأسلاك الكهربائية تشمل الأسلاك الكهربائية: كابلات الطاقة لأنظمة دعم الحياة في المباني ، وأسلاك توزيع الطاقة ، بالإضافة إلى اللوحات المتفرعة وصناديق الطاقة والمحولات. الأسلاك الكهربائية هي المصدر الرئيسي للمجال الكهرومغناطيسي للتردد الصناعي في المباني السكنية. في هذه الحالة ، غالبًا ما يكون مستوى شدة المجال الكهربائي المنبعث من المصدر منخفضًا نسبيًا (لا يتجاوز 500 فولت / م).
الأجهزة الكهربائية المنزلية مصادر المجالات الكهرومغناطيسية هي جميع الأجهزة المنزلية التي تعمل باستخدام التيار الكهربائي. في الوقت نفسه ، يختلف مستوى الإشعاع على أوسع نطاق ، اعتمادًا على الطراز وجهاز الجهاز ووضع التشغيل المحدد. أيضًا ، يعتمد مستوى الإشعاع بشدة على استهلاك الطاقة للجهاز - فكلما زادت الطاقة ، ارتفع مستوى المجال الكهرومغناطيسي أثناء تشغيل الجهاز. لا تتجاوز شدة المجال الكهربائي بالقرب من الأجهزة المنزلية عشرات V / م.
أجهزة الكمبيوتر الشخصية المصدر الأساسي للتأثيرات الصحية الضارة لمستخدم الكمبيوتر هو جهاز عرض الشاشة (VOD). بالإضافة إلى الشاشة ووحدة النظام ، قد يشتمل الكمبيوتر الشخصي أيضًا على عدد كبير من الأجهزة الأخرى (مثل الطابعات والماسحات الضوئية ومرشحات الشبكة وما إلى ذلك). كل هذه الأجهزة تعمل باستخدام التيار الكهربائي مما يعني أنها مصادر لمجال كهرومغناطيسي.
يحتوي المجال الكهرومغناطيسي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية على تكوين موجي وطيفي أكثر تعقيدًا ويصعب قياسه وقياسه. يحتوي على مكونات مغناطيسية وإلكتروستاتيكية وإشعاعية (على وجه الخصوص ، يمكن أن تتراوح القدرة الكهروستاتيكية لشخص يجلس أمام الشاشة من -3 إلى +5 فولت). نظرًا لشرط استخدام أجهزة الكمبيوتر الشخصية الآن بنشاط في جميع فروع النشاط البشري ، فإن تأثيرها على صحة الإنسان يخضع لدراسة ومراقبة دقيقين.
محطات البث التلفزيوني والإذاعي يوجد حاليًا عدد كبير من محطات البث الإذاعي ومراكز الانتماءات المختلفة على أراضي روسيا. تقع محطات ومراكز الإرسال في مناطق مخصصة لها ويمكن أن تشغل مساحات كبيرة إلى حد ما (تصل إلى 1000 هكتار). من خلال هيكلها ، فإنها تشمل واحدًا أو أكثر من المباني التقنية ، حيث توجد أجهزة الإرسال اللاسلكي ، ومجالات الهوائي ، التي يوجد عليها ما يصل إلى عشرات من أنظمة تغذية الهوائي (AFS). يشتمل كل نظام على هوائي مشع وخط تغذية يجلب إشارة البث.
الاتصالات الساتلية تتكون أنظمة الاتصالات الساتلية من محطة إرسال على الأرض وأقمار صناعية - مكررات في المدار. تبعث محطات الاتصالات الساتلية المرسلة حزمة موجية ضيقة التوجيه ، حيث تصل كثافة تدفق الطاقة إلى مئات W / m. تخلق أنظمة الاتصالات الساتلية شدة مجال كهرومغناطيسية عالية على مسافات كبيرة من الهوائيات. على سبيل المثال ، محطة بقوة 225 كيلوواط ، تعمل بتردد 2.38 جيجاهرتز ، تخلق كثافة تدفق طاقة تبلغ 2.8 واط / م 2 على مسافة 100 كم. يكون تشتت الطاقة بالنسبة للحزمة الرئيسية صغيرًا جدًا ويحدث بشكل خاص في منطقة الموضع المباشر للهوائي.
الاتصالات الخلوية تعد المهاتفة الراديوية الخلوية اليوم واحدة من أكثر أنظمة الاتصالات تطوراً بشكل مكثف. العناصر الرئيسية لنظام الاتصالات الخلوية هي المحطات القاعدية والهواتف الراديوية المتنقلة. تحافظ المحطات القاعدية على اتصالات لاسلكية مع الأجهزة المحمولة ، ونتيجة لذلك فهي مصادر للمجال الكهرومغناطيسي. يستخدم النظام مبدأ تقسيم منطقة التغطية إلى مناطق ، أو ما يسمى بـ "الخلايا" ، بنصف قطر كيلومتر.
يتم تحديد شدة الإشعاع للمحطة الأساسية من خلال الحمل ، أي وجود أصحاب الهواتف المحمولة في منطقة الخدمة لمحطة أساسية معينة ورغبتهم في استخدام الهاتف لإجراء محادثة ، والتي بدورها ، بشكل أساسي يعتمد على الوقت من اليوم وموقع المحطة ويوم الأسبوع وعوامل أخرى. في الليل ، يكون تحميل المحطات صفرًا تقريبًا. تعتمد كثافة إشعاع الأجهزة المحمولة إلى حد كبير على حالة قناة الاتصال "الهاتف الراديوي المتنقل - المحطة الأساسية" (كلما زادت المسافة من المحطة الأساسية ، زادت كثافة إشعاع الجهاز).
النقل الكهربائي النقل الكهربائي (ترولي باصات ، ترام ، قطارات مترو الأنفاق ، إلخ) مصدر قوي للمجال الكهرومغناطيسي في نطاق التردد هرتز. في الوقت نفسه ، في الغالبية العظمى من الحالات ، يعمل محرك الجر الكهربائي كباعث رئيسي (بالنسبة لحافلات الترولي وعربات الترام ، تتنافس مجمعات التيار الهوائي مع المحرك الكهربائي من حيث قوة المجال الكهربائي المشع).
تركيبات الرادار عادة ما تحتوي تركيبات الرادار والرادار على هوائيات من النوع العاكس ("أطباق") وتنبعث منها حزمة راديوية ضيقة التوجيه. تؤدي الحركة الدورية للهوائي في الفضاء إلى انقطاع الإشعاع المكاني. هناك أيضًا انقطاع مؤقت للإشعاع بسبب التشغيل الدوري للرادار للإشعاع. تعمل بترددات من 500 ميجاهرتز إلى 15 جيجاهرتز ، لكن بعض التركيبات الخاصة يمكن أن تعمل بترددات تصل إلى 100 جيجاهرتز أو أكثر. نظرًا للطبيعة الخاصة للإشعاع ، يمكنهم إنشاء مناطق ذات كثافة تدفق عالية للطاقة (100 واط / م 2 أو أكثر) على الأرض.
أجهزة الكشف عن المعادن من الناحية التكنولوجية ، يعتمد مبدأ تشغيل جهاز الكشف عن المعادن على ظاهرة تسجيل مجال كهرومغناطيسي يتم إنشاؤه حول أي جسم معدني عند وضعه في مجال كهرومغناطيسي. يختلف هذا المجال الكهرومغناطيسي الثانوي من حيث الشدة (شدة المجال) وفي المعلمات الأخرى. تعتمد هذه المعلمات على حجم الجسم وموصليته (يتمتع الذهب والفضة بموصلية أفضل بكثير من ، على سبيل المثال ، الرصاص) وبالطبع على المسافة بين هوائي كاشف المعادن والجسم نفسه (عمق التواجد).
حددت التقنية المذكورة أعلاه تكوين جهاز الكشف عن المعادن: يتكون من أربع كتل رئيسية: هوائي (أحيانًا يكون الهوائي الباعث والاستقبال مختلفًا ، وأحيانًا يكونان نفس الهوائي) ، ووحدة معالجة إلكترونية ، ووحدة إخراج معلومات (بصرية) - شاشة LCD أو مؤشر السهم والصوت - مكبر الصوت أو مقبس سماعة الرأس) ومصدر الطاقة.
أجهزة الكشف عن المعادن هي: تفتيش البحث لأغراض البناء
بحث تم تصميم جهاز الكشف عن المعادن هذا للبحث عن جميع أنواع الأجسام المعدنية. كقاعدة عامة ، هذه هي الأكبر من حيث الحجم والتكلفة وبالطبع من حيث وظائف النموذج. هذا يرجع إلى حقيقة أنك في بعض الأحيان تحتاج إلى العثور على أشياء على عمق يصل إلى عدة أمتار في سمك الأرض. الهوائي القوي قادر على توليد مستوى عالٍ من المجال الكهرومغناطيسي واكتشاف حتى أدنى التيارات على أعماق كبيرة بحساسية عالية. على سبيل المثال ، يكتشف جهاز البحث عن المعادن عملة معدنية على عمق 2-3 أمتار في الأرض ، والتي قد تحتوي حتى على مركبات جيولوجية حديدية.
التفتيش يتم استخدامه من قبل الخدمات الخاصة وضباط الجمارك وضباط الأمن من مختلف المنظمات للبحث عن الأشياء المعدنية (أسلحة ، معادن ثمينة ، أسلاك عبوات ناسفة ، إلخ) مخبأة على جسم الشخص وملابسه. تتميز أجهزة الكشف عن المعادن هذه بالاكتناز ، وسهولة الاستخدام ، ووجود أوضاع مثل الاهتزاز الصامت للمقبض (بحيث لا يعرف الشخص الذي تم البحث عنه أن ضابط البحث قد عثر على شيء ما). يصل مدى (عمق) الكشف عن عملة الروبل في أجهزة الكشف عن المعادن هذه إلى 10-15 سم.
تستخدم أيضًا على نطاق واسع أجهزة الكشف عن المعادن المقوسة ، والتي تشبه ظاهريًا القوس وتتطلب مرور شخص من خلاله. يتم وضع هوائيات فائقة الحساسية على طول جدرانها الرأسية ، والتي تكتشف الأجسام المعدنية على جميع مستويات النمو البشري. يتم تثبيتها عادة أمام أماكن الترفيه الثقافي ، في البنوك والمؤسسات ، إلخ. السمة الرئيسية لأجهزة الكشف عن المعادن المقوسة هي الحساسية العالية (القابلة للتعديل) والسرعة العالية لمعالجة تدفق الأشخاص.
لأغراض البناء ، تساعد هذه الفئة من أجهزة الكشف عن المعادن ، بمساعدة الإنذارات الصوتية والضوئية ، البناة في العثور على الأنابيب المعدنية والعناصر الهيكلية أو محركات الأقراص الموجودة في سماكة الجدران وخلف الحواجز والألواح الزائفة. غالبًا ما يتم دمج بعض أجهزة الكشف عن المعادن لأغراض البناء في جهاز واحد مع كاشفات الهيكل الخشبي ، وكاشفات الجهد على الأسلاك الحية ، وكاشفات التسرب ، وما إلى ذلك.