کاربرد عملی القای الکترومغناطیسی کاربرد عملی قانون القای الکترومغناطیسی فارادی

امروز در مورد پدیده صحبت خواهیم کرد القای الکترومغناطیسی. اجازه دهید نشان دهیم که چرا این پدیده کشف شد و چه فوایدی به همراه داشت.

ابریشم

مردم همیشه برای بهتر زندگی کردن تلاش کرده اند. برخی ممکن است فکر کنند که این دلیلی است برای متهم کردن بشریت به طمع. اما اغلب ما در مورد به دست آوردن امکانات اولیه خانه صحبت می کنیم.

در اروپای قرون وسطی آنها می دانستند که چگونه پارچه های پشمی، پنبه ای و کتان بسازند. و حتی در آن زمان مردم از کک و شپش زیاد رنج می بردند. در عین حال، تمدن چین قبلاً آموخته است که چگونه ابریشم را استادانه ببافد. لباس های ساخته شده از آن، خونخواران را از پوست انسان دور نگه می داشت. پاهای حشرات روی پارچه صاف لغزید و شپش ها افتادند. بنابراین اروپایی ها به هر قیمتی می خواستند لباس ابریشمی بپوشند. و بازرگانان فکر کردند که این فرصت دیگری برای ثروتمند شدن است. بنابراین جاده بزرگ ابریشم ساخته شد.

این تنها راه برای رساندن پارچه مورد نظر به اروپای دردمند بود. و افراد زیادی در این فرآیند شرکت داشتند که در نتیجه شهرها به وجود آمدند، امپراتوری ها بر سر حق وضع مالیات با هم جنگیدند و برخی از قسمت های مسیر هنوز راحت ترین راه برای رسیدن به مکان مناسب است.

قطب نما و ستاره

کوه ها و بیابان ها با ابریشم بر سر راه کاروان ها ایستاده بود. این اتفاق افتاد که شخصیت منطقه برای هفته ها و ماه ها ثابت ماند. تپه‌های استپی جای خود را به تپه‌های مشابه دادند، یک گذر به دنبال دیگری. و مردم مجبور بودند به نحوی مسیریابی کنند تا محموله ارزشمند خود را تحویل دهند.

ستاره ها اولین کسانی بودند که به کمک آمدند. یک مسافر باتجربه با دانستن اینکه امروز چه روزی است و چه صورت فلکی را باید انتظار داشت، همیشه می‌توانست تعیین کند که جنوب کجاست، شرق کجاست، و کجا برود. اما همیشه افراد کافی با دانش کافی وجود نداشت. و در آن زمان نمی دانستند چگونه زمان را دقیق بشمارند. غروب خورشید، طلوع خورشید - این همه نقاط دیدنی است. و برف یا طوفان شن، هوای ابری حتی امکان دیدن ستاره قطبی را نیز منتفی می‌کند.

سپس مردم (احتمالاً چینی های باستان، اما دانشمندان هنوز در مورد این موضوع بحث می کنند) متوجه شدند که یک ماده معدنی همیشه به روش خاصی در رابطه با نقاط اصلی قرار دارد. از این ویژگی برای ایجاد اولین قطب نما استفاده شد. کشف پدیده القای الکترومغناطیسی بسیار دور بود، اما شروعی برای آن انجام شده بود.

از قطب نما تا آهنربا

نام آهنربا به خود نام برمی گردد. اولین قطب نماها احتمالاً از سنگ معدن استخراج شده در تپه های مگنزیا ساخته شده اند. این منطقه در آسیای صغیر واقع شده است. و آهنرباها مانند سنگهای سیاه به نظر می رسیدند.

اولین قطب نماها بسیار ابتدایی بودند. آب در یک کاسه یا ظرف دیگری ریخته می شد و یک صفحه نازک از مواد شناور روی آن قرار می گرفت. و یک فلش مغناطیسی در مرکز دیسک قرار داده شد. یک سر همیشه به سمت شمال و دیگری به سمت جنوب بود.

تصور اینکه کاروان در حالی که مردم از تشنگی می مردند، آب را برای قطب نما ذخیره کرده اند، سخت است. اما ماندن در مسیر و اجازه دادن به مردم، حیوانات و کالاها برای رسیدن به امنیت مهمتر از زندگی چند نفر بود.

قطب نماها سفرهای زیادی انجام دادند و با پدیده های طبیعی مختلفی روبرو شدند. جای تعجب نیست که پدیده القای الکترومغناطیسی در اروپا کشف شد، اگرچه سنگ معدن مغناطیسی در ابتدا در آسیا استخراج می شد. به این روش پیچیده، تمایل اروپایی ها به خواب راحت تر منجر به کشف بزرگی در فیزیک شد.

مغناطیسی یا الکتریکی؟

در اوایل قرن نوزدهم، دانشمندان چگونگی تولید جریان مستقیم را کشف کردند. اولین باتری بدوی ساخته شد. فرستادن جریانی از الکترون ها از طریق هادی های فلزی کافی بود. به لطف اولین منبع برق، تعدادی اکتشاف انجام شد.

در سال 1820، دانشمند دانمارکی هانس کریستین اورستد متوجه شد که سوزن مغناطیسی در نزدیکی هادی متصل به شبکه منحرف می شود. قطب مثبت قطب نما همیشه به روش خاصی نسبت به جهت جریان قرار دارد. این دانشمند آزمایش هایی را در تمام هندسه های ممکن انجام داد: هادی در بالا یا زیر فلش قرار داشت، آنها به صورت موازی یا عمود بر هم قرار داشتند. نتیجه همیشه یکسان بود: جریان روشن آهنربا را به حرکت در می آورد. این گونه بود که کشف پدیده القای الکترومغناطیسی پیش بینی می شد.

اما ایده دانشمندان باید با آزمایش تأیید شود. بلافاصله پس از آزمایش اورستد، فیزیکدان انگلیسی مایکل فارادی این سوال را مطرح کرد: "مغناطیسی و میدان الکتریکیآیا آنها فقط روی یکدیگر تأثیر می گذارند یا ارتباط نزدیک تری دارند؟ این دانشمند اولین کسی بود که این فرض را آزمایش کرد که اگر میدان الکتریکی باعث انحراف جسم مغناطیسی شود، آهنربا باید جریانی ایجاد کند.

طراحی آزمایشی ساده است. اکنون هر دانش آموزی می تواند آن را تکرار کند. یک سیم فلزی نازک به شکل فنر پیچیده شده بود. انتهای آن به دستگاهی متصل بود که جریان را ثبت می کرد. هنگامی که یک آهنربا در نزدیکی سیم پیچ حرکت می کرد، فلش دستگاه ولتاژ میدان الکتریکی را نشان می داد. بنابراین، قانون القای الکترومغناطیسی فارادی به دست آمد.

ادامه آزمایشات

اما این تمام کاری نیست که دانشمند انجام داده است. از آنجایی که میدان های مغناطیسی و الکتریکی ارتباط تنگاتنگی با هم دارند، لازم بود میزان آن مشخص شود.

برای انجام این کار، فارادی به یک سیم پیچ جریان داد و آن را به سیم پیچ مشابه دیگری با شعاع بزرگتر از سیم پیچ اول فشار داد. بار دیگر برق القا شد. بنابراین، دانشمند ثابت کرد: یک بار متحرک هم میدان الکتریکی و هم میدان مغناطیسی را به طور همزمان ایجاد می کند.

شایان ذکر است که ما در مورد حرکت آهنربا یا میدان مغناطیسیداخل مدار بسته فنر یعنی جریان باید همیشه تغییر کند. اگر این اتفاق نیفتد، جریانی تولید نمی شود.

فرمول

قانون فارادی برای القای الکترومغناطیسی با فرمول بیان می شود

بیایید نمادها را رمزگشایی کنیم.

ε مخفف emf یا نیروی الکتروموتور است. این کمیت اسکالر است (یعنی بردار نیست) و کاری را نشان می دهد که نیروها یا قوانین خاصی از طبیعت برای ایجاد جریان اعمال می کنند. لازم به ذکر است که کار الزاماً باید توسط پدیده های غیر الکتریکی انجام شود.

Φ شار مغناطیسی از طریق یک حلقه بسته است. این مقدار حاصل ضرب دو مقدار دیگر است: بزرگی بردار القای مغناطیسی B و مساحت حلقه بسته. اگر میدان مغناطیسی کاملاً عمود بر کانتور عمل نکند، کسینوس زاویه بین بردار B و نرمال به سطح به محصول اضافه می‌شود.

پیامدهای کشف

این قانون توسط دیگران دنبال شد. دانشمندان بعدی وابستگی شدت جریان الکتریکی به توان و مقاومت به مواد رسانا را ثابت کردند. خواص جدید مورد مطالعه قرار گرفت و آلیاژهای باورنکردنی ایجاد شد. سرانجام، بشریت ساختار اتم را رمزگشایی کرد، به راز تولد و مرگ ستارگان پرداخت و ژنوم موجودات زنده را آشکار کرد.

و همه این دستاوردها به منابع عظیمی نیاز داشت و مهمتر از همه، برق. هر تولیدی یا بزرگ تحقیق علمیدر جایی انجام شد که سه جزء در دسترس بود: پرسنل واجد شرایط، خود موادی که باید با آن کار کرد و برق ارزان.

و این در جایی امکان پذیر بود که نیروهای طبیعی بتوانند گشتاور زیادی را به روتور منتقل کنند: رودخانه هایی با اختلاف ارتفاع زیاد، دره هایی با بادهای شدید، گسل هایی با انرژی ژئومغناطیسی اضافی.

شگفت زده ام که روش مدرنبه دست آوردن الکتریسیته تفاوت اساسی با آزمایشات فارادی ندارد. روتور مغناطیسی خیلی سریع در داخل یک قرقره بزرگ سیم می چرخد. میدان مغناطیسی در سیم پیچ تغییر می کند و همیشه ایجاد می شود برق.

البته بهترین ماده برای آهنربا و هادی ها انتخاب شده است و تکنولوژی کل فرآیند کاملا متفاوت است. اما نکته یک چیز است: از اصل کشف شده در ساده ترین سیستم استفاده می شود.

صدا و سیما. یک میدان مغناطیسی متناوب که توسط یک جریان متغیر برانگیخته می شود، یک میدان الکتریکی در فضای اطراف ایجاد می کند که به نوبه خود یک میدان مغناطیسی و غیره را تحریک می کند. این میدان ها با ایجاد متقابل یکدیگر، یک میدان الکترومغناطیسی متناوب را تشکیل می دهند - موج الکترومغناطیسی. میدان الکترومغناطیسی پس از ظهور در مکانی که سیم حامل جریان وجود دارد، با سرعت نور -300000 کیلومتر در ثانیه در فضا منتشر می شود.

مغناطیس درمانی.در طیف فرکانس جاهای مختلفامواج رادیویی، نور، اشعه ایکس و غیره را اشغال کند تابش الکترومغناطیسی. آنها معمولاً با میدان های الکتریکی و مغناطیسی پیوسته همراه شده مشخص می شوند.

سینکروفازوترون هادر حال حاضر میدان مغناطیسی به عنوان شکل خاصی از ماده متشکل از ذرات باردار شناخته می شود. در فیزیک مدرن، از پرتوهای ذرات باردار برای نفوذ به اعماق اتم ها به منظور مطالعه آنها استفاده می شود. نیرویی که میدان مغناطیسی بر ذره باردار متحرک وارد می کند، نیروی لورنتس نامیده می شود.

دبی متر - شمارنده. این روش مبتنی بر استفاده از قانون فارادی برای یک رسانا در میدان مغناطیسی است: در یک جریان مایع رسانای الکتریکی که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، یک EMF القا می شود، متناسب با سرعت جریان، که توسط قسمت الکترونیکی به یک الکتریکی تبدیل می شود. سیگنال آنالوگ / دیجیتال

ژنراتور DC.در حالت ژنراتور آرمیچر ماشین تحت تاثیر یک گشتاور خارجی می چرخد. بین قطب های استاتور یک ثابت وجود دارد شار مغناطیسیلنگر سوراخ کننده هادی های سیم پیچ آرمیچر در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند و بنابراین یک EMF در آنها القا می شود که جهت آن را می توان با قانون تعیین کرد " دست راست"در این مورد، یک پتانسیل مثبت در یک برس نسبت به دومی ایجاد می‌شود. اگر باری به پایانه‌های ژنراتور متصل شود، جریان از آن عبور می‌کند.

پدیده EMR به طور گسترده در ترانسفورماتورها استفاده می شود. بیایید نگاهی دقیق تر به این دستگاه بیندازیم.

مبدل ها.) - یک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن دارای دو یا چند سیم پیچ جفت شده القایی و طراحی شده برای تبدیل، از طریق القای الکترومغناطیسی، یک یا چند سیستم جریان متناوب به یک یا چند سیستم جریان متناوب دیگر.

وقوع جریان القایی در مدار دوار و کاربرد آن

از پدیده القای الکترومغناطیسی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می شود. برای این منظور از آنها استفاده می شود ژنراتورها، اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

که می توان با استفاده از مثال چرخش قاب تخت در میدان مغناطیسی یکنواخت در نظر گرفت

اجازه دهید قاب در یک میدان مغناطیسی یکنواخت بچرخد (B = const) به طور یکنواخت با سرعت زاویه ای u = const.

شار مغناطیسی به یک قاب با یک مساحت جفت شده است اس،هروقت تیبرابر است

جایی که یک - ut- زاویه چرخش قاب در لحظه زمان تی(منشا به گونه ای انتخاب می شود که در /. = 0 a = 0 وجود دارد).

هنگامی که فریم می چرخد، یک emf القایی متغیر در آن ایجاد می شود

در طول زمان بر اساس قانون هارمونیک تغییر می کند. EMF %" حداکثر در گناه Wt= 1، یعنی

بنابراین، اگر در یک همگن

هنگامی که قاب به طور یکنواخت در یک میدان مغناطیسی می چرخد، یک emf متناوب در آن ظاهر می شود که طبق قانون هارمونیک تغییر می کند.

فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی برگشت پذیر است. اگر جریانی از یک قاب قرار گرفته در میدان مغناطیسی عبور داده شود، گشتاوری بر روی آن اثر می گذارد و قاب شروع به چرخش می کند. این اصل اساس کار موتورهای الکتریکی است که برای تبدیل طراحی شده اند انرژی الکتریکیبه مکانیکی

بلیط 5.

میدان مغناطیسی در ماده

مطالعات تجربی نشان داده است که همه مواد به میزان کم یا زیاد خاصیت مغناطیسی دارند. اگر دو پیچ با جریان در هر محیطی قرار گیرد، قدرت برهمکنش مغناطیسی بین جریان ها تغییر می کند. این آزمایش نشان می دهد که القای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های الکتریکی در یک ماده با القای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های مشابه در خلاء متفاوت است.

کمیت فیزیکی که نشان می دهد چند برابر القای میدان مغناطیسی در یک محیط همگن از نظر مقدار با القای میدان مغناطیسی در خلاء تفاوت دارد، نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می شود.

خواص مغناطیسی مواد توسط خواص مغناطیسی اتم ها یا ذرات بنیادی (الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها) که اتم ها را تشکیل می دهند تعیین می شود. اکنون ثابت شده است که خواص مغناطیسیپروتون ها و نوترون ها تقریبا 1000 برابر ضعیف تر از خواص مغناطیسی الکترون ها هستند. بنابراین، خواص مغناطیسی مواد عمدتاً توسط الکترون های سازنده اتم ها تعیین می شود.

مواد از نظر خواص مغناطیسی بسیار متنوع هستند. برای اکثر مواد، این خواص ضعیف بیان می شوند. مواد مغناطیسی ضعیف به دو گروه بزرگ تقسیم می شوند - پارامغناطیس و دیامغناطیس. تفاوت آنها در این است که وقتی نمونه های پارامغناطیسی وارد میدان مغناطیسی خارجی می شوند، مغناطیسی می شوند به طوری که میدان مغناطیسی خود در امتداد میدان خارجی هدایت می شود و نمونه های دیامغناطیسی در برابر میدان خارجی مغناطیسی می شوند. بنابراین، برای مواد پارامغناطیس μ > 1، و برای مواد دیامغناطیس 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).

مشکلات مغناطیس استاتیک در ماده.

ویژگی های مغناطیسیمواد - بردار مغناطیسی، مغناطیسی

حساسیت و نفوذپذیری مغناطیسی یک ماده.

بردار مغناطیس - گشتاور مغناطیسی یک حجم ابتدایی که برای توصیف حالت مغناطیسی یک ماده استفاده می شود. در رابطه با جهت بردار میدان مغناطیسی، مغناطش طولی و مغناطش عرضی متمایز می شود. مغناطش عرضی در آهنرباهای ناهمسانگرد به مقادیر قابل توجهی می رسد و در آهنرباهای همسانگرد نزدیک به صفر است. بنابراین، در مورد دوم می توان بردار مغناطیسی را از طریق شدت میدان مغناطیسی و ضریب x به نام حساسیت مغناطیسی بیان کرد:

قابلیت مغناطیسی - کمیت فیزیکی، مشخص کردن رابطه بین گشتاور مغناطیسی (مغناطیس) یک ماده و میدان مغناطیسی در این ماده.

نفوذپذیری مغناطیسی -یک کمیت فیزیکی که رابطه بین القای مغناطیسی و قدرت میدان مغناطیسی را در یک ماده مشخص می کند.

معمولا با یک حرف یونانی نشان داده می شود. این می تواند یک اسکالر (برای مواد همسانگرد) یا یک تانسور (برای مواد ناهمسانگرد) باشد.

که در نمای کلیبه صورت تانسور به صورت زیر معرفی می شود:

بلیط 6.

طبقه بندی مواد مغناطیسی

آهنرباهاموادی هستند که می توانند میدان مغناطیسی خود را در یک میدان مغناطیسی خارجی به دست آورند، یعنی مغناطیسی شوند. خواص مغناطیسی یک ماده توسط خواص مغناطیسی الکترون ها و اتم ها (مولکول های) ماده تعیین می شود. آهنرباها بر اساس خواص مغناطیسی خود به سه گروه اصلی تقسیم می شوند: دیامغناطیس، پارامغناطیس و فرومغناطیسی.

1. آهن ربا با وابستگی خطی:

1) مواد پارامغناطیس موادی هستند که در میدان مغناطیسی ضعیف مغناطیسی می شوند و میدان حاصل در مواد پارامغناطیس قوی تر از خلاء است، نفوذپذیری مغناطیسی مواد پارامغناطیس m> 1 است. آلومینیوم، پلاتین، اکسیژن و غیره چنین خواصی دارند.

پارامغناطیس ها ,

2) دیامغناطیس - موادی که در برابر میدان مغناطیسی ضعیفی دارند، یعنی میدان در دیامغناطیس ضعیف تر از خلاء است، نفوذپذیری مغناطیسی m< 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.;

مواد دیامغناطیسی ;

با وابستگی غیرخطی:

3) فرومغناطیس - موادی که می توانند به شدت در یک میدان مغناطیسی مغناطیسی شوند. اینها آهن، کبالت، نیکل و برخی آلیاژها هستند. 2.

فرومغناطیس ها

بستگی به پس زمینه دارد و تابع تنش است. وجود دارد هیسترزیس

و می تواند برسد ارزش های بالادر مقایسه با پارا و دیامغناطیس.

قانون جریان کل برای میدان مغناطیسی ماده (قضیه گردش بردار B)

جایی که I و I" به ترتیب مجموع جبری جریان های کلان (جریان های رسانا) و ریزجریان ها (جریان های مولکولی) پوشیده شده توسط یک حلقه بسته دلخواه L هستند. بنابراین، گردش بردار القای مغناطیسی B در امتداد یک حلقه بسته دلخواه برابر با جبری است. مجموع جریان‌های رسانش و جریان‌های مولکولی پوشانده شده توسط این کانتور، ضرب در ثابت مغناطیسی. بنابراین، بردار B، میدان حاصل را مشخص می‌کند که هم توسط جریان‌های ماکروسکوپی در هادی‌ها (جریان‌های رسانش) و هم جریان‌های میکروسکوپی در آهن‌رباها، بنابراین خطوط مغناطیسی ایجاد می‌شود. بردار القایی B هیچ منبعی ندارد و بسته است.

بردار شدت میدان مغناطیسی و گردش آن.

قدرت میدان مغناطیسی - (نام استاندارد H) یک کمیت فیزیکی برداری است که برابر با اختلاف بین بردار القای مغناطیسی B و بردار مغناطیسی M است.

در SI: ثابت مغناطیسی کجاست

شرایط در رابط بین دو رسانه

بیایید ارتباط بین بردارها را بررسی کنیم Eو Dدر سطح مشترک بین دو دی الکتریک همگن همگن (که ثابت دی الکتریک آنها ε1 و ε2 است) در صورت عدم وجود هزینه های رایگان در مرز.

جایگزینی برآمدگی های برداری Eپیش بینی های برداری D، تقسیم بر ε 0 ε، دریافت می کنیم

بیایید یک استوانه مستقیم با ارتفاع بسیار ناچیز در سطح مشترک بین دو دی الکتریک بسازیم (شکل 2). یک پایه سیلندر در دی الکتریک اول و دیگری در دوم است. پایه های ΔS آنقدر کوچک هستند که درون هر یک از آنها بردار است Dیکسان است. با توجه به قضیه گاوس برای میدان الکترواستاتیک در دی الکتریک

(عادی nو n"جهت مخالف به سمت پایه های سیلندر). از همین رو

جایگزینی برآمدگی های برداری Dپیش بینی های برداری Eضرب در ε 0 ε بدست می آوریم

این بدان معنی است که هنگام عبور از رابط بین دو رسانه دی الکتریک، جزء مماسی بردار E(E τ) و جزء نرمال بردار D(D n) به طور مداوم تغییر می کند (پرش را تجربه نکنید)، و جزء طبیعی بردار E(E n) و جزء مماسی بردار D(D τ) یک پرش را تجربه کنید.

از شرایط (1) - (4) برای بردارهای مؤلفه Eو Dما می بینیم که خطوط این بردارها یک شکست را تجربه می کنند (شکست می شوند). بیایید نحوه ارتباط بین زوایای α 1 و α 2 را دریابیم (در شکل 3 α 1 > α 2). با استفاده از (1) و (4)، E τ2 = E τ1 و ε 2 E n2 = ε 1 E n1 . بیایید بردارها را گسترش دهیم E 1و E 2به اجزای مماسی و عادی در رابط. از شکل 3 ما آن را می بینیم

با در نظر گرفتن شرایط نوشته شده در بالا، قانون شکست خطوط کشش را پیدا می کنیم E(و بنابراین خطوط جابجایی D)

از این فرمول می توان نتیجه گرفت که با وارد کردن یک دی الکتریک با ثابت دی الکتریک بالاتر، خطوط Eو Dاز حالت عادی فاصله بگیرید

بلیط 7.

گشتاورهای مغناطیسی اتم ها و مولکول ها.

ذرات بنیادی دارای گشتاور مغناطیسی هستند، هسته های اتمی، پوسته های الکترونیکی اتم ها و مولکول ها. گشتاور مغناطیسی ذرات بنیادی (الکترون ها، پروتون ها، نوترون ها و دیگران)، همانطور که توسط مکانیک کوانتومی نشان داده شده است، به دلیل وجود گشتاور مکانیکی خود - اسپین است. گشتاور مغناطیسی هسته ها شامل گشتاور مغناطیسی (اسپین) پروتون ها و نوترون هایی است که این هسته ها را تشکیل می دهند و همچنین گشتاور مغناطیسی مرتبط با حرکت مداری آنها در داخل هسته. گشتاور مغناطیسی لایه های الکترونی اتم ها و مولکول ها شامل گشتاورهای مغناطیسی اسپین و مداری الکترون ها است. گشتاور مغناطیسی اسپین الکترون msp می تواند دو برجستگی مساوی و مخالف جهت میدان مغناطیسی خارجی H داشته باشد. قدر مطلق طرح ریزی

که mв= (9.274096 ± 0.000065)·10-21erg/gs - مگنتون بور که h ثابت پلانک است، e و me بار و جرم الکترون، c سرعت نور است. SH نمایش گشتاور مکانیکی اسپین بر روی جهت میدان H است. قدر مطلق گشتاور مغناطیسی اسپین

انواع آهنربا.

MAGNETIC، ماده ای با خواص مغناطیسی که با حضور خود یا القای گشتاورهای مغناطیسی میدان مغناطیسی خارجی و همچنین ماهیت برهمکنش بین آنها تعیین می شود. بین مواد دیامغناطیس، که در آن یک میدان مغناطیسی خارجی یک گشتاور مغناطیسی در مقابل میدان خارجی ایجاد می‌کند، و مواد پارامغناطیس، که در آن این جهت‌ها منطبق هستند، تمایز قائل می‌شوند.

دیامغناطیس ها- موادی که بر خلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، مواد دیامغناطیسی غیر مغناطیسی هستند. تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی، هر اتم یک ماده دیامغناطیسی یک گشتاور مغناطیسی I به دست می آورد (و هر مول از ماده یک گشتاور مغناطیسی کل به دست می آورد)، متناسب با القای مغناطیسی H و به سمت میدان هدایت می شود.

پارامغناطیس- موادی که در یک میدان مغناطیسی خارجی در جهت میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. مواد پارامغناطیس مواد مغناطیسی ضعیفی هستند، نفوذپذیری مغناطیسی آنها کمی با واحد متفاوت است.

اتم ها (مولکول ها یا یون ها) یک ماده پارامغناطیس دارای گشتاورهای مغناطیسی خاص خود هستند که تحت تأثیر میدان های خارجی، در امتداد میدان قرار می گیرند و در نتیجه میدان حاصل از میدان خارجی را ایجاد می کنند. مواد پارامغناطیس به میدان مغناطیسی کشیده می شوند. در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، یک ماده پارامغناطیس مغناطیسی نمی شود، زیرا به دلیل حرکت حرارتی، گشتاورهای مغناطیسی ذاتی اتم ها کاملاً تصادفی جهت گیری می شوند.

گشتاورهای مغناطیسی و مکانیکی مداری.

یک الکترون در یک اتم در اطراف هسته حرکت می کند. در فیزیک کلاسیک، حرکت یک نقطه در امتداد یک دایره مطابق با تکانه زاویه ای L=mvr است که m جرم ذره، v سرعت آن، r شعاع مسیر است. در مکانیک کوانتومی، این فرمول قابل اجرا نیست، زیرا شعاع و سرعت هر دو نامشخص هستند (به "رابطه عدم قطعیت" مراجعه کنید). اما خود اندازه حرکت زاویه ای وجود دارد. چگونه آن را تعریف کنیم؟ از نظریه مکانیک کوانتومی اتم هیدروژن چنین بر می آید که مدول تکانه زاویه ای الکترون می تواند مقادیر گسسته زیر را بگیرد:

که در آن l به اصطلاح عدد کوانتومی مداری است، l = 0، 1، 2، ... n-1. بنابراین، تکانه زاویه ای الکترون، مانند انرژی، کوانتیزه می شود، یعنی. مقادیر گسسته می گیرد. توجه داشته باشید که برای مقادیر بزرگ عدد کوانتومی l (l >>1)، معادله (40) شکل می گیرد. این چیزی بیش از یکی از فرضیه های N. Bohr نیست.

نتیجه مهم دیگری از نظریه مکانیک کوانتومی اتم هیدروژن حاصل می شود: طرح ریزی تکانه زاویه ای الکترون به هر جهت معین در فضای z (مثلاً در جهت خطوط میدان مغناطیسی یا الکتریکی) نیز بر اساس کوانتیزه می شود. قانون:

که در آن m = 0، ± 1، ± 2، …± l به اصطلاح عدد کوانتومی مغناطیسی است.

الکترونی که در اطراف هسته حرکت می کند، یک جریان الکتریکی دایره ای ابتدایی را نشان می دهد. این جریان مربوط به یک گشتاور مغناطیسی pm است. بدیهی است که با تکانه زاویه ای مکانیکی L متناسب است. نسبت گشتاور مغناطیسی pm الکترون به تکانه زاویه ای مکانیکی L را نسبت ژیرو مغناطیسی می گویند. برای یک الکترون در اتم هیدروژن

علامت منفی نشان می دهد که بردارهای گشتاورهای مغناطیسی و مکانیکی در جهت مخالف هستند). از اینجا می توانید به اصطلاح گشتاور مغناطیسی مداری الکترون را پیدا کنید:

رابطه هیدرومغناطیسی

بلیط 8.

اتمی در میدان مغناطیسی خارجی. تقدم صفحه مداری یک الکترون در یک اتم.

هنگامی که یک اتم با القا به میدان مغناطیسی وارد می شود، یک لحظه نیرو بر روی الکترونی که در مداری معادل مدار بسته با جریان حرکت می کند، وارد می شود:

بردار گشتاور مغناطیسی مداری الکترون به طور مشابه تغییر می کند:

,

(6.2.3)

از این نتیجه می شود که بردارها و، و خود مدار مقدماتدر اطراف جهت بردار شکل 6.2 حرکت تقدیمی الکترون و گشتاور مغناطیسی مداری آن و همچنین حرکت اضافی (تقدمی) الکترون را نشان می دهد.

این تقدم نامیده می شود سبقت لارمور . سرعت زاویه ای این امتداد فقط به القای میدان مغناطیسی بستگی دارد و در جهت با آن منطبق است.

,

(6.2.4)

گشتاور مغناطیسی مداری القایی

قضیه لارمور:تنها نتیجه تأثیر میدان مغناطیسی بر مدار یک الکترون در اتم، تقدم مدار و بردار است - گشتاور مغناطیسی مداری الکترون با سرعت زاویه‌ای حول محوری که از هسته اتم موازی با بردار القای میدان مغناطیسی.

گذر از مدار الکترون در یک اتم منجر به ظهور یک جریان مداری اضافی می شود که مخالف جریان است. من:

که در آن ناحیه تابش مدار الکترون بر روی صفحه عمود بر بردار است. علامت منفی می گوید که برعکس بردار است. سپس کل تکانه مداری اتم برابر است با:

,

اثر دیامغناطیس

اثر دیامغناطیسی اثری است که در آن اجزای میدان مغناطیسی اتم ها جمع می شوند و میدان مغناطیسی خود ماده را تشکیل می دهند که میدان مغناطیسی خارجی را ضعیف می کند.

از آنجایی که اثر دیامغناطیس در اثر عمل میدان مغناطیسی خارجی بر روی الکترون های اتم های یک ماده ایجاد می شود، دیامغناطیس مشخصه همه مواد است.

اثر دیامغناطیسی در همه مواد رخ می دهد، اما اگر مولکول های یک ماده دارای گشتاورهای مغناطیسی خاص خود باشند که در جهت میدان مغناطیسی خارجی جهت گیری شده و آن را افزایش می دهند، در این صورت اثر دیامغناطیسی با اثر پارامغناطیس قوی تر و ماده همپوشانی می کند. معلوم می شود پارامغناطیس است.

اثر دیامغناطیسی در همه مواد رخ می دهد، اما اگر مولکول های یک ماده دارای گشتاورهای مغناطیسی خاص خود باشند که در جهت میدان مغناطیسی خارجی جهت گیری شده و erOj را افزایش می دهند، اثر دیامغناطیسی توسط یک اثر پارامغناطیس قوی تر همپوشانی می شود و ماده. معلوم می شود پارامغناطیس است.

قضیه لارمور

اگر یک اتم در یک میدان مغناطیسی خارجی با القا قرار گیرد (شکل 12.1)، الکترونی که در مدار حرکت می کند تحت تأثیر یک گشتاور دورانی نیروها قرار می گیرد و تمایل دارد که گشتاور مغناطیسی الکترون را در جهت میدان مغناطیسی ایجاد کند. خطوط (لمان مکانیکی - در برابر میدان).

بلیط 9

9.مواد مغناطیسی قوی - فرومغناطیس- موادی که دارای خاصیت مغناطیسی خود به خودی هستند، یعنی حتی در غیاب میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. علاوه بر نماینده اصلی آنها - آهن - فرومغناطیس ها شامل کبالت، نیکل، گادولینیوم، آلیاژها و ترکیبات آنها هستند.

برای فرومغناطیس ها وابستگی جیاز جانب نکاملا پیچیده با افزایش شما نمغناطیس شدن جیاول به سرعت رشد می کند، سپس کندتر، و در نهایت به اصطلاح اشباع مغناطیسیجیما، دیگر به قدرت میدان بستگی ندارد.

القای مغناطیسی که در=m 0 ( H+J) در زمینه های ضعیف با افزایش به سرعت افزایش می یابد نبه دلیل افزایش جیو در زمینه های قوی، چون جمله دوم ثابت است ( جی=جیما) که دربا افزایش رشد می کند نطبق یک قانون خطی

یکی از ویژگی های اساسی فرومغناطیس ها نه تنها مقادیر زیاد m (مثلاً برای آهن - 5000) است، بلکه وابستگی m به ن. در ابتدا، m با افزایش افزایش می یابد N،سپس، با رسیدن به حداکثر، شروع به کاهش می‌کند و در مورد میدان‌های قوی به ۱ گرایش پیدا می‌کند (m= V/(m 0 ن)= 1+J/N،بنابراین وقتی جی=جیما = با رشد روبرو هستیم ننگرش J/H->0 و m.->1).

ویژگیفرومغناطیس نیز در این واقعیت نهفته است که برای آنها وابستگی است جیاز جانب اچ(و در نتیجه، و باز جانب ن)با تاریخچه مغناطیسی فرومغناطیس تعیین می شود. این پدیده نامیده می شود هیسترزیس مغناطیسیاگر فرومغناطیس را تا حد اشباع مغناطیسی کنید (نقطه 1 ، برنج. 195)، و سپس شروع به کاهش تنش کنید نمیدان مغناطیسی، پس، همانطور که تجربه نشان می دهد، کاهش می یابد جیتوسط یک منحنی توصیف شده است 1 -2, بالای منحنی 1 -0. در اچ=0 جیمتفاوت از صفر، یعنی مشاهده شده در فرومغناطیس مغناطیس باقی ماندهJ oc .وجود مغناطیس باقی مانده با وجود همراه است آهنرباهای دائمیمغناطیس تحت تاثیر میدان صفر می شود N C،داشتن جهت مخالف میدانی که باعث مغناطش می شود.

تنش اچ سیتماس گرفت نیروی اجباری

با افزایش بیشتر در میدان مخالف، فرومغناطیس دوباره مغناطیس می شود (منحنی 3-4), و در H=-H به اشباع (نقطه 4). سپس فرومغناطیس را می توان دوباره مغناطیس زدایی کرد (منحنی 4-5 -6) و دوباره مغناطیس کنید تا اشباع شود (منحنی 6- 1 ).

بنابراین، هنگامی که یک فرومغناطیس در معرض یک میدان مغناطیسی متناوب قرار می گیرد، مغناطیسی J مطابق با منحنی تغییر می کند. 1 -2-3-4-5-6-1, که نامیده می شود حلقه پسماند. پسماند منجر به این واقعیت می شود که مغناطیسی یک فرومغناطیس تابع مشخصی از H نیست، یعنی به همان مقدار. اچبا چندین مقدار مطابقت دارد جی.

فرومغناطیس های مختلف حلقه های هیسترزیس متفاوتی می دهند. فرومغناطیس هابا نیروی اجباری کم (از چند هزارم تا 1-2 A/cm). اچ سی(با یک حلقه هیسترزیس باریک) نامیده می شوند نرم،با نیروی اجباری بزرگ (از چند ده تا چند هزار آمپر در سانتی متر) (با یک حلقه پسماند گسترده) - سخت است.مقادیر اچ سی, جی oc و m max کاربرد فرومغناطیس ها را برای اهداف عملی معین تعیین می کنند. بنابراین، فرومغناطیس های سخت (مثلاً فولادهای کربن و تنگستن) برای ساخت آهنرباهای دائمی و فرومغناطیس های نرم (مثلاً آهن نرم، آلیاژی از آهن و نیکل) برای ساخت هسته های ترانسفورماتور استفاده می شوند.

فرومغناطیس ها یک ویژگی مهم دیگر نیز دارند: برای هر فرومغناطیس دمای خاصی وجود دارد که به آن می گویند نقطه کوری،که در آن خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد. هنگامی که یک نمونه بالاتر از نقطه کوری گرم می شود، فرومغناطیس به یک پارامغناطیس معمولی تبدیل می شود.

فرآیند مغناطیسی فرومغناطیس ها با تغییر در ابعاد و حجم خطی آن همراه است. این پدیده نامیده می شود مغناطیس انقباض

ماهیت فرومغناطیسبر اساس ایده‌های وایس، فرومغناطیس‌ها در دمای زیر نقطه کوری، بدون توجه به وجود میدان مغناطیسی خارجی، مغناطش خود به خودی دارند. با این حال، مغناطش خود به خودی با این واقعیت که بسیاری از مواد فرومغناطیسی، حتی در دماهای زیر نقطه کوری، مغناطیسی نمی شوند، در تناقض آشکار است. برای رفع این تناقض، وایس این فرضیه را مطرح کرد که بر اساس آن فرومغناطیس زیر نقطه کوری به عدد بزرگمناطق ماکروسکوپی کوچک - دامنه ها،به طور خود به خود مغناطیسی تا اشباع.

در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی حوزه‌های منفرد به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند و یکدیگر را جبران می‌کنند، بنابراین گشتاور مغناطیسی حاصل از فرومغناطیس صفر است و فرومغناطیس مغناطیسی نمی‌شود. یک میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی اتم‌های منفرد را در امتداد میدان جهت می‌دهد، همانطور که در مورد پارامغناطیس‌ها، بلکه کل مناطق مغناطیسی خود به خودی وجود دارد. بنابراین با رشد نمغناطیس شدن جیو القای مغناطیسی که دردر حال حاضر در زمینه های نسبتا ضعیف آنها خیلی سریع رشد می کنند. این نیز افزایش m را توضیح می دهد فرومغناطیس تا حداکثر مقداردر زمینه های ضعیف آزمایش‌ها نشان داده‌اند که وابستگی B به R به همان اندازه که در شکل نشان داده شده است صاف نیست. 193، اما ظاهری پلکانی دارد. این نشان می دهد که در داخل فرومغناطیس دامنه ها به طور ناگهانی در امتداد میدان می چرخند.

هنگامی که میدان مغناطیسی خارجی به صفر تضعیف می‌شود، فرومغناطیس‌ها مغناطش باقی‌مانده را حفظ می‌کنند، زیرا حرکت حرارتی قادر به منحرف کردن سریع گشتاورهای مغناطیسی تشکیلات بزرگی مانند دامنه نیست. بنابراین، پدیده هیسترزیس مغناطیسی مشاهده می شود (شکل 195). برای مغناطیس زدایی فرومغناطیس، باید نیروی اجباری اعمال شود. تکان دادن و گرم کردن فرومغناطیس نیز به مغناطیس زدایی کمک می کند. نقطه کوری دمایی است که در بالای آن تخریب ساختار دامنه رخ می دهد.

وجود دامنه ها در فرومغناطیس ها به صورت تجربی ثابت شده است. روش آزمایشی مستقیم برای مشاهده آنها می باشد روش شکل پودرییک سوسپانسیون آبی از پودر فرومغناطیسی ریز (مثلاً مگنتیت) روی سطح صیقلی شده مواد فرومغناطیسی اعمال می شود. ذرات عمدتاً در مکان هایی با حداکثر ناهمگنی میدان مغناطیسی، یعنی در مرزهای بین حوزه ها، ته نشین می شوند. بنابراین، پودر ته نشین شده مرزهای دامنه ها را مشخص می کند و می توان از یک تصویر مشابه زیر میکروسکوپ عکس گرفت. ابعاد خطی دامنه ها 10 -4 -10 -2 سانتی متر است.

اصل عملکرد ترانسفورماتورها، که برای افزایش یا کاهش ولتاژ AC استفاده می شود، بر اساس پدیده القای متقابل است.

سیم پیچ های اولیه و ثانویه به ترتیب دارای n 1 و ن 2 دور، بر روی یک هسته آهنی بسته نصب شده است. از آنجایی که انتهای سیم پیچ اولیه به یک منبع ولتاژ متناوب با emf متصل است. ξ 1 , سپس یک جریان متناوب در آن ظاهر می شود من 1 , ایجاد یک شار مغناطیسی متناوب F در هسته ترانسفورماتور که تقریباً به طور کامل در هسته آهنی قرار دارد و بنابراین تقریباً به طور کامل در پیچ های سیم پیچ ثانویه نفوذ می کند. تغییر در این شار باعث ظاهر شدن یک emf در سیم پیچ ثانویه می شود. القای متقابل، و در اولیه - emf. خود القایی

جاری من 1 سیم پیچ اولیه طبق قانون اهم تعیین می شود: کجا آر 1 - مقاومت سیم پیچ اولیه. افت ولتاژ من 1 آر 1 روی مقاومت آر 1 برای فیلدهای با تغییرات سریع در مقایسه با هر یک از دو emf کوچک است، بنابراین . E.m.f. القای متقابل ناشی از سیم پیچ ثانویه،

ما آن را دریافت می کنیم e.m.f.، در سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود، جایی که علامت منفی نشان می دهد که emf. در سیم پیچ های اولیه و ثانویه در فاز مخالف هستند.

نسبت چرخش ن 2 /ن 1 , نشان دادن چند بار e.m.f. در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور بیشتر (یا کمتر) نسبت به سیم پیچ اولیه وجود دارد نسبت تبدیل

با بی توجهی به تلفات انرژی که در ترانسفورماتورهای مدرن از 2% تجاوز نمی کند و عمدتاً با انتشار گرمای ژول در سیم پیچ ها و ظهور جریان های گردابی همراه است و با اعمال قانون بقای انرژی می توان نوشت که توان های جریان در هر دو سیم پیچ ترانسفورماتور تقریباً یکسان هستند: ξ 2 من 2 »ξ 1 من 1 , بیایید ξ 2 /ξ 1 = را پیدا کنیم من 1 /من 2 = ن 2 /ن 1، یعنی جریان در سیم پیچ ها با تعداد چرخش در این سیم پیچ ها نسبت معکوس دارد.

اگر ن 2 /ن 1 > 1، پس با آن سروکار داریم ترانسفورماتور افزایش دهنده،افزایش متغیر e.m.f. و کاهش جریان (مثلاً برای انتقال الکتریسیته در فواصل طولانی استفاده می شود، زیرا در این مورد تلفات ناشی از گرمای ژول، متناسب با مجذور قدرت جریان، کاهش می یابد). اگر N2/N 1 <1, پس ما با آن سروکار داریم ترانسفورماتور کاهنده،کاهش emf و افزایش جریان (مثلاً در جوشکاری الکتریکی استفاده می شود، زیرا به جریان بالایی در ولتاژ پایین نیاز دارد).

ترانسفورماتور متشکل از یک سیم پیچ نامیده می شود اتوترانسفورماتوردر مورد یک اتوترانسفورماتور پله‌آپ، emf. به بخشی از سیم پیچ، و emf ثانویه عرضه می شود. از کل سیم پیچ برداشته می شود. در یک اتوترانسفورماتور کاهنده، ولتاژ شبکه به کل سیم پیچ و emf ثانویه تامین می شود. از قسمتی از سیم پیچ برداشته می شود.

11. نوسان هارمونیک پدیده ای از تغییر دوره ای از هر کمیت است که در آن وابستگی به آرگومان دارای ویژگی تابع سینوسی یا کسینوس است. به عنوان مثال، یک کمیت به طور هماهنگ نوسان می کند و در طول زمان به صورت زیر تغییر می کند:

یا در جایی که x مقدار کمیت متغیر است، t زمان است، پارامترهای باقیمانده ثابت هستند: A دامنه نوسانات، ω فرکانس چرخه ای نوسانات، فاز کامل نوسانات است، فاز اولیه نوسانات است. . نوسان هارمونیک تعمیم یافته به شکل دیفرانسیل

انواع ارتعاشات:

ارتعاشات آزاد تحت تأثیر نیروهای داخلی سیستم پس از خارج شدن سیستم از وضعیت تعادل خود رخ می دهد. برای هارمونیک بودن نوسانات آزاد، لازم است که سیستم نوسانی خطی باشد (که با معادلات حرکتی خطی توصیف می شود) و هیچ اتلاف انرژی در آن وجود نداشته باشد (این دومی باعث میرایی می شود).

ارتعاشات اجباری تحت تأثیر یک نیروی تناوبی خارجی رخ می دهد. برای هارمونیک بودن آنها کافی است که سیستم نوسانی خطی باشد (که با معادلات حرکتی خطی توصیف می شود) و خود نیروی خارجی در طول زمان به صورت یک نوسان هارمونیک تغییر می کند (یعنی وابستگی زمانی این نیرو سینوسی است). .

نوسان هارمونیک مکانیکی یک حرکت ناهموار مستطیلی است که در آن مختصات یک جسم نوسانی (نقطه مادی) بر اساس قانون کسینوس یا سینوس بسته به زمان تغییر می کند.

طبق این تعریف، قانون تغییر مختصات بسته به زمان به شکل زیر است:

جایی که wt مقدار زیر علامت کسینوس یا سینوس است. w ضریب است که معنای فیزیکی آن در زیر آشکار خواهد شد. A دامنه ارتعاشات هارمونیک مکانیکی است. معادلات (4.1) معادلات سینماتیکی پایه ارتعاشات هارمونیک مکانیکی هستند.

نوسانات الکترومغناطیسی تغییرات دوره ای در شدت E و القایی B نامیده می شوند. نوسانات الکترومغناطیسی امواج رادیویی، مایکروویو، تابش مادون قرمز، نور مرئی، تابش فرابنفش، اشعه ایکس، اشعه گاما هستند.

استخراج فرمول

امواج الکترومغناطیسی به عنوان یک پدیده جهانی توسط قوانین کلاسیک الکتریسیته و مغناطیس موسوم به معادلات ماکسول پیش بینی می شد. اگر به معادله ماکسول در غیاب منابع (بارها یا جریان ها) دقت کنید، متوجه خواهید شد که در کنار این احتمال که هیچ اتفاقی نمی افتد، این تئوری راه حل های غیر ضروری را برای تغییرات میدان های الکتریکی و مغناطیسی نیز ارائه می دهد. بیایید با معادلات ماکسول برای خلاء شروع کنیم:

عملگر دیفرانسیل برداری (nabla) کجاست

یکی از راه حل ها ساده ترین است.

برای یافتن راه‌حل جالب‌تر دیگر، از هویت برداری که برای هر بردار معتبر است، به شکل زیر استفاده می‌کنیم:

برای اینکه ببینیم چگونه می توانیم از آن استفاده کنیم، بیایید عملیات گرداب را از عبارت (2) بگیریم:

سمت چپ معادل است با:

که با استفاده از معادله (1) فوق را ساده می کنیم.

سمت راست معادل است با:

معادلات (6) و (7) مساوی هستند، بنابراین یک معادله دیفرانسیل با مقدار برداری برای میدان الکتریکی، یعنی

اعمال نتایج اولیه مشابه برای یک معادله دیفرانسیل مشابه برای میدان مغناطیسی:

این معادلات دیفرانسیل معادل معادله موج هستند:

که در آن c0 سرعت موج در خلاء است؛ f جابجایی را توصیف می کند.

یا حتی ساده تر: عملگر D'Alembert کجاست:

توجه داشته باشید که در مورد میدان های الکتریکی و مغناطیسی سرعت برابر است با:

معادله دیفرانسیل نوسانات هارمونیک یک نقطه مادی، یا، جایی که m جرم نقطه است. k ضریب نیروی شبه الاستیک (k=tω2) است.

یک نوسان ساز هارمونیک در مکانیک کوانتومی آنالوگ کوانتومی یک نوسان ساز هارمونیک ساده است؛ در این مورد، نیروهای وارد بر ذره در نظر گرفته نمی شوند، بلکه هامیلتونی، یعنی کل انرژی نوسانگر هارمونیک، و فرض می شود که انرژی پتانسیل به طور درجه دوم به مختصات بستگی دارد. در نظر گرفتن شرایط زیر در انبساط انرژی پتانسیل در امتداد یک مختصات منجر به مفهوم نوسانگر ناهارمونیک می شود.

یک نوسان ساز هارمونیک (در مکانیک کلاسیک) سیستمی است که وقتی از موقعیت تعادل جابجا می شود، نیروی بازگرداننده F متناسب با جابجایی x (طبق قانون هوک) را تجربه می کند:

که در آن k یک ثابت مثبت است که صلبیت سیستم را توصیف می کند.

همیلتونی یک نوسان ساز کوانتومی جرمی m که فرکانس طبیعی آن ω است، به شکل زیر است:

در نمایندگی مختصات، . مسئله یافتن سطوح انرژی یک نوسان ساز هارمونیک به یافتن اعداد E کاهش می یابد که معادله دیفرانسیل جزئی زیر راه حلی در کلاس توابع انتگرال پذیر درجه دوم دارد.

یک نوسان ساز ناهارمونیک به عنوان یک نوسان ساز با وابستگی غیر درجه دوم انرژی پتانسیل به مختصات درک می شود. ساده ترین تقریب یک نوسان ساز ناهارمونیک، تقریب انرژی پتانسیل به جمله سوم در سری تیلور است:

12. آونگ فنری یک سیستم مکانیکی متشکل از فنری با ضریب کشسانی (سفتی) k (قانون هوک) است که یک سر آن کاملاً ثابت است و در طرف دیگر باری به جرم m وجود دارد.

هنگامی که نیروی کشسانی بر جسم عظیمی وارد می شود و آن را به حالت تعادل باز می گرداند، حول این موقعیت نوسان می کند، به چنین جسمی آونگ فنری می گویند. نوسانات تحت تأثیر یک نیروی خارجی رخ می دهد. نوساناتی که پس از متوقف شدن نیروی خارجی ادامه می یابند، آزاد نامیده می شوند. نوسانات ناشی از عمل یک نیروی خارجی را اجباری می گویند. در این صورت خود نیرو را اجبار می نامند.

در ساده‌ترین حالت، آونگ فنری یک جسم صلب است که در امتداد یک صفحه افقی حرکت می‌کند و توسط یک فنر به دیوار متصل می‌شود.

قانون دوم نیوتن برای چنین سیستمی، مشروط بر اینکه نیروهای خارجی و نیروهای اصطکاک وجود نداشته باشند، به شکل زیر است:

اگر سیستم تحت تأثیر نیروهای خارجی باشد، معادله ارتعاش به صورت زیر بازنویسی می شود:

جایی که f(x) حاصل نیروهای خارجی مربوط به واحد جرم بار است.

در مورد میرایی متناسب با سرعت نوسان با ضریب c:

دوره یک آونگ فنری:

آونگ ریاضی یک نوسان ساز است که یک سیستم مکانیکی متشکل از یک نقطه مادی است که روی یک رشته غیر قابل امتداد بی وزن یا روی یک میله بی وزن در میدان یکنواخت نیروهای گرانشی قرار دارد. دوره نوسانات طبیعی کوچک یک آونگ ریاضی به طول l، که بدون حرکت در یک میدان گرانشی یکنواخت با شتاب سقوط آزاد g معلق است، برابر است و به دامنه و جرم پاندول بستگی ندارد.

معادله دیفرانسیل آونگ فنری x=Асos (Wot+jo).

معادله نوسانات آونگ

نوسانات یک آونگ ریاضی با یک معادله دیفرانسیل معمولی توصیف می شود

که در آن w یک ثابت مثبت است که صرفاً از پارامترهای آونگ تعیین می شود. تابع ناشناخته؛ x(t) زاویه انحراف آونگ در لحظه از موقعیت تعادل پایین تر است که بر حسب رادیان بیان می شود. ، جایی که L طول تعلیق است، g شتاب سقوط آزاد است. معادله نوسانات کوچک یک آونگ در نزدیکی موقعیت تعادل پایین تر (به اصطلاح معادله هارمونیک) به شکل زیر است:

آونگی که نوسانات کوچکی را انجام می دهد در یک سینوسی حرکت می کند. از آنجایی که معادله حرکت یک معادله دیفرانسیل مرتبه دوم معمولی است، برای تعیین قانون حرکت آونگ، لازم است دو شرط اولیه - مختصات و سرعت تنظیم شود که از آنها دو ثابت مستقل تعیین می شود:

که در آن A دامنه نوسانات آونگ است، فاز اولیه نوسانات است، w فرکانس چرخه ای است که از معادله حرکت تعیین می شود. حرکتی که توسط آونگ ایجاد می شود، نوسانات هارمونیک نامیده می شود

آونگ فیزیکی یک نوسان ساز است که جسم جامدی است که در میدانی از هر نیرو نسبت به نقطه ای که مرکز جرم این جسم نیست، یا یک محور ثابت عمود بر جهت عمل نیروها و نه نوسان می کند. از مرکز جرم این جسم عبور می کند.

ممان اینرسی در مورد محوری که از نقطه تعلیق عبور می کند:

با صرف نظر از مقاومت محیط، معادله دیفرانسیل نوسانات یک آونگ فیزیکی در میدان گرانش به صورت زیر نوشته می شود:

طول کاهش یافته یک مشخصه شرطی یک آونگ فیزیکی است. از نظر عددی برابر است با طول یک آونگ ریاضی که دوره آن برابر با دوره یک آونگ فیزیکی معین است. طول داده شده به صورت زیر محاسبه می شود:

جایی که I ممان اینرسی نسبت به نقطه تعلیق، m جرم، a فاصله نقطه تعلیق تا مرکز جرم است.

مدار نوسانی یک نوسان ساز است که یک مدار الکتریکی حاوی یک سلف و خازن متصل است. در چنین مداری می توان نوسانات جریان (و ولتاژ) را تحریک کرد.مدار نوسانی ساده ترین سیستمی است که در آن نوسانات الکترومغناطیسی آزاد می تواند رخ دهد.

فرکانس رزونانس مدار با فرمول تامسون تعیین می شود:

مدار نوسانی موازی

اجازه دهید یک خازن با ظرفیت C به ولتاژ شارژ شود. انرژی ذخیره شده در خازن است

انرژی مغناطیسی متمرکز در سیم پیچ حداکثر و برابر است

جایی که L اندوکتانس سیم پیچ است، حداکثر مقدار جریان است.

انرژی ارتعاشات هارمونیک

در طی ارتعاشات مکانیکی، جسم نوسانی (یا نقطه مادی) دارای انرژی جنبشی و پتانسیل است. انرژی جنبشی بدن W:

کل انرژی در مدار:

امواج الکترومغناطیسی حامل انرژی هستند. هنگامی که امواج منتشر می شوند، جریانی از انرژی الکترومغناطیسی ایجاد می شود. اگر یک ناحیه S را عمود بر جهت انتشار موج انتخاب کنیم، در مدت زمان کوتاهی Δt انرژی ΔWem در این منطقه جریان می یابد، برابر ΔWeem = (we + wm)υSΔt.

13. اضافه شدن ارتعاشات هارمونیک هم جهت و هم فرکانس

یک جسم نوسانی می تواند در چندین فرآیند نوسانی شرکت کند، سپس باید نوسان حاصل را پیدا کرد، به عبارت دیگر، نوسانات را باید اضافه کرد. در این بخش ارتعاشات هارمونیک هم جهت و هم فرکانس را اضافه می کنیم

با استفاده از روش بردار دامنه چرخشی، نمودارهای برداری این نوسانات را به صورت گرافیکی می سازیم (شکل 1). مالیات بردارهای A1 و A2 با سرعت زاویه ای یکسان ω0 می چرخند، سپس اختلاف فاز (φ2 - φ1) بین آنها ثابت می ماند. این بدان معنی است که معادله نوسان حاصل (1) خواهد بود.

در فرمول (1)، دامنه A و فاز اولیه φ به ترتیب توسط عبارات تعیین می شوند

این بدان معناست که جسمی که در دو نوسان هارمونیک هم جهت و یک فرکانس شرکت می کند، یک نوسان هارمونیک را در همان جهت و با همان فرکانس نوسانات اضافه انجام می دهد. دامنه نوسان حاصل به اختلاف فاز (φ2 - φ1) نوسانات اضافه شده بستگی دارد.

افزودن ارتعاشات هارمونیک هم جهت با فرکانس های مشابه

بگذارید دامنه نوسانات اضافه شده برابر با A و فرکانس ها برابر با ω و ω+Δω و Δω باشد.<<ω. Выберем начало отсчета так, чтобы начальные фазы обоих колебаний были равны нулю:

با افزودن این عبارات و در نظر گرفتن اینکه در فاکتور دوم Δω/2<<ω, получим

تغییرات دوره ای در دامنه ارتعاشات که با اضافه شدن دو ارتعاش هارمونیک در یک جهت با فرکانس های مشابه رخ می دهد، ضرب نامیده می شود.

ضربان ها از این واقعیت ناشی می شوند که یکی از دو سیگنال دائماً پشت دیگری در فاز است و در آن لحظاتی که نوسانات در فاز اتفاق می افتد، سیگنال کل تقویت می شود و در آن لحظاتی که دو سیگنال در پادفاز هستند، هر یک را لغو می کنند. دیگر خارج این لحظات به طور دوره ای با افزایش تاخیر جایگزین یکدیگر می شوند.

نمودار ارتعاش در هنگام ضرب و شتم

اجازه دهید نتیجه اضافه کردن دو نوسان هارمونیک با فرکانس یکسان ω را که در جهات متقابل عمود بر محورهای x و y رخ می دهند، پیدا کنیم. برای سادگی، نقطه شروع را طوری انتخاب می کنیم که فاز اولیه نوسان اول برابر با صفر باشد و آن را به شکل (1) می نویسیم.

در جایی که α اختلاف فاز بین هر دو نوسان است، A و B برابر با دامنه نوسانات اضافه شده هستند. معادله مسیر نوسان حاصل با حذف زمان t از فرمول (1) تعیین خواهد شد. نوشتن نوسانات تا شده به صورت

و با جایگزینی در معادله دوم با و با، پس از تبدیل های ساده، معادله بیضی را می یابیم که محورهای آن به طور دلخواه نسبت به محورهای مختصات جهت گیری می کنند: (2)

از آنجایی که مسیر نوسان حاصل به شکل بیضی است، به این گونه نوسانات قطبی بیضی می گویند.

ابعاد محورهای بیضی و جهت گیری آن به دامنه نوسانات اضافه شده و اختلاف فاز α بستگی دارد. بیایید چند مورد خاص را که برای ما جالب هستند در نظر بگیریم:

1) α = mπ (m=0، ± 1، ± 2، ...). در این حالت، بیضی به یک پاره خط مستقیم تبدیل می شود (3)

که در آن علامت مثبت مربوط به مقادیر صفر و زوج m (شکل 1a) و علامت منفی به مقادیر فرد m (شکل 2b) است. نوسان حاصل یک نوسان هارمونیک با فرکانس ω و دامنه است که در امتداد یک خط مستقیم (3) رخ می دهد و با محور x زاویه ایجاد می کند. در این مورد ما با نوسانات قطبی خطی سر و کار داریم.

2) α = (2m+1)(π/2) (m=0, ± 1, ±2,...). در این صورت معادله شکل خواهد گرفت

فیگورهای Lissajous مسیرهای بسته ای هستند که توسط نقطه ای ترسیم می شوند که به طور همزمان دو نوسان هارمونیک را در دو جهت متقابل عمود بر هم انجام می دهد. اولین بار توسط دانشمند فرانسوی ژول آنتوان لیساژوس مورد مطالعه قرار گرفت. شکل ظاهری به رابطه بین دوره‌ها (فرکانس‌ها)، فازها و دامنه‌های هر دو نوسان بستگی دارد. در ساده ترین حالت برابری هر دو دوره، ارقام بیضی هستند که با اختلاف فاز 0، یا به قطعات مستقیم تبدیل می شوند و با اختلاف فاز P/2 و دامنه های مساوی، به دایره تبدیل می شوند. اگر دوره های هر دو نوسان دقیقاً منطبق نباشد ، اختلاف فاز همیشه تغییر می کند ، در نتیجه بیضی همیشه تغییر شکل می دهد. در دوره های بسیار متفاوت، ارقام Lissajous مشاهده نمی شود. با این حال، اگر دوره ها به صورت اعداد صحیح مرتبط باشند، پس از یک دوره زمانی برابر با کوچکترین مضرب هر دو دوره، نقطه متحرک دوباره به همان موقعیت باز می گردد - شکل های Lissajous با شکل پیچیده تری به دست می آیند. شکل های Lissajous در یک مستطیل قرار می گیرند که مرکز آن با مبدا منطبق است و اضلاع با محورهای مختصات موازی هستند و در دو طرف آنها در فواصل برابر با دامنه ارتعاش قرار دارند.

که در آن A، B - دامنه های نوسان، a، b - فرکانس، δ - تغییر فاز

14. نوسانات میرا در یک سیستم مکانیکی بسته رخ می دهد

که در آن انرژی برای غلبه بر نیروها از دست می رود

مقاومت (β≠ 0) یا در مدار نوسانی بسته، در

که در آن وجود مقاومت R منجر به از دست دادن انرژی نوسانی می شود

گرمایش هادی ها (β ≠ 0).

در این حالت معادله دیفرانسیل کلی نوسانات (5.1)

به شکل x′′ + 2βx′ + ω0 x = 0 خواهد بود.

کاهش میرایی لگاریتمی χ یک کمیت فیزیکی معکوس با تعداد نوسانات است که پس از آن دامنه A به میزان e برابر کاهش می یابد.

فرآیند APERIODIC - فرآیند گذرا در پویا. سیستم، که در آن مقدار خروجی، مشخص کننده انتقال سیستم از یک حالت به حالت دیگر، یا به طور یکنواخت به یک مقدار ثابت تمایل دارد، یا دارای یک اکسترموم است (شکل را ببینید). از نظر تئوری، می تواند به طور نامحدود ادامه یابد. به عنوان مثال، A.p در سیستم های خودکار اتفاق می افتد. مدیریت.

نمودارهای فرآیندهای دوره ای تغییر پارامتر x(t) سیستم در طول زمان: hust - مقدار حالت پایدار (حد) پارامتر

کوچکترین مقاومت فعال مداری که در آن فرآیند غیرپریودیک است مقاومت بحرانی نامیده می شود

این همچنین مقاومتی است که در آن حالتی از نوسانات بدون میرایی آزاد در مدار تحقق می یابد.

15. نوساناتی که تحت تأثیر یک نیروی خارجی متناوب متغیر یا یک emf خارجی متناوب متغیر به وجود می آیند به ترتیب نوسانات مکانیکی اجباری و الکترومغناطیسی اجباری نامیده می شوند.

معادله دیفرانسیل به شکل زیر خواهد بود:

q′′ + 2βq′ + ω0 q = cos(ωt) .

رزونانس (رزونانس فرانسوی، از لاتین resono - من پاسخ می دهم) پدیده افزایش شدید دامنه نوسانات اجباری است، که زمانی رخ می دهد که فرکانس تأثیر خارجی به مقادیر خاصی (فرکانس های تشدید) تعیین شده توسط ویژگی های سیستم نزدیک شود. . افزایش دامنه فقط نتیجه رزونانس است و دلیل آن همزمانی فرکانس خارجی (هیجان انگیز) با فرکانس داخلی (طبیعی) سیستم نوسانی است. با استفاده از پدیده رزونانس، حتی نوسانات دوره ای بسیار ضعیف را می توان جدا و/یا تقویت کرد. تشدید پدیده ای است که در فرکانس معینی از نیروی محرکه سیستم نوسانی به ویژه به عمل این نیرو پاسخ می دهد. درجه پاسخگویی در تئوری نوسانات با کمیتی به نام فاکتور کیفیت توصیف می شود. پدیده رزونانس برای اولین بار توسط گالیله گالیله در سال 1602 در آثاری که به مطالعه آونگ ها و تارهای موسیقی اختصاص داده شده بود، توصیف شد.

سیستم رزونانس مکانیکی که برای اکثر مردم آشناتر است یک نوسان معمولی است. اگر تاب را با توجه به فرکانس رزونانس آن فشار دهید، دامنه حرکت افزایش می یابد، در غیر این صورت حرکت محو می شود. فرکانس تشدید چنین آونگی را می توان با دقت کافی در محدوده جابجایی های کوچک از حالت تعادل با استفاده از فرمول یافت:

که در آن g شتاب گرانش (9.8 متر بر ثانیه برای سطح زمین) و L طول از نقطه معلق آونگ تا مرکز جرم آن است. (فرمول دقیق تر کاملاً پیچیده است و شامل یک انتگرال بیضوی است.) مهم است که فرکانس تشدید به جرم آونگ بستگی نداشته باشد. همچنین مهم است که آونگ را نمی‌توان در فرکانس‌های متعدد (هارمونیک‌های بالاتر) تاب داد، اما می‌توان آن را در فرکانس‌هایی معادل کسری از پایه (هارمونیک‌های پایین‌تر) انجام داد.

دامنه و فاز نوسانات اجباری.

اجازه دهید وابستگی دامنه A نوسانات اجباری را به فرکانس ω در نظر بگیریم (8.1)

از فرمول (8.1) نتیجه می شود که دامنه جابجایی A دارای حداکثر است. برای تعیین فرکانس رزونانس ωres - فرکانسی که دامنه جابجایی A در آن به حداکثر می رسد - باید حداکثر تابع (1) یا همان چیزی که است، حداقل بیان رادیکال را پیدا کنید. پس از تمایز عبارت رادیکال با توجه به ω و برابر کردن آن با صفر، شرطی را بدست می آوریم که ωres را تعیین می کند:

این برابری برای ω=0، ±، که فقط یک مقدار مثبت معنای فیزیکی دارد، برآورده می شود. بنابراین، فرکانس تشدید (8.2)

کار فعلی کار میدان الکتریکی برای انتقال بارهای الکتریکی در امتداد یک هادی است. کار انجام شده توسط جریان در قسمتی از مدار برابر است با حاصل ضرب جریان، ولتاژ و زمانی که در طی آن کار انجام شده است. با استفاده از فرمول قانون اهم برای یک بخش از مدار، می توانید چندین نسخه از فرمول را برای محاسبه کار جریان بنویسید:

A= U*I*t=I2 R*t=U2 /R *t

طبق قانون پایستگی انرژی: کار برابر است با تغییر انرژی قسمتی از مدار، بنابراین انرژی آزاد شده توسط هادی برابر با کار جریان است.

(A)=B*A*c= W*s=J; 1kW*h=3600000 J

قانون ژول لنز

هنگامی که جریان از یک هادی عبور می کند، هادی گرم می شود و تبادل حرارت با محیط اتفاق می افتد، یعنی. هادی گرما را به اجسام اطراف خود می دهد.

مقدار گرمای آزاد شده توسط هادی که جریان را به محیط منتقل می کند برابر است با حاصل ضرب مجذور قدرت جریان، مقاومت هادی و زمان عبور جریان از هادی.

A=Q=U*I*t=I2 *R*t=U2 /R*t

این عبارت بیانگر قانون ژول-لنز است که به طور تجربی توسط J. Joule و E. H. Lenz به طور مستقل ایجاد شده است:

dQ=UIdt=I2 Rdt=U2 /R*dt.

میدان مغناطیسی شکلی از وجود ماده در اطراف بارهای الکتریکی متحرک (رساناهای حامل جریان، آهنرباهای دائمی) است.

خواص اصلی میدان مغناطیسی: ایجاد شده توسط بارهای الکتریکی متحرک، هادی های حامل جریان، آهنرباهای دائمی و میدان الکتریکی متناوب. بر روی بارهای الکتریکی متحرک، هادی های حامل جریان و اجسام مغناطیسی با نیرو عمل می کند. یک میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی متناوب ایجاد می کند. قانون گیملت: اگر جهت حرکت انتقالی گیملت (پیچ) با جهت جریان در هادی منطبق باشد، جهت چرخش دسته گیمل با جهت بردار القای مغناطیسی منطبق است.

قانون سمت چپ به شما امکان می دهد نیروی آمپر را تعیین کنید، یعنی. نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی هادی حامل جریان وارد می کند. اگر دست چپ طوری قرار گیرد که جزء عمود بردار القای مغناطیسی وارد کف دست شود و چهار انگشت کشیده در امتداد جریان هدایت شوند، آنگاه شست خم شده 90 درجه جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

برخلاف میدان الکتریکی که بر روی هر باری عمل می کند، میدان مغناطیسی فقط بر روی ذرات باردار متحرک اثر می کند. معلوم می شود که نیرو نه تنها به بزرگی، بلکه به جهت سرعت بار نیز بستگی دارد. نیروی لورنتس نیرویی که میدان مغناطیسی بر ذره باردار وارد می کند نیروی لورنتس نامیده می شود. تجربه نشان می دهد که بردار F~ نیروی لورنتس به صورت زیر یافت می شود. 1.

مقدار مطلق نیروی لورنتس برابر است با:

در اینجا q مقدار مطلق بار است، v سرعت بار، B القای میدان مغناطیسی، b زاویه بین بردارهای ~v و B~ است.

نیروی لورنتس بر هر دو بردار ~v و B~ عمود است. به عبارت دیگر، بردار F~ عمود بر صفحه ای است که سرعت بار و بردارهای القای میدان مغناطیسی در آن قرار دارند. باید دریابیم که نیروی لورنتز نسبت به یک صفحه معین به کدام نیمه فضا هدایت می شود.

ارتباط متقابل بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی توسط فیزیکدان برجسته انگلیسی M. Faraday در سال 1831 برقرار شد. او پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد. این شامل وقوع یک جریان الکتریکی در یک مدار رسانای بسته زمانی است که شار مغناطیسی وارد شده به مدار در طول زمان تغییر می کند.

پدیده القای الکترومغناطیسی عبارت است از وقوع جریان الکتریکی در مدار بسته زمانی که شار مغناطیسی عبوری از مدار تغییر می کند.

فارادی پدیده القای الکترومغناطیسی را با استفاده از دو مارپیچ سیم جدا شده از یکدیگر، که روی یک سیم پیچ چوبی پیچیده شده بودند، مطالعه کرد. یکی از مارپیچ ها به یک باتری گالوانیکی و دیگری به یک گالوانومتر که جریان های ضعیف را ثبت می کرد متصل بود. در لحظه های بسته شدن و باز شدن مدار مارپیچ اول، سوزن گالوانومتر در مدار مارپیچ دوم منحرف شد.

آزمایشات فارادی

آزمایشات فارادی در مطالعه EMR را می توان به دو سری تقسیم کرد:

1. ظهور یک جریان القایی هنگامی که یک آهنربا (سیم پیچ با جریان) به داخل و خارج حرکت می کند.

توضیح آزمایش: وقتی یک آهنربا در سیم پیچ متصل به آمپرمتر وارد می شود، جریان القایی در مدار ظاهر می شود. هنگامی که حذف می شود، یک جریان القایی نیز ظاهر می شود، اما در جهت متفاوت. مشاهده می شود که جریان القایی به جهت حرکت آهنربا و اینکه کدام قطب آن را وارد می کند بستگی دارد. قدرت جریان به سرعت آهنربا بستگی دارد.

2. وقوع یک جریان القایی در یک سیم پیچ زمانی که جریان در سیم پیچ دیگر تغییر می کند.

توضیح آزمایش: جریان الکتریکی در سیم پیچ 2 در لحظه های بسته شدن و باز شدن کلید در مدار سیم پیچ 1 ایجاد می شود. مشاهده می شود که جهت جریان به بسته یا باز بودن مدار سیم پیچ 1 بستگی دارد. ، یعنی بستگی به این دارد که آیا شار مغناطیسی افزایش می یابد (زمانی که مدار بسته است) یا کاهش می یابد (زمانی که مدار باز می شود). سوراخ کردن سیم پیچ 1

فارادی با انجام آزمایش‌های متعدد ثابت کرد که در مدارهای رسانای بسته، جریان الکتریکی تنها در مواردی ایجاد می‌شود که در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار داشته باشند، صرف نظر از اینکه چگونه تغییر در شار القای میدان مغناطیسی در طول زمان به دست می‌آید.

جریان ناشی از پدیده القای الکترومغناطیسی را القاء می نامند.

به بیان دقیق، هنگامی که یک مدار در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، جریان خاصی (که به مقاومت بستگی دارد) نیست، بلکه یک emf مشخص است که تولید می شود.

فارادی به طور تجربی ثابت کرد که وقتی شار مغناطیسی در یک مدار رسانا تغییر می‌کند، یک emf Eind القایی به وجود می‌آید که برابر با نرخ تغییر شار مغناطیسی در سطح محدود شده توسط مدار است که با علامت منفی گرفته می‌شود:

این فرمول قانون فارادی را بیان می کند: e. d.s. القاء برابر است با نرخ تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط کانتور.

علامت منفی در فرمول منعکس کننده قانون لنز است.

در سال 1833، لنز به طور تجربی بیانیه ای به نام قانون لنز را اثبات کرد: جریان القایی که در یک حلقه بسته برانگیخته می شود، زمانی که شار مغناطیسی تغییر می کند، همیشه به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده از تغییر در شار مغناطیسی که باعث جریان القایی می شود، جلوگیری می کند.

با افزایش شار مغناطیسی 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.

با کاهش شار مغناطیسی F<0, а еинд >0، یعنی میدان مغناطیسی جریان القایی باعث افزایش شار مغناطیسی کاهشی در مدار می شود.

قانون لنز معنای فیزیکی عمیقی دارد - قانون بقای انرژی را بیان می کند: اگر میدان مغناطیسی از طریق مدار افزایش یابد، جریان در مدار به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی آن بر خلاف میدان خارجی باشد و اگر میدان مغناطیسی خارجی باشد. میدان مغناطیسی از طریق مدار کاهش می یابد، سپس جریان به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی آن این میدان مغناطیسی رو به کاهش را حفظ کند.

emf القایی به دلایل مختلفی بستگی دارد. اگر یک بار آهنربای قوی را به داخل سیم پیچ فشار دهید و بار دیگر آهنربای ضعیف را به داخل سیم پیچ فشار دهید، خوانش دستگاه در حالت اول بالاتر خواهد بود. همچنین هنگامی که آهنربا به سرعت حرکت می کند، آنها بالاتر خواهند بود. در هر یک از آزمایش های انجام شده در این کار، جهت جریان القایی توسط قانون لنز تعیین می شود. روش تعیین جهت جریان القایی در شکل نشان داده شده است.

جریان القایی مغناطیسی فارادی

در شکل خطوط میدان مغناطیسی آهنربای دائمی و خطوط میدان مغناطیسی جریان القایی با رنگ آبی نشان داده شده است. خطوط میدان مغناطیسی همیشه از N به S هدایت می شوند - از قطب شمال به قطب جنوب آهنربا.

طبق قانون لنز، جریان الکتریکی القایی در یک رسانا، که هنگام تغییر شار مغناطیسی ایجاد می شود، به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی آن با تغییر شار مغناطیسی مقابله کند. بنابراین، در سیم پیچ جهت خطوط میدان مغناطیسی مخالف خطوط نیروی آهنربای دائمی است، زیرا آهنربا به سمت سیم پیچ حرکت می کند. جهت جریان را با استفاده از قاعده گیملت پیدا می کنیم: اگر گیره ای (با رزوه سمت راست) به طوری پیچ شود که حرکت انتقالی آن با جهت خطوط القایی در سیم پیچ منطبق شود، جهت چرخش سیم پیچ دسته gimlet با جهت جریان القایی منطبق است.

بنابراین، جریان عبوری از میلی‌متر، همانطور که در شکل با فلش قرمز نشان داده شده است، از چپ به راست می‌گذرد. در صورتی که آهنربا از سیم پیچ دور شود، خطوط میدان مغناطیسی جریان القایی در جهت با خطوط میدان آهنربای دائمی منطبق شده و جریان از راست به چپ جریان می یابد.

قانون القای الکترومغناطیسی زیربنای مهندسی برق مدرن و همچنین مهندسی رادیو است که به نوبه خود هسته صنعت مدرن را تشکیل می دهد که کل تمدن ما را کاملاً متحول کرده است. استفاده عملی از القای الکترومغناطیسی تنها نیم قرن پس از کشف آن آغاز شد. در آن زمان، پیشرفت تکنولوژی هنوز نسبتا کند بود. دلیل اینکه مهندسی برق در تمام زندگی مدرن ما نقش مهمی ایفا می کند این است که الکتریسیته راحت ترین شکل انرژی است و این به لطف قانون القای الکترومغناطیسی است. دومی امکان به دست آوردن الکتریسیته از انرژی مکانیکی (ژنراتورها)، توزیع و انتقال انعطاف پذیر انرژی (ترانسفورماتورها) و تبدیل مجدد آن به انرژی مکانیکی (موتور الکتریکی) و انواع دیگر انرژی را فراهم می کند که همگی با راندمان بسیار بالا هستند. فقط حدود 50 سال پیش، توزیع انرژی بین ماشین ابزار در کارخانه ها از طریق یک سیستم پیچیده از محورها و محرک های تسمه انجام می شد - جنگل انتقال جزئیات مشخصی از "داخلی" صنعتی آن زمان را تشکیل می داد. ماشین‌های مدرن مجهز به موتورهای الکتریکی فشرده هستند که توسط یک سیستم سیم کشی الکتریکی مخفی کار می‌کنند.

صنعت مدرن از یک سیستم منبع تغذیه واحد استفاده می کند که کل کشور و گاهی چندین کشور همسایه را پوشش می دهد.

سیستم منبع تغذیه با یک ژنراتور برق شروع می شود. عملکرد ژنراتور بر اساس استفاده مستقیم از قانون القای الکترومغناطیسی است. از نظر شماتیک ساده ترین ژنراتور یک آهنربای الکتریکی ثابت (استاتور) است که در میدان آن یک سیم پیچ (روتور) می چرخد. جریان متناوب تحریک شده در سیم پیچ روتور با استفاده از کنتاکت های متحرک ویژه - برس ها حذف می شود. از آنجایی که انتقال مقادیر زیادی نیرو از طریق کنتاکت‌های متحرک دشوار است، اغلب از مدار ژنراتور معکوس استفاده می‌شود: یک آهنربای الکتریکی دوار جریان را در سیم‌پیچ‌های ثابت استاتور تحریک می‌کند. بنابراین، ژنراتور انرژی مکانیکی چرخش روتور را به الکتریسیته تبدیل می کند. دومی توسط انرژی حرارتی (توربین بخار یا گاز) یا انرژی مکانیکی (توربین هیدرولیک) هدایت می شود.

در انتهای دیگر سیستم منبع تغذیه، محرک های مختلفی قرار دارند که از انرژی الکتریکی استفاده می کنند که مهمترین آنها موتور الکتریکی (موتور الکتریکی) است. رایج ترین، به دلیل سادگی، به اصطلاح موتور ناهمزمان است که به طور مستقل در 1885-1887 اختراع شد. فیزیکدان ایتالیایی فراریس و مهندس معروف کروات تسلا (ایالات متحده آمریکا). استاتور چنین موتوری یک آهنربای الکتریکی پیچیده است که یک میدان دوار ایجاد می کند. چرخش میدان با استفاده از یک سیستم سیم پیچی که در آن جریان ها خارج از فاز هستند به دست می آید. در ساده ترین حالت، کافی است دو میدان را در جهات عمود بر هم قرار دهیم که در فاز 90 درجه جابجا شده اند (شکل VI.10).

چنین فیلدی را می توان به عنوان یک عبارت پیچیده نوشت:

که نشان دهنده یک بردار دو بعدی با طول ثابت است که در خلاف جهت عقربه های ساعت با فرکانس co می چرخد. اگرچه فرمول (53.1) شبیه به نمایش پیچیده جریان متناوب در § 52 است، معنای فیزیکی آن متفاوت است. در مورد جریان متناوب، فقط قسمت واقعی عبارت مختلط دارای مقدار واقعی بود، اما در اینجا کمیت مختلط نشان دهنده یک بردار دو بعدی است و فاز آن تنها فاز نوسانات اجزای میدان متناوب نیست، بلکه جهت بردار میدان را مشخص می کند (شکل VI.10 را ببینید).

در فناوری، یک طرح کمی پیچیده تر از چرخش میدان معمولاً با استفاده از جریان به اصطلاح سه فاز استفاده می شود، یعنی سه جریان، که فازهای آن 120 درجه نسبت به یکدیگر جابجا می شوند. این جریان ها یک میدان مغناطیسی در سه جهت ایجاد می کنند که یکی نسبت به دیگری با زاویه 120 درجه می چرخد ​​(شکل VI.11). توجه داشته باشید که چنین جریان سه فازی به طور خودکار در ژنراتورهایی با آرایش مشابه سیم پیچ ها به دست می آید. جریان سه فاز که در تکنولوژی رواج یافته است اختراع شد

برنج. VI.10. طرحی برای بدست آوردن میدان مغناطیسی دوار.

برنج. VI.11. نمودار موتور ناهمزمان برای سادگی، روتور به صورت یک دور نشان داده می شود.

در سال 1888 توسط مهندس برق برجسته روسی Dolivo-Dobrovolsky که اولین خط انتقال فنی برق جهان را بر این اساس در آلمان ساخت.

سیم پیچ روتور یک موتور ناهمزمان در ساده ترین حالت چرخش های اتصال کوتاه است. یک میدان مغناطیسی متناوب جریانی را در پیچ ها القا می کند که باعث می شود روتور در همان جهت میدان مغناطیسی بچرخد. مطابق با قانون لنز، روتور تمایل دارد با میدان مغناطیسی دوار "برخورد" کند. برای یک موتور بارگذاری شده، سرعت چرخش روتور همیشه کمتر از میدان است، زیرا در غیر این صورت emf القایی و جریان در روتور به صفر می رسد. از این رو نام - موتور ناهمزمان.

وظیفه 1. سرعت روتور یک موتور ناهمزمان را بسته به بار پیدا کنید.

معادله جریان در یک دور روتور شکل دارد

که در آن سرعت زاویه ای میدان لغزش نسبت به روتور است، جهت سیم پیچ نسبت به میدان، محل سیم پیچ در روتور را مشخص می کند (شکل VI.12، a). با عبور از مقادیر مختلط (به بند 52 مراجعه کنید)، محلول (53.2) را به دست می آوریم.

گشتاور وارد بر سیم پیچ در همان میدان مغناطیسی است

برنج. VI.12. به مشکل یک موتور ناهمزمان. a - چرخش سیم پیچ روتور در یک میدان "لغزنده"؛ ب - مشخصات بار موتور.

به طور معمول، سیم پیچ روتور حاوی تعداد زیادی چرخش با فاصله یکنواخت است، بنابراین جمع بیش از 9 را می توان با یکپارچگی جایگزین کرد، که منجر به گشتاور کل در شفت موتور می شود.

تعداد چرخش های روتور کجاست نمودار وابستگی در شکل نشان داده شده است. VI.12، b. حداکثر گشتاور مربوط به فرکانس لغزش است.توجه داشته باشید که مقاومت اهمی روتور فقط بر فرکانس لغزش تأثیر می گذارد، اما بر حداکثر گشتاور موتور تأثیر نمی گذارد. فرکانس لغزش منفی (روتور از میدان "سبقت می گیرد") با حالت ژنراتور مطابقت دارد. برای حفظ این حالت نیاز به صرف انرژی خارجی است که در سیم پیچ های استاتور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

در یک گشتاور معین، فرکانس لغزش مبهم است، اما فقط حالت پایدار است

عنصر اصلی سیستم های تبدیل و حمل و نقل برق یک ترانسفورماتور است که ولتاژ جریان متناوب را تغییر می دهد. برای انتقال برق از راه دور، استفاده از حداکثر ولتاژ ممکن سودمند است که فقط با خرابی عایق محدود می شود. در حال حاضر، خطوط انتقال با ولتاژی حدوداً کار می کنند برای یک توان انتقالی معین، جریان در خط با ولتاژ نسبت معکوس دارد و تلفات در خط به عنوان مجذور ولتاژ کاهش می یابد. از سوی دیگر، ولتاژهای بسیار پایین‌تری برای تامین انرژی مصرف‌کنندگان برق مورد نیاز است، که عمدتاً به دلایل سادگی طراحی (عایق)، و همچنین اقدامات احتیاطی ایمنی است. از این رو نیاز به تبدیل ولتاژ است.

به طور معمول، یک ترانسفورماتور از دو سیم پیچ روی یک هسته آهنی مشترک تشکیل شده است (شکل VI. 13). یک هسته آهنی در ترانسفورماتور برای کاهش شار نشتی و در نتیجه اتصال شار بهتر بین سیم‌پیچ‌ها مورد نیاز است. از آنجایی که آهن نیز یک رسانا است، متناوب را منتقل می کند

برنج. V1.13. مدار ترانسفورماتور AC.

برنج. VI.14. نمودار کمربند روگوفسکی. خط چین به طور معمول مسیر ادغام را نشان می دهد.

میدان مغناطیسی فقط تا یک عمق کوچک (به بند 87 مراجعه کنید). بنابراین، هسته‌های ترانسفورماتور باید به صورت چند لایه ساخته شوند، یعنی به شکل مجموعه‌ای از صفحات نازک عایق الکتریکی از یکدیگر. برای فرکانس برق 50 هرتز، ضخامت صفحه معمولی 0.5 میلی متر است. برای ترانسفورماتورهای فرکانس های بالا (در مهندسی رادیو) لازم است از صفحات بسیار نازک (میلی متر) یا هسته های فریت استفاده شود.

وظیفه 2. صفحات هسته ترانسفورماتور با چه ولتاژی باید عایق شوند؟

اگر تعداد صفحات در هسته و ولتاژ در هر دور سیم پیچ ترانسفورماتور، ولتاژ بین صفحات مجاور

در ساده ترین حالت عدم وجود شار سرگردان، نسبت emf در هر دو سیم پیچ متناسب با تعداد چرخش آنها است، زیرا emf القایی در هر دور توسط شار یکسان در هسته تعیین می شود. علاوه بر این، اگر تلفات در ترانسفورماتور کم و مقاومت بار زیاد باشد، بدیهی است که نسبت ولتاژ روی سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه نیز متناسب است. این اصل کار یک ترانسفورماتور است که امکان تغییر ولتاژ را به راحتی چندین برابر می کند.

وظیفه 3. نسبت تبدیل ولتاژ را در یک بار دلخواه پیدا کنید.

با صرف نظر از تلفات در ترانسفورماتور و اتلاف (ترانسفورماتور ایده آل)، معادله جریان در سیم پیچ ها را به صورت (به واحد SI) می نویسیم.

که در آن مقاومت پیچیده بار است (نگاه کنید به § 52) و عبارت (51.2) برای emf القایی یک مدار پیچیده استفاده می شود. با استفاده از رابطه (51.6); شما می توانید ضریب تبدیل ولتاژ را بدون حل معادلات (53.6) بیابید، اما آنها را به سادگی بر یکدیگر تقسیم کنید:

ضریب تبدیل برابر است، بنابراین، به سادگی با نسبت تعداد چرخش در هر بار. علامت بستگی به انتخاب ابتدا و انتهای سیم پیچ دارد.

برای پیدا کردن نسبت تبدیل فعلی، باید سیستم (53.7) را حل کنید، در نتیجه ما به دست می آوریم

در حالت کلی، ضریب مقداری پیچیده به نظر می رسد، به عنوان مثال، یک تغییر فاز بین جریان های سیم پیچ ظاهر می شود. مورد خاص یک بار کوچک مورد توجه است سپس، یعنی نسبت جریان برعکس نسبت ولتاژ می شود.

از این حالت کار ترانسفورماتور می توان برای اندازه گیری جریان های زیاد (ترانسفورماتور جریان) استفاده کرد. به نظر می رسد که همان تبدیل ساده جریان ها برای وابستگی دلخواه جریان به زمان با طراحی ویژه ترانسفورماتور جریان حفظ می شود. در این مورد، آن را تسمه Rogowski (شکل VI.14) می نامند و یک شیر برقی بسته انعطاف پذیر با شکل دلخواه با سیم پیچی یکنواخت است. عملکرد تسمه بر اساس قانون بقای گردش میدان مغناطیسی است (نگاه کنید به بند 33): جایی که یکپارچه سازی در امتداد کانتور داخل کمربند انجام می شود (شکل VI.14 را ببینید)، - کل جریان اندازه گیری شده تحت پوشش کمربند با فرض اینکه ابعاد عرضی تسمه به اندازه کافی کوچک باشد، می توانیم emf القایی القایی روی تسمه را به صورت زیر بنویسیم:

سطح مقطع تسمه کجاست و چگالی سیم پیچ است، هر دو مقدار در امتداد تسمه ثابت فرض می شوند. در داخل تسمه، اگر چگالی سیم پیچ تسمه و سطح مقطع 50 آن در طول (53.9) ثابت باشد.

تبدیل ساده ولتاژ الکتریکی فقط برای جریان متناوب امکان پذیر است. این امر نقش تعیین کننده آن را در صنعت مدرن تعیین می کند. در مواردی که جریان مستقیم مورد نیاز است، مشکلات قابل توجهی ایجاد می شود. به عنوان مثال، در خطوط انتقال برق با مسافت های بسیار طولانی، استفاده از جریان مستقیم مزایای قابل توجهی را به همراه دارد: تلفات حرارتی کاهش می یابد، زیرا هیچ اثر پوستی وجود ندارد (نگاه کنید به بند 87) و رزونانس وجود ندارد.

(موج) فرآیندهای گذرا هنگام روشن و خاموش کردن یک خط انتقال، که طول آن به ترتیب طول موج جریان متناوب است (6000 کیلومتر برای فرکانس صنعتی 50 هرتز). مشکل در تصحیح جریان متناوب ولتاژ بالا در یک انتهای خط انتقال و تبدیل مجدد آن در انتهای دیگر است.

خودولی آندری، خنیکوف ایگور

کاربرد عملی پدیده القای الکترومغناطیسی.

دانلود:

پیش نمایش:

برای استفاده از پیش نمایش ارائه، یک حساب Google ایجاد کنید و وارد آن شوید: https://accounts.google.com

شرح اسلاید:

القای الکترومغناطیسی در فناوری مدرن انجام شده توسط دانش آموزان کلاس 11 "A" MOUSOSH شماره 2 از شهر Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey

پدیده القای الکترومغناطیسی در 29 اوت 1831 توسط مایکل فارادی کشف شد. پدیده القای الکترومغناطیسی عبارت است از وقوع یک جریان الکتریکی در یک مدار رسانا که یا در یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان در حال سکون است یا در یک میدان مغناطیسی ثابت حرکت می کند به گونه ای که تعداد خطوط القای مغناطیسی نفوذ کند تغییرات مدار

EMF القای الکترومغناطیسی در یک حلقه بسته از نظر عددی برابر و مخالف نرخ تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این حلقه است. جهت جریان القایی (و همچنین بزرگی EMF) اگر با جهت انتخاب شده دور زدن مدار مطابقت داشته باشد مثبت در نظر گرفته می شود.

آزمایش فارادی: یک آهنربای دائمی به یک سیم پیچ متصل به یک گالوانومتر وارد شده یا از آن خارج می شود. هنگامی که آهنربا حرکت می کند، جریان الکتریکی در مدار ایجاد می شود. در عرض یک ماه، فارادی به طور تجربی تمام ویژگی های اساسی پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد. امروزه هر کسی می تواند آزمایشات فارادی را انجام دهد.

منابع اصلی میدان الکترومغناطیسی منابع اصلی میدان الکترومغناطیسی را می توان شناسایی کرد: خطوط برق. سیم کشی برق (داخل ساختمان ها و سازه ها). لوازم برقی خانگی. کامپیوترهای شخصی. ایستگاه های پخش تلویزیونی و رادیویی. ارتباطات ماهواره ای و سلولی (دستگاه ها، تکرار کننده ها). حمل و نقل الکتریکی. تاسیسات رادار

خطوط برق سیم های یک خط برق کار یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس صنعتی (50 هرتز) در فضای مجاور (در فواصل حدود ده ها متر از سیم) ایجاد می کنند. علاوه بر این، شدت میدان در نزدیکی خط بسته به بار الکتریکی آن می‌تواند در محدوده‌های وسیعی متفاوت باشد. در واقع، مرزهای منطقه حفاظتی بهداشتی در امتداد خط مرزی حداکثر قدرت میدان الکتریکی، که 1 کیلو ولت بر متر است، در دورترین فاصله از سیم ها ایجاد می شود.

سیم کشی برق سیم کشی برق شامل: کابل های منبع تغذیه برای سیستم های پشتیبانی عمر ساختمان، سیم های توزیع جریان و همچنین تخته های انشعاب، جعبه های برق و ترانسفورماتورها می باشد. سیم کشی برق منبع اصلی میدان های الکترومغناطیسی فرکانس صنعتی در اماکن مسکونی است. در این حالت، سطح شدت میدان الکتریکی ساطع شده از منبع اغلب نسبتاً کم است (از 500 V/m تجاوز نمی کند).

لوازم برقی خانگی منابع میدان های الکترومغناطیسی همه لوازم خانگی هستند که با استفاده از جریان الکتریکی کار می کنند. در این مورد، سطح تشعشع در محدوده وسیعی بسته به مدل، طراحی دستگاه و حالت عملکرد خاص متفاوت است. همچنین، سطح تشعشع به شدت به مصرف برق دستگاه بستگی دارد - هر چه قدرت بیشتر باشد، سطح میدان الکترومغناطیسی در حین کار دستگاه بالاتر است. شدت میدان الکتریکی در نزدیکی لوازم خانگی الکتریکی از ده ها V/m تجاوز نمی کند.

رایانه های شخصی منبع اصلی تأثیرات نامطلوب بر سلامت کاربر رایانه، دستگاه نمایشگر بصری (VDI) مانیتور است. علاوه بر مانیتور و واحد سیستم، یک رایانه شخصی ممکن است تعداد زیادی دستگاه دیگر (مانند چاپگر، اسکنر، محافظ برق و غیره) نیز داشته باشد. همه این دستگاه ها با استفاده از جریان الکتریکی کار می کنند، به این معنی که آنها منابع میدان الکترومغناطیسی هستند.

میدان الکترومغناطیسی کامپیوترهای شخصی دارای ترکیب موجی و طیفی بسیار پیچیده ای است و اندازه گیری و کمیت آن دشوار است. دارای اجزای مغناطیسی، الکترواستاتیکی و تشعشعی است (به ویژه، پتانسیل الکترواستاتیک فردی که در جلوی مانیتور نشسته می‌تواند از 3- تا 5+ ولت باشد). با توجه به اینکه رایانه‌های شخصی در حال حاضر به طور فعال در تمام بخش‌های فعالیت انسانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، تأثیر آنها بر سلامت انسان منوط به مطالعه و کنترل دقیق است.

ایستگاه های پخش تلویزیونی و رادیویی تعداد قابل توجهی از ایستگاه های پخش رادیویی و مراکز وابستگی های مختلف در حال حاضر در خاک روسیه قرار دارند. ایستگاه ها و مراکز انتقال در مناطق مشخص شده قرار دارند و می توانند مناطق نسبتاً وسیعی (تا 1000 هکتار) را اشغال کنند. در ساختار خود، آنها شامل یک یا چند ساختمان فنی می شوند که فرستنده های رادیویی در آن قرار دارند، و میدان های آنتنی که در آنها تا چندین ده سیستم تغذیه کننده آنتن (AFS) قرار دارد. هر سیستم شامل یک آنتن فرستنده و یک خط تغذیه است که سیگنال پخش را تامین می کند.

ارتباطات ماهواره ای سیستم های ارتباطی ماهواره ای شامل یک ایستگاه فرستنده روی زمین و رله ماهواره ها در مدار هستند. ایستگاه های فرستنده ارتباطات ماهواره ای یک پرتو موج با جهت باریک منتشر می کنند که چگالی شار انرژی آن به صدها وات بر متر می رسد. سیستم های ارتباطی ماهواره ای قدرت میدان الکترومغناطیسی بالایی را در فواصل قابل توجهی از آنتن ها ایجاد می کنند. به عنوان مثال، یک ایستگاه 225 کیلوواتی که در فرکانس 2.38 گیگاهرتز کار می کند، چگالی شار انرژی 2.8 W/m2 را در فاصله 100 کیلومتری ایجاد می کند. اتلاف انرژی نسبت به پرتو اصلی بسیار اندک است و بیشتر از همه در ناحیه ای که آنتن مستقیماً در آن قرار دارد رخ می دهد.

ارتباطات سلولی تلفن رادیویی سلولی یکی از سریع‌ترین سیستم‌های مخابراتی در حال توسعه است. عناصر اصلی یک سیستم ارتباط سلولی ایستگاه های پایه و تلفن های رادیویی سیار هستند. ایستگاه های پایه ارتباط رادیویی را با دستگاه های تلفن همراه حفظ می کنند، در نتیجه آنها منابع میدان های الکترومغناطیسی هستند. این سیستم از اصل تقسیم منطقه تحت پوشش به مناطق یا به اصطلاح "سلول ها" با شعاع کیلومتر استفاده می کند.

شدت تابش یک ایستگاه پایه با بار تعیین می شود، یعنی حضور صاحبان تلفن همراه در منطقه خدمات یک ایستگاه پایه خاص و تمایل آنها به استفاده از تلفن برای مکالمه، که به نوبه خود، اساساً بستگی به زمان روز، مکان ایستگاه، روز هفته و عوامل دیگر دارد. در شب، بار ایستگاه تقریبا صفر است. شدت تابش دستگاه های تلفن همراه تا حد زیادی به وضعیت کانال ارتباطی "تلفن رادیویی سیار - ایستگاه پایه" بستگی دارد (هر چه فاصله از ایستگاه پایه بیشتر باشد، شدت تابش دستگاه بیشتر می شود).

حمل و نقل الکتریکی حمل و نقل الکتریکی (ترولی بوس، تراموا، قطار مترو و غیره) منبع قدرتمند میدان الکترومغناطیسی در محدوده فرکانس هرتز است. در این مورد، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، نقش امیتر اصلی توسط موتور الکتریکی کششی ایفا می شود (برای ترولی بوس ها و ترامواها، پانتوگراف های هوایی از نظر شدت میدان الکتریکی ساطع شده با موتور الکتریکی رقابت می کنند).

تاسیسات رادار تاسیسات رادار و رادار معمولا دارای آنتن های بازتابنده ("ظروف") هستند و یک پرتو رادیویی با جهت باریکی ساطع می کنند. حرکت دوره ای آنتن در فضا منجر به تناوب فضایی تابش می شود. تناوب موقت تابش نیز مشاهده می شود که به دلیل عملکرد چرخه ای رادار بر روی تشعشع است. آنها در فرکانس های 500 مگاهرتز تا 15 گیگاهرتز کار می کنند، اما برخی از تاسیسات ویژه می توانند در فرکانس های تا 100 گیگاهرتز یا بیشتر کار کنند. به دلیل ماهیت خاص تابش، آنها می توانند مناطقی با چگالی شار انرژی بالا (100 W/m2 یا بیشتر) ایجاد کنند.

فلزیاب ها از نظر فنی، اصل کار یک فلزیاب بر روی پدیده ثبت یک میدان الکترومغناطیسی استوار است که در اطراف هر جسم فلزی هنگام قرار گرفتن در یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می شود. این میدان الکترومغناطیسی ثانویه هم از نظر شدت (قدرت میدان) و هم از نظر پارامترهای دیگر متفاوت است. این پارامترها به اندازه جسم و رسانایی آن (طلا و نقره رسانایی بسیار بهتری نسبت به مثلاً سرب دارند) و طبیعتاً به فاصله بین آنتن فلزیاب و خود جسم (عمق) بستگی دارد.

فناوری فوق ترکیب فلزیاب را تعیین می کند: از چهار بلوک اصلی تشکیل شده است: یک آنتن (گاهی آنتن های ساطع و گیرنده متفاوت است و گاهی اوقات همان آنتن است)، یک واحد پردازش الکترونیکی، یک واحد خروجی اطلاعات (بصری). - نمایشگر LCD یا نشانگر شماره گیری و صدا - بلندگو یا جک هدفون) و منبع تغذیه.

فلزیاب ها عبارتند از: بازرسی جستجو برای اهداف ساخت و ساز

جستجو این فلزیاب برای جستجوی انواع اجسام فلزی طراحی شده است. به عنوان یک قاعده، اینها بزرگترین مدل ها از نظر اندازه، هزینه و طبیعتاً از نظر عملکردهایی هستند که انجام می دهند. این به دلیل این واقعیت است که گاهی اوقات لازم است اجسامی را در عمق تا چندین متر در ضخامت زمین پیدا کنید. یک آنتن قدرتمند قادر است سطح بالایی از میدان الکترومغناطیسی ایجاد کند و حتی کوچکترین جریان ها را در اعماق زیاد با حساسیت بالا تشخیص دهد. به عنوان مثال، یک فلزیاب جستجو، یک سکه فلزی را در عمق 2-3 متری در ضخامت زمین تشخیص می دهد که حتی ممکن است حاوی ترکیبات زمین شناسی آهنی باشد.

جستجوگرها توسط سرویس‌های اطلاعاتی، مأموران گمرک و مأموران امنیتی سازمان‌های مختلف برای جستجوی اشیاء فلزی (سلاح‌ها، فلزات گرانبها، سیم‌های انفجاری و غیره) که بر روی بدن و لباس افراد پنهان شده‌اند استفاده می‌شوند. این فلزیاب ها با فشردگی، سهولت استفاده و وجود حالت هایی مانند لرزش بی صدا دسته (به طوری که شخص مورد جستجو متوجه نمی شود که کارمند جستجو چیزی پیدا کرده است) متمایز می شوند. محدوده تشخیص (عمق) سکه های روبل در چنین فلزیاب هایی به 10-15 سانتی متر می رسد.

همچنین فلزیاب های قوسی که از نظر ظاهری شبیه یک قوس هستند و نیاز به عبور از داخل آن دارند، بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. آنتن‌های بسیار حساس در امتداد دیواره‌های عمودی آن‌ها قرار گرفته‌اند که اجسام فلزی را در تمام سطوح رشد انسان تشخیص می‌دهند. معمولا در جلوی مکان های تفریحی فرهنگی، در بانک ها، موسسات و غیره نصب می شوند. ویژگی اصلی فلزیاب های قوسی، حساسیت بالا (قابل تنظیم) و سرعت بالای پردازش جریان افراد است.

برای اهداف ساخت و ساز این دسته از فلزیاب ها با استفاده از آلارم های صوتی و نوری، به سازندگان کمک می کند تا لوله های فلزی، عناصر سازه ای یا درایوهای واقع در ضخامت دیوارها و پشت پارتیشن ها و پانل های کاذب را پیدا کنند. برخی از فلزیاب ها برای اهداف ساختمانی اغلب در یک دستگاه با آشکارسازهای سازه چوبی، آشکارسازهای ولتاژ روی سیم های برق، نشتی یاب و غیره ترکیب می شوند.