- İnduksiya cərəyanının yaranma şərtini söyləmək və EHQ-ni E = nΔΦ/Δt və E = BLv ilə hesablamaq.
- İnduksiya cərəyanının istiqamətini Lens qaydası və sağ əl qaydası ilə tapmaq.
- Relslər üzərində çubuq məsələlərini həll etmək: cərəyan, Amper qüvvəsi, son sürət və istilik.
- Öz-induksiyanı keyfiyyətcə izah etmək, generator və transformator üçün Eₘ = nBSω və U₁/U₂ = n₁/n₂ düsturlarını tətbiq etmək.
Maqnitli fənəri silkələyirsən və o, batareyasız yanır; telefonu simsiz şarj cihazının üstünə qoyursan və batareya kabelsiz dolur. Hər ikisi Maykl Faradeyin 1831-ci il kəşfinə əsaslanır: dəyişən maqnit sahəsi elektrik cərəyanı yaradır. «Maqnit sahəsi: Amper və Lorens qüvvələri» dərsində sahədəki cərəyana qüvvə təsir edirdi; burada isə hərəkət və dəyişən sahə cərəyan yaradır. Bu mövzuda CSCA demək olar ki, həmişə iki şeyi soruşur: sel nə qədər sürətlə dəyişir (EHQ-nin qiyməti) və hansı istiqamətdə (cərəyanın istiqaməti).
İnduksiyanın şərti və Faradey qanunu
Əvvəlki dərsdən maqnit selini xatırlayaq: Φ = BS cos θ, burada θ — B ilə konturun müstəvisinə çəkilmiş normal arasındakı bucaqdır; 1 Vb (veber) = 1 Tl · m². Sadə desək, Φ konturdan keçən qüvvə xətlərini sayır. Çin dərsliklərində EHQ E, bir çox ingilisdilli kitabda ε ilə işarə olunur — kəmiyyət eynidir.
Konturdan keçən maqnit seli dəyişəndə konturda EHQ-nin yaranması. Kontur qapalıdırsa, bu EHQ induksiya cərəyanı yaradır. Şərt belədir: qapalı kontur və dəyişən sel; güclü, amma sabit sahə cərəyan yaratmır.
- B dəyişir: maqnit sarğaca yaxınlaşır və ya uzaqlaşır; yaxındakı sarğacda cərəyan qoşulur və ya açılır.
- S dəyişir: çubuq relslər üzrə sürüşür və kontur böyüyür və ya kiçilir; kontur sahə oblastına daxil olur və ya oradan çıxır.
- θ dəyişir: sarğac sahədə fırlanır — generator belə işləyir.
Cərəyan yaranmır: kontur bircinsli sahənin tam içində fırlanmadan hərəkət edir (naqillər qüvvə xətlərini «kəssə» də, Φ dəyişmir); kontur B-yə paralel ox ətrafında fırlanır; dövrə açıqdır — bu halda EHQ var, cərəyan yoxdur.
Qapalı düzbucaqlı məftil çərçivə müstəvisinə perpendikulyar olan bircinsli maqnit sahəsindədir. Hansı halda çərçivədə cərəyan yaranır?
A) Çərçivə sahədən çıxmadan sağa hərəkət edir.
B) Çərçivə qüvvə xətləri boyunca, öz müstəvisinə perpendikulyar hərəkət edir.
C) Çərçivə tərəflərindən biri ətrafında fırladılır.
D) Çərçivə sükunətdədir və sahə sabit qalır.
Həllini göstərHəllini gizlət
- Einduksiya EHQ-si (Δt müddətində orta qiymət), V
- nsarğıların sayı
- ΔΦ = Φ₂ − Φ₁bir sarğıdan keçən selin dəyişməsi, Vb
- Δtdəyişmə müddəti, s
Faradey qanunu (法拉第电磁感应定律): EHQ selin özünə deyil, onun dəyişmə sürətinə mütənasibdir (1 Vb/s = 1 V). Φ–t qrafikində EHQ qrafikin bucaq əmsalına bərabərdir.
1) Sahəsi 0,02 m² olan 100 sarğılı sarğac induksiyası 0,2 s ərzində 0,1 Tl-dən 0,5 Tl-ə qədər bərabər artan sahəyə perpendikulyardır. EHQ-ni tapın.
2) Tərəfi 0,1 m olan 20 sarğılı kvadrat sarğac 0,6 Tl-lik sahəyə perpendikulyardır; 0,05 s ərzində 90° döndərilir və müstəvisi B-yə paralel olur. Orta EHQ-ni tapın.
3) Tək konturdan keçən sel ilk 0,3 s ərzində 0-dan 0,03 Vb-yə qədər bərabər artır, sonra sabit qalır. Hər iki intervalda EHQ-ni tapın.
Həllini göstərHəllini gizlət
2) Φ₁ = BS = 0,6 · 0,01 = 6 · 10⁻³ Vb, Φ₂ = 0; E = 20 · 6 · 10⁻³/0,05 = 2,4 V.
3) EHQ Φ(t) qrafikinin bucaq əmsalıdır: 0–0,3 s üçün 0,03/0,3 = 0,1 V, sonra isə 0 — Φ böyükdür, amma dəyişmir.
İstiqamət: Lens qaydası, sağ əl qaydası və E = BLv
İnduksiya cərəyanı həmişə elə istiqamətdə axır ki, onun öz maqnit sahəsi bu cərəyanı yaradan sel dəyişməsinə mane olur. O, dəyişməni ləngidir (阻碍), amma dayandıra bilmir.
Lens qaydası enerjinin saxlanmasının nəticəsidir: induksiya cərəyanı dəyişməyə kömək etsəydi, sarğaca itələnən maqnit getdikcə sürətlə içəri çəkilər, enerji yoxdan yaranardı. Ona görə yaxınlaşan maqnit itələnir, uzaqlaşan maqnit cəzb olunur (saxlanılır), sənin gördüyün iş isə elektrik enerjisinə çevrilir.
- 1İlkin sahə
İlkin B sahəsi konturdan hansı istiqamətdə keçir və sel artır, yoxsa azalır?
- 2İnduksiya sahəsi
Sel artırsa, induksiya cərəyanının sahəsi B-yə əks yönəlir; sel azalırsa, B ilə eyni istiqamətdə yönəlir.
- 3Cərəyan
Burğu qaydası (sağ əlin qucaqlama qaydası, 安培定则): baş barmağı konturun içindəki induksiya sahəsi boyunca yönəlt — bükülmüş barmaqlar cərəyanın istiqamətini göstərir.
- 4Yoxlama
Yaxınlaşan maqnit → itələnmə; uzaqlaşan maqnit → cəzbetmə. Cavabın maqniti sürətləndirirsə, harada isə istiqamət səhvi var.
Zolaqvari maqnitin N qütbü sapdan asılmış yüngül alüminium halqaya tərəf sürətlə hərəkət etdirilir; maqnit halqanın oxu boyunca hərəkət edir. Maqnit tərəfdən baxdıqda hansı fikir doğrudur?
A) İnduksiya cərəyanı saat əqrəbi istiqamətindədir, halqa cəzb olunur.
B) İnduksiya cərəyanı saat əqrəbinin əksinədir, halqa itələnir.
C) İnduksiya cərəyanı saat əqrəbi istiqamətindədir, halqa itələnir.
D) Cərəyan yaranmır, çünki alüminium maqnit xassəli deyil.
Həllini göstərHəllini gizlət
增反减同-yə görə induksiya sahəsi maqnitə tərəf yönəlir: halqanın yaxın üzü N qütbü olur və halqa itələnir (来拒). Müşahidəçiyə tərəf yönələn sahəni saat əqrəbinin əksinə axan cərəyan yaradır → B. A itələnməni unudur; C burğu qaydasını tərsinə tətbiq edir; D cəlbedicidir, amma istənilən naqildə induksiya cərəyanı yaranır — metalın maqnit xassələri rol oynamır.Düz naqil sahəni kəsərək hərəkət etdikdə Lorens qüvvəsi onun sərbəst yüklərini naqil boyunca itələyir və naqilin özü EHQ mənbəyinə çevrilir. Uzunluğu L olan çubuq v sürəti ilə hərəkət edirsə və B, L, v qarşılıqlı perpendikulyardırsa:
- Bmaqnit induksiyası, Tl
- Lçubuğun sahədəki uzunluğu (v-yə perpendikulyar), m
- vçubuğun sürəti, m/s
- αv ilə B arasındakı bucaq: sürətin yalnız B-yə perpendikulyar toplananı rol oynayır
İstiqamət sağ əl qaydası ilə tapılır (右手定则): qüvvə xətləri ovuca daxil olur, baş barmaq v boyunca yönəlir, dörd barmaq çubuqdakı cərəyanı göstərir. Çubuq mənbədir, ona görə barmaqlar onun potensialı yüksək ucunu göstərir (mənbənin içində cərəyan −-dan +-a axır).
1) 0,4 m uzunluqlu çubuq 0,5 Tl-lik sahəyə perpendikulyar olaraq 5 m/s sürətlə hərəkət edir. EHQ-ni tapın.
2) Həmin çubuq qüvvə xətləri ilə 30° bucaq altında 5 m/s sürətlə hərəkət edir. EHQ-ni tapın.
3) Qanadlarının uzunluğu 40 m olan təyyarə Yerin maqnit sahəsinin şaquli toplananının 5 · 10⁻⁵ Tl olduğu yerdə 250 m/s sürətlə üfüqi uçur. Qanadların ucları arasındakı EHQ-ni tapın.
Həllini göstərHəllini gizlət
2) Sürətin yalnız B-yə perpendikulyar toplananı rol oynayır: E = BLv sin 30° = 1 · 0,5 = 0,5 V.
3) Üfüqi uçan üfüqi qanadlar yalnız şaquli toplananı kəsir: E = 5 · 10⁻⁵ · 40 · 250 = 0,5 V. Qanaddan cərəyan keçmir (dövrə qapalı deyil), lakin qanad uclarının potensialları fərqlidir.
Relslər üzərində çubuq: qüvvə, son sürət və istilik
CSCA-nın sevimli quruluşu: aralarındakı məsafə L olan iki hamar paralel rels R rezistoru ilə birləşdirilib; onların üzərində müqaviməti r olan çubuq yerləşir; bircinsli B sahəsi relslərin müstəvisinə perpendikulyardır. Hərəkət edən çubuq mənbədir. Ondakı cərəyana Amper qüvvəsi təsir edir («Maqnit sahəsi: Amper və Lorens qüvvələri» dərsinə bax) və Lens qaydasına görə bu qüvvə çubuğu həmişə tormozlayır.
- R, rxarici müqavimət və çubuğun müqaviməti, Om
- FAçubuğa təsir edən Amper qüvvəsi (安培力), v-yə əks yönəlib, N
- Fsabit dartıcı qüvvə (şaquli relslərdə F = mg, mail relslərdə F = mg sin θ), N
- vmaxson (maksimal) sürət: F = FA olduqda alınır, m/s
Tormozlayıcı qüvvə sürətlə artır, ona görə çubuğun təcili qüvvələr tarazlaşana qədər azalır; sonra çubuq vmax sürəti ilə bərabərsürətli hərəkət edir.
Enerji: Amper qüvvəsinə qarşı görülən iş elektrik enerjisinə, o da istiliyə çevrilir. Son sürətdə dartıcı qüvvə məhz elektrik gücünü təmin edir: Fvmax = I²(R + r). Çubuq öz-özünə sürüşüb dayanırsa, onun bütün kinetik enerjisi istiliyə çevrilir və R ilə r arasında R : r nisbətində bölünür (cərəyan eynidir, ardıcıl dövrə).
Relslər arasındakı məsafə L = 0,5 m, B = 0,4 Tl, R = 0,3 Om, çubuğun müqaviməti r = 0,1 Om, sürtünmə yoxdur.
1) Çubuq 4 m/s sürətlə hərəkət edir. Cərəyan şiddətini, Amper qüvvəsini və relslər arasındakı gərginliyi tapın.
2) 0,2 N-luq sabit qüvvə çubuğu sükunətdən dartır. Son sürəti tapın.
3) 4 m/s sürətdə dartıcı qüvvə götürülür və çubuq (kütləsi 0,1 kq) sürüşüb dayanır. R-də nə qədər istilik ayrılır?
Həllini göstərHəllini gizlət
2) vmax = F(R + r)/(B²L²) = 0,2 · 0,4/(0,16 · 0,25) = 2 m/s. Yoxlama: 2 m/s-də I = 1 A və FA = 0,2 N = F.
3) ½mv² = ½ · 0,1 · 16 = 0,8 C enerjinin hamısı istiliyə çevrilir; R-in payı R/(R + r) = 3/4-dür: 0,6 C.
Kütləsi 0,02 kq, uzunluğu 0,5 m olan üfüqi çubuq yuxarıdan 2 Om-luq rezistorla birləşdirilmiş iki uzun şaquli rels boyunca sürtünməsiz sürüşür; digər müqavimətlər nəzərə alınmır. 0,4 Tl-lik bircinsli üfüqi sahə relslərin müstəvisinə perpendikulyardır (g = 10 m/s²). Çubuğun maksimal sürəti nə qədərdir?
A) 2 m/s B) 2,5 m/s C) 5 m/s D) 10 m/s
Həllini göstərHəllini gizlət
Öz-induksiya, dəyişən cərəyan generatoru və transformator
Sarğacda cərəyan dəyişəndə onun öz maqnit seli də dəyişir və elə həmin sarğacda cərəyanın dəyişməsinə mane olan EHQ yaranır. Dövrə qapananda sarğacla ardıcıl qoşulmuş lampa tədricən yanır; dövrə açılanda sarğac cərəyanı saxlamağa çalışır, ona görə ona paralel qoşulmuş lampa sönməzdən əvvəl bir anlıq parlaya, açarda isə qığılcım yarana bilər. Sarğıların sayı çox olduqca və polad içlik olduqda effekt güclənir (induktivlik L böyükdür, vahidi henri, Hn).
Bircinsli B sahəsində ω bucaq sürəti ilə fırlanan, n sarğılı və S sahəli sarğac dəyişən EHQ yaradır. Vaxtı neytral müstəvidən (中性面) — sarğacın B-yə perpendikulyar olduğu vəziyyətdən hesablayaq: burada sel maksimaldır, lakin ən yavaş dəyişir, ona görə EHQ sıfırdır. Dörddə bir dövr sonra sarğacın müstəvisi B-yə paralel olur: sel sıfırdır, lakin ən sürətlə dəyişir və EHQ maksimaldır.
- eEHQ-nin ani qiyməti, V
- EₘEHQ-nin maksimal (amplitud) qiyməti, V
- ω = 2πfsarğacın bucaq sürəti, rad/s (f — tezlik, Hs)
- Etəsiredici qiymət (有效值), V
Vaxt neytral müstəvidən hesablanır. Çində məişət şəbəkəsinin gərginliyi 220 V, tezliyi 50 Hs-dir: bu, təsiredici qiymətdir, amplitud isə 220√2 ≈ 311 V-dur.
Sahəsi 0,02 m² olan 100 sarğılı sarğac 0,2 Tl-lik sahədə ω = 50 rad/s bucaq sürəti ilə fırlanır; t = 0 anında neytral müstəvidədir.
1) EHQ-nin maksimal qiymətini tapın və e(t)-ni yazın.
2) Fırlanma sürəti iki dəfə artırılır. Maksimal EHQ və tezlik necə dəyişir?
3) 1)-dəki EHQ-nin təsiredici qiymətini tapın.
Həllini göstərHəllini gizlət
2) Eₘ ∝ ω və f = ω/2π: hər ikisi iki dəfə artır (amplitud 40 V).
3) E = Eₘ/√2 = 20/√2 = 10√2 V ≈ 14 V.
Transformator bir polad içlik üzərində iki sarğacdır. Birinci dolaqdakı dəyişən cərəyan dəyişən maqnit seli yaradır; bu sel ikinci dolaqdan da keçir və orada EHQ induksiya edir. Hər iki dolağın hər sarğısına eyni ΔΦ/Δt düşür, ona görə gərginliklər sarğıların sayı kimi nisbətdədir. Sabit cərəyanda sel dəyişmir və ikinci dolaqda gərginlik ümumiyyətlə olmur.
- U₁, n₁birinci dolağın gərginliyi və sarğılarının sayı (原线圈)
- U₂, n₂ikinci dolaq üçün eyni kəmiyyətlər (副线圈)
- I₁, I₂birinci və ikinci dolaqlardakı cərəyan şiddətləri
İdeal transformator (itki yoxdur): daxil olan güc = çıxan güc, ona görə gərginlik artırılanda cərəyan azalır. Yük həlledicidir: birinci dolaqdakı cərəyanı ikinci dolağa qoşulan yük təyin edir.
Transformatorun birinci dolağında 1100, ikinci dolağında 50 sarğı var; birinci dolaq 220 V-luq dəyişən cərəyan şəbəkəsinə qoşulub.
1) İkinci dolaqdakı gərginliyi tapın.
2) İkinci dolağa 10 Om-luq rezistor qoşulur. Hər iki dolaqdakı cərəyan şiddətini tapın.
3) Birinci dolaq bunun əvəzinə 12 V-luq akkumulyatora qoşulur. İkinci dolaqdakı gərginlik nə qədərdir?
Həllini göstərHəllini gizlət
2) I₂ = 10/10 = 1 A; P₁ = P₂ = 10 Vt ⇒ I₁ = 10/220 = 1/22 A ≈ 0,045 A (I₂n₂/n₁ ilə eyni).
3) 0 V: akkumulyator sabit cərəyan verir, içlikdəki sel dəyişmir və heç nə induksiya olunmur.
İdeal transformator 220 V-u 11 V-a endirərək üzərində «11 V, 22 Vt» yazılmış lampanı qidalandırır; lampa normal işləyir. Sarğıların sayının nisbəti n₁ : n₂ və birinci dolaqdakı cərəyan nə qədərdir?
A) 20 : 1 və 0,1 A B) 20 : 1 və 2 A C) 1 : 20 və 0,1 A D) 20 : 1 və 40 A
Həllini göstərHəllini gizlət
CSCA bu mövzunu necə soruşur
Test ingilis və ya Çin dilində verilir, ona görə əsas terminləri hər iki dildə tanı:
| Termin (ingiliscə) | 中文 | Pinyin |
|---|---|---|
| elektromaqnit induksiyası — electromagnetic induction | 电磁感应 | diàncí gǎnyìng |
| maqnit seli — magnetic flux | 磁通量 | cítōngliàng |
| induksiya cərəyanı — induced current | 感应电流 | gǎnyìng diànliú |
| induksiya EHQ-si — induced electromotive force | 感应电动势 | gǎnyìng diàndòngshì |
| Faradey qanunu — Faraday's law | 法拉第电磁感应定律 | Fǎlādì diàncí gǎnyìng dìnglǜ |
| Lens qaydası — Lenz's law | 楞次定律 | Léngcì dìnglǜ |
| sağ əl qaydası — right-hand rule | 右手定则 | yòushǒu dìngzé |
| Amper qüvvəsi — Ampère force | 安培力 | ānpéilì |
| öz-induksiya — self-induction | 自感 | zìgǎn |
| dəyişən cərəyan — alternating current | 交变电流 | jiāobiàn diànliú |
| neytral müstəvi — neutral plane | 中性面 | zhōngxìngmiàn |
| təsiredici qiymət — effective (rms) value | 有效值 | yǒuxiàozhí |
| transformator — transformer | 变压器 | biànyāqì |
| birinci / ikinci dolaq — primary / secondary coil | 原线圈 / 副线圈 | yuán xiànquān / fù xiànquān |
- «Hansı halda cərəyan yaranır?» — yalnız Φ-nin dəyişib-dəyişmədiyini yoxla (B, S və ya θ); hərəkətin özü heç nəyi sübut etmir.
- İstiqamət (maqnit və halqa və ya sarğac, qonşu konturda cərəyanın qoşulması):
增反减同,来拒去留— təxminən 15 saniyə. - B–t və ya Φ–t qrafiki: EHQ qrafikin bucaq əmsalıdır; üfüqi hissədə B böyük olsa da EHQ sıfırdır; modulca bərabər, işarəcə əks meyllər bərabər, lakin əks istiqamətli EHQ deməkdir.
- Relslər üzərində çubuq: E = BLv, I = E/(R + r), FA = B²L²v/(R + r); son sürət «qüvvə = Amper qüvvəsi» şərtindən, istilik enerjinin saxlanmasından.
- Generator və transformator: Eₘ = nBSω, neytral müstəvi ↔ sıfır EHQ; U₁/U₂ = n₁/n₂, P₁ = P₂, akkumulyator ikinci dolaqda 0 V verir.
Əsas fikirlər
- İnduksiya cərəyanı üçün qapalı kontur və dəyişən sel Φ = BS cos θ lazımdır (B, S və ya θ dəyişir).
- Faradey: E = nΔΦ/Δt — EHQ Φ–t qrafikinin bucaq əmsalıdır; keçən yük q = nΔΦ/R zamandan asılı deyil.
- Lens: induksiya cərəyanı dəyişməyə mane olur (增反减同, 来拒去留); hərəkət edən çubuq: E = BLv, istiqamət sağ əl qaydası ilə.
- Relslərdə çubuq: FA = B²L²v/(R + r) tormozlayır; son sürət F = FA şərtindən; itən kinetik enerji istiliyə çevrilir və R : r nisbətində bölünür.
- Öz-induksiya cərəyanın dəyişməsinə mane olur; generator: e = Eₘ sin ωt, Eₘ = nBSω; transformator: U₁/U₂ = n₁/n₂, P₁ = P₂, yalnız dəyişən cərəyanda işləyir.
Özünü yoxla
12 sual. Hər düzgün cavab XP qazandırır.
Mövzu testi: 20 sual · 25 dəq
Dərsi bitirdin? Bu mövzu üzrə vaxtlı testlə biliyini yoxla.