5. Законы фарадея-максвелла и их использование для объяснения работы различных электромагнитных аппаратов.

Работу электромагнитных цепей, обычно, поясняют используя законы электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла и Ампера. Закон электромагнитной индукции в формулировке Фарадея записывается следующим образом: e=-dP/dt где dP магнитное значение магнитного потока в постоянном токе электрического поля: е=-dψ/dt=-WdФ/dt. На концах катушки, число витков W, возникает ЭДС индукции. Пропорциональное скорости изменения потока сцепления пронизывающего данную катушку e=BlVsin(BV), ψ=W*Ф.

e₁=Em*sin(wt), e₂=0, w=2*π*φ

Если в однородном магн. поле равномерно вращается рамка, то в ней возникает переменная ЭДС. (Генератор). Если по рамке, помещенной в магнитном поле пропускать электрический ток то на нее будет действовать вращающий момент M=pmB и рамка начнет вращаться. Принцип работы электрических двигателей.

Закон Ампера

Поясняет взаимное преобразование электроэнергии в механич. Он установил связь между магнитным полем и проводником с эл. током В этом случае со стороны магнитного поля действует сила на проводник, величина которой определяется выражением

F=B*I*L*sin(Bl) Направление силы определяется по правилу левой руки.

Вывод. Для превращения электроэнергии в механическую необходимо наличие выполнения 2-х условий:

Наличие магнитного поля.

Проводника с током

С помощью закона ампера поясняется принцип действия электродвигателей.

Если нагрузка несимметрична и соединяется по схеме Y то токи в фазах не равны, следовательно, падения напряжений в фазах не одинаково что приводит к перекосу фазных напряжений, т.е. . Это сильно влияет на работу нагрузки и потребители могут выходить из строя, для того чтобы этого не случилось при несимметричной нагрузке обязательно используют 0-й или нейтральный провод, который соединяет нулевые точки потребителей и генераторов или трансформаторов.

В полупроводниковых диодах используется схема p-n перехода, а так же других электрических переходов хорошо проводить электрический ток в одном направлении и плохо – в противоположном. Эти токи и соответствующие им напряжение между выводами диода называются прямым и обратным токами, прямым и обратным напряжениями. По функциональному назначению п.д. делятся на выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды, светоизлучающие диоды и т.д.

Выпрямительные – предназначены для преобразования переменного тока в постоянный и выполняются по сплавной или диффузионной технологии.

Прямой ток направлен от анодного к катодному выводу. Нагрузочную способность выпрямительного диода определяют: допустимый прямой ток и соответствующее ему напряжение, допустимое обратное напряжение и соответствующий ему обратный ток, допустимая мощность рассеивания и допустимая температура окружающей среды.

Импульсные диоды предназначены для работы в цепях формирования импульсов напряжения и тока.

Стабилитроны называемые опорными диодами предназначены для стабилизации напряжения. В этих д. используется явление неразрушаемого электрического прибояp-n переходя при определенных значениях обратного напряжения Uобр=Uпроб. На рисунке приведена простейшая схема стабилизатора на приемнике с сопротивлением нагрузки r_н.

При изменении напряжения между входными и выводами стабилизатора Uвх>Uпроб*(r_н+r)/r_н Напряжение между выходными и выводами примерно равно.

Биполярные транзисторы

Работа б.т. основана на близко расположенных p-n переходов. Различают плоскостные и точечные б.т. Переходы в точечных б.т. имеют малую площадь и аналогичны точечным диодам.

Плоскостной б.т. представляет собой трехслойную структуру типа n-p-n и типа p-n-p.

Средний слой б,т. – база. Один крайний слой – коллектор, второй – эмиттер. Каждый слой имеет вывод при помощи которого транзистор включается в цепь.

Б.т. работает в 4 режимах:

• активный режим эмиттер – база в прямом направлении, коллектор – база – в обратном.

• инверсный режим, эмиттер-база – в обр напр, коллектор – база – в прямом.

• режим отсечки оба – в обр. направлении.

• режим насыщения – оба в прямом.

Полевые транзисторы:

Различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом –

Наибольшего абсолютного значения напряжение достигает у стока где перекрытие канала будет максимальным.

6. ЯВЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ, САМОИНДУКЦИИ И ИХ ПРИМЕРЫ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.     Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку. При замыкании ключа лампочка 2, включенная через катушку, загорается позже лампочки 1. Это происходит потому, что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.      Для самоиндукции выполняется установленный опытным путем закон: ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике ε=L∆I/t. Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность — это величина, равная ЭДС самоиндукции при скорости изменения тока в проводнике 1 А/с. Единица индуктивности — генри (Гн). 1 Гн = 1 В * с/А. 1 генри — это индуктивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт при скорости изменения тока 1 А/с. Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, размеров и формы катушки и числа витков в ней. При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки. Энергия магнитного поля находится по формуле W_M=LI²/2. Энергия магнитного поля зависит от индуктивности проводника и силы тока в нем. Эта энергия может переходить в энергию электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным полем, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т. е. переменные электрическое и магнитное поля не могут существовать друг без друга. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. Явление электромагнитной индукции используется, прежде всего, для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели применяются генераторы переменного тока (индукционные генераторы).    

Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле или движущемся в постоянном магнитном поле, называется электромагнитной индукцией. Согласно, закону электромагнитной индукции. ЭДС индукции, в замкнутом проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром: ε_i=-dФ/dt. Знак минус отражает правило Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь замкнутый проводящий контур в последнем возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока. Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным полем. В отличие от электростатического поля вихревое электрическое поле является не потенциальным, его силовые линии всегда замкнуты, подобно силовым линиям магнитного поля. Частным случаем явления электромагнитной индукции является самоиндукция. Самоиндукция – это возникновение ЭДС в проводящем контуре при изменении в нем силы тока: ε_s=-L(dI/dt) где L – индуктивность (коэффициент самоиндукции), зависящая от геометрической формы, размеров контура и магнитных свойств среды, в которой он находится. Явление электромагнитной индукции и его частные случаи широко применяются в электротехнике. Для преобразования механической энергии в энергию электрического тока используются синхронные генераторы. Для повышения или понижения напряжения переменного тока применяются трансформаторы. Использование трансформаторов позволяет экономично передавать электроэнергию от электрических станций к узлам потребления.