ΑΚΗΗ 6: Nόμοσ του Faraday τόχοσ Θα μελετιςουμε εφαρμογζσ του νόμου του Faraday. Θεωρητικό υπόβαθρο F qv B, F mag Bmag I, emf NAB max, 1V 2 N2V1 N, P IV Εκτζλεςη τησ άςκηςησ - Ανοίξτε τον προςομοιωτι ςτθν άςκθςθ «Generator» - Επιλζξτε τισ επιλογζσ που δίνονται και εξοικειωκείτε με τισ δυνατότθτεσ του προςομοιωτι. Α. Ραβδόμορφοσ μαγνήτησ Ξεκινιςτε με τον ραβδόμορφο μαγνιτθ ( Bar Magnet ). Επιλζξτε See Inside και παρατθρείςτε τισ μαγνθτικζσ περιοχζσ ςτον μαγνιτθ και το μαγνθτικό πεδίο που δθμιουργοφν. Φτιάξτε ζνα διάγραμμα του μαγνιτθ. Κινιςτε τθν πυξίδα γφρω από τον μαγνιτθ. Τι ςυμβαίνει όταν θ πυξίδα κινείται ςτο μαγνθτικό πεδίο; 1
B. Πηνίο Τι ςυμβαίνει όταν ζνασ μαγνιτθσ κινείται διαμζςου ενόσ πθνίου ςτο οποίο μποροφν να κινοφνται τα θλεκτρόνια. Ραρατθρείςτε τθν φωτεινότθτα του φωτόσ (ζνταςθ ρεφματοσ) όταν αλλάηει: ο αρικμόσ των ςπειρϊν: ο ρυκμόσ κίνθςθσ του μαγνιτθ: θ επιφάνεια των ςπειρϊν του πθνίου : θ πολικότθτα του κινοφμενου μαγνιτθ: Γ. Ηλεκτρομαγνήτησ Οπωσ θ μεταβολι του μαγνθτικοφ πεδίου (από ζναν μαγνιτθ που κινείται ςε ζνα πθνίο) προκαλεί τθν κίνθςθ θλεκτρονίων, κινοφμενα θλεκτρόνια μποροφν να προκαλζςουν μαγνθτικά πεδία. Διερευνείςτε πϊσ μποροφν να επθρεάςουν οι ιδιότθτεσ ενόσ θλεκτρομαγνιτθ το μαγνθτικό πεδίο που δθμιουργείται. Δ. Μεταςχηματιςτήσ Σε ζναν μεταςχθματιςτι, κινοφμενα θλεκτρόνια ςε ζνα πθνίο μποροφν να δθμιουργιςουν ζνα μαγνθτικό πεδίο. Πταν το μαγνθτικό πεδίο που δθμιουργείται αλλθλεπιδρά με ζνα δευτερεφον πθνίο, προκαλοφν κίνθςθ των θλεκτρονίων ςε αυτό. Αφοφ το πρωτεφον πθνίο ζχει 4 ςπείρεσ και το δευτερεφον ζχει 1-3 ςπείρεσ, πρόκειται για ζναν μεταςχθματιςτι υποβάκμιςθσ τάςθσ. Αφοφ ιςχφει ότι αυξάνεται ϊςτε θ ιςχφσ να παραμζνει ςτακερι. P IV, όταν θ τάςθ ελαττϊνεται, το ρεφμα 2
Διερευνείςτε πωσ οι ιδιότθτεσ του δευτερεφοντοσ πθνίου επθρεάηουν το ρεφμα ςτο δευτερεφον πθνίο. Ρλθςιάςτε και απομακρφνετε το πρωτεφον πθνίο ωσ προσ το δευτερεφον πθνίο. Αλλάξτε το πρωτεφον πθνίο ςε AC. Τι ςυμβαίνει; Με το πρωτεφον πθνίο ςε DC, αυξομειϊςτε τθν τάςθ. Τι ςυμβαίνει; Ε. Ηλεκτρογεννήτρια Σε μία θλεκτρογεννιτρια, μία εξωτερικι πθγι μθχανικισ κίνθςθσ παρζχει τθν ενζργεια για να κινθκεί ζνασ μαγνιτθσ ςε ζνα μαγνθτικό πεδίο. Η θλεκτρογεννιτρια δουλεφει όπωσ ο κινοφμενοσ μαγνιτθσ ςε ζνα μαγνθτικό πεδίο. Επιλζξτε «Show Field» και παρατθρείςτε το κινοφμενο μαγνθτικό πεδίο. Διερευνείςτε τα αποτελζςματα των μεταβολϊν που μπορείτε να κάνετε. 3
Περίληψη: Ο νόμοσ του Lenz λζει ότι θ επαγόμενθ ΗΕΔ αντιτίκεται ςτθν μεταβολι του μαγνθτικοφ πεδίου. Φανταςτείτε ότι γυρίηετε ζναν νερόμυλο με το χζρι για να δθμιουργιςετε ρεφμα. Θα αντιςτακεί ο μφλοσ ςτθν κίνθςθ; Πςο προςπακοφςατε περιςςότερο να κινιςετε τον μφλο, παρατθριςατε να μεταβάλλεται ι φωτεινότθτα τθσ λάμπασ; Ρωσ εφαρμόηεται ςτθν γεννιτρια θ αρχι τθσ διατιρθςθσ τθσ ενζργειασ; Ο νόμοσ του Faraday μπορεί να ςυνοψιςτεί ςτθν μακθματικι ζκφραςθ: Ονοματείςτε τισ μεταβλθτζσ που επθρεάηουν τθν ΗΕΔ emfmax NAB. N = A = B = ω = Τζλοσ, οι μεταςχθματιςτζσ χαρακτθρίηονται από τον λόγο του αρικμοφ των ςπειρϊν του πρωτεφοντοσ πθνίου προσ τον αρικμό των ςπειρϊν του δευτερεφοντοσ πθνίου. Ζνασ μεταςχθματιςτισ με 500 ςπείρεσ ςτο πρωτεφον και 1000 ςπείρεσ ςτο δευτερεφον είναι ζνασ 2:1 μεταςχθματιςτισ αναβάκμιςθσ τάςθσ που κα διπλαςιάςει τθν τάςθ ειςόδου. Ραράγεται ζτςι ενζργεια ι ςυνοδεφεται αυτι θ αναβάκμιςθ με μία υποβάκμιςθ; 4
υμπζραςματα και επεξεργαςία: 1. Πταν διπλαςιάηεται ο αρικμόσ των ςπειρϊν γφρω από ζναν κινοφμενο μαγνιτθ, θ παραγόμενθ ΗΕΔ 2. Αν θ επιφάνεια μίασ ςπείρασ ενόσ πθνίου γφρω από ζναν κινοφμενο μαγνιτθ διπλαςιαςτεί, θ παραγόμενθ ΗΕΔ 3. Αν θ ταχφτθτα ενόσ κινοφμενου μαγνιτθ διαμζςου μίασ ςπείρασ διπλαςιαςτεί, θ παραγόμενθ ΗΕΔ 4. Αν αντιςταφεί θ πολικότθτα ενόσ μαγνιτθ κινοφμενου δια μζςου ενόσ πθνίου, θ ΗΕΔ 5. Πςο αυξάνεται το ρεφμα ςε ζνα πθνίο θλεκτρομαγνιτθ, θ ιςχφσ του παραγόμενου μαγνθτικοφ πεδίου 6. Ζνασ DC θλεκτρομαγνιτθσ παράγει ζνα μεταβαλλόμενο/ ςτακερό μαγνθτικό πεδίο και ζνασ AC θλεκτρομαγνιτθσ παράγει ζνα μεταβαλλόμενο/ςτακερό μαγνθτικό πεδίο. 7. Σε ζναν μεταςχθματιςτι ανφψωςθσ τάςθσ, υποβακμίηεται... 8. Η ιςχφσ εξόδου ενόσ μεταςχθματιςτι είναι μικρότερθ/μεγαλφτερθ/ίδια με τθν ιςχφ ειςόδου του μεταςχθματιςτι. 9. 9.0 volt εφαρμόηονται ςε ζναν μεταςχθματιςτι με 10 ςπείρεσ ςτο πρωτεφον πθνίο και 30 ςπείρεσ ςτο δευερεφον πθνίο. Η τάςθ ςτα άκρα του δευτερεφοντοσ πθνίου κα είναι... 10. Η ιςχφσ εξόδου ενόσ μεταςχθματιςτι είναι 100 W. Η τάςθ ειςόδου είναι 25V. Ροιόσ είναι ο λόγοσ μετατροπισ του μεταςχθματιςτι αν το ρεφμα ειςόδου είναι 1.0 A;... 5