Формула(1)генерацииЭДСявляетсобойярчайшийпримертого,какматематическаясхоластикаполностьюподменилафизическуюсутьявления.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
НАПРЯЖЕНИЕ
Приознакомлениисучебникамиикнигамипоэлектротехникеможнообратитьвнимание,чтопрактическиполностьюотсутствуетподробноеописаниепроцессов,происходящихврежимехолостогохода(ХХ)электрогенератора.Этотрежимсчитаетсянезаслуживающимвнимания,иавторысразупереходяткописаниюрежимаработыподнагрузкой.
Всемоделигенераторовможнопривестикодноймодели–вращениерамкивмагнитномполе.Анализируяпредставленныенижерисунки,судивлениемобнаружим,чтонетрисункавращающейсярамкибезнагрузки.Ичтоснейпроисходит?Посемупроведёмподробноерассмотрениеявлений,которыепроисходятпривращениирамкивмагнитномполеврежимеХХ.
Сначаларассмотримдиаграммуобщепринятогопринципаработыгенератора,каквсегдаснагрузкой,другихнет,рис.5.Ивоттутначинаетсясамоеинтересное.
Рис.1
Повсемусловиямрамкавращаетсяводнородноммагнитномполе(В=const),спостояннойугловойскоростьюω=const.Т.е.,изначальныеусловияпостоянныинеизменны.
НадиаграммеЭДСЕестьточкиа,в,двкоторыхЕравна0,приэтомсамарамканаходитсяперпендикулярномагнитномупотоку.Втакомположении,площадьвзаимодействиясмагнитнымпотоком,ограниченнаярамкой,-максимальна.Однако,вэтихточкахЭДСЕ=0.
Почемувточкаха,в,дЭДСЕ=0?Магнитныйпоток,пронизывающийрамку,постоянен,массаиобъёмматериалапроводникарамкипостоянны,оборотырамкипостоянны.Т.е.,всеосновныеэлементысистемыпостоянныинеизменнывтечениевсегопроцесса,аЭДСвточкаха,в,дЕ=0.Этопримаксимальнойплощадиповерхности,ограниченнойрамкой,пронизываемоймагнитнымпотоком?
|
|
|
ДляначалапроанализируемформулуЭДС:
Е=Blυsinωt,(1)где
Е–мгновенноезначениеЭДСввольтах;
B–магнитнаяиндукциямагнитногополя(Тл,Тесла);
l-длинакаждойизактивныхсторонконтуравметрах;
υ–линейнаяскорость,скоторойвращаютсяактивныестороныконтура,вметрахвсекунду;
ω-угол,подкоторымимагнитныелиниипересекаютактивныестороныконтура;
t–времявсекундах.
Исходяизформулы(1),вточкаха,в,дsinω=0,потомуиЭДСЕ=0.
Приэтом,согласноначальныхусловий,рис.1.магнитныйпотокпостоянен,неизмененинеравеннулювтечениевсегопериодагенерации,тожесамоеисоборотами,онипостоянныинеизменнывтечениивсегопериода.Физическиничегонеменяется.Отсюдаследуетпростоезаключение–математическаяфункцияsin«обнуляет»илимагнитныйпоток,илиоборотывточкаха,в,д.
Ивоттутвсплываетглавноенесоответствие:функцияsinωтолькоописываетграфикизмененияЭДС,инеможетбытьпричиной«обнуления»ЭДС.
Согласнозаконуэлектромагнитнойиндукции:
ЭДСэлектромагнитнойиндукциивконтуреравнаскоростиизменениямагнитногопотокачерезконтур,взятойспротивоположнымзнаком
|
|
|
независимоотпричин,приводящихкизменениюэтогопотока.
Иззаконаследует,чтоЭДСможетбытьравнанулютольковдвухслучаях:
1.когдаотсутствуетсаммагнитныйпоток,Ф=0.
2.когданетизменениямагнитногопотока.Вданномслучае-вращениярамкив
магнитномполе.
Естьмагнитныйпотокивращениерамки–естьЭДС,нетмагнитногопотокаилиотсутствуетвращение–нетЭДС.
Согласнозакона,другихпричинприкоторыхЭДС=0вприродепростонесуществует.
Извышесказанногоможносделатьтолькоодинвывод:
ЭДСможетбытьравнанулютольководномслучае:есливобластимагнитногопотокаприсутствуетзона,гдемагнитныйпоток=0,ноникакнепотому,чтостановитсяравнойнулюматематическаяфункциясинусsinω=0.
Формула(1)генерацииЭДСявляетсобойярчайшийпримертого,какматематическаясхоластикаполностьюподменилафизическуюсутьявления.
Изэтогофактаследуетпростойвывод:поканебудетпонятияединствамира,егофизическоймодели,показывающейпричинно-следственныесвязи,многиеформулы,мягкоговоря,несовсемточнобудутотражатьпроцессы,протекающиевреальности.Поэтому,вдальнейшемизложениибудутрассматриватьсяпричинывозникающихявлений,рассмотрениеихфизическойсути.Математическиеформулыпоявятсявдальнейшем,послепостроенияфизическоймоделипротекающихпроцессов.
|
|
|
Длятого,чтобыразобратьсясфизическойсутьюпроцессагенерацииЭДС,будемплясатьотпечки,аименноотпостоянныхмагнитов.РассмотриммагнитноеполепостоянногомагнитаприпомощидатчикаХоллаиосциллографа.
Рис.2 Рис.3 Рис.4
ВеличинаМПуюжногополюсаВеличинаМПпосерединемагнитаВеличинаМПусеверногополюса
Какпоказываютрис.2,3,4наконцахпостоянногомагнитавеличинамагнитногополяпостоянногомагнитамаксимальна,иравна.Приэтом,напротивоположныхконцахпостоянногомагнитаприсутствуетмагнитноеполепротивоположныхзнаков.
Всерединемагнитаприсутствуетобласть,вкоторойвеличинамагнитногополяравна=0,рис.3.Этаобласть,илиплоскость,котораяразделяетмагнитноеполе(МП)разныхзнаков.Будемназыватьэтуплоскостьнулевойплоскостью,илиплоскостьюсменызнака.
Рис.5
Этотфактописываетсяещёвсоветскихшкольныхучебниках,рис.6.
Рис.6
Наконцахмаксимальнаявеличинанапряжённостимагнитногополя.Всередине–нейтральнаяилинулеваязона,гдевеличинанапряжённостимагнитногополяравнанулю. Ачтоможетозначатьфактналичиямагнитногополяразныхзнаков?Учитывая,чтовеличиныпоказывемыедатчикомХоллаодинаковые,толькоодно–направлениевозрастаниявеличинымагнитногополя.Приэтом,возрастаниевеличинымагнитногополяидётотнулевойплоскости,всерединемагнита,вразныестороны,чтоипоказываютстрелкиМсиМю.Толькоэтимиотличаютсяпротивоположныеобластипостоянногомагнита–направлениемувеличениявеличинымагнитногополя.
|
|
|
Какможнопроверитьданноеутверждение,чтобысомненияполностьюотпали.Естьизвестныйфактчто,магнитноеполепостоянногомагнитаисоленоидаимеетодинаковыйвид,рис.7.
Рис.7
Проверим.Дляэтоговозьмёмкатушкуибудемподоватьнанеёимпульсы.Вокружающейсредебудетвозникатьпеременноемагнитноеполе,дляфиксациикоторогоиспользуетсяприёмнаякатушкаиосцилограф.
Рис.8Рис.9Рис.10
Каквиднонарис.8,9,10магнитноеполекатушкиповторяетмагнитноеполепостоянногомагнита:
Всерединекатушки–нейтральнаяилинулеваязона,рис.9,гдевеличинамагнитногополяравнанулю.Напротивоположныхкраяхкатушкивеличинамагнитногополямаксимальнаипритомимеетпротивоположныйзнак,рис.8,рис.10.
Рассмотримфизическуюсутьнейтральнойилинулевойплоскости.Вмеханикеестьполнаяаналогияэтомуявлению,рис.11.
. 
Рис.11
ПриусловииF=F1,объектнеизменяетсвоегоположенияотносительнонулевойплоскости0-0.КомпенсациявзаимодействующихсилFиF1производитсявнутренними силами упругости, или энергией упругости.Соответственноивмагннитномполенулеваяобластьтожеимеетсвоёчастотноеиэнергетическойнаполнениеопределяемоймаксимальнойвеличиноймагнитногополяпокраяммагнита.
Была собрана экспериментальная модель генератора. Датчиком Холла были проведены замеры величины магнитного поля у полюсов генератора и в средней плоскости,рис.12,13,14.
Рис.12 Рис.13 Рис.14
ВеличинаМПуюжногополюса ВеличинаМПмеждуполюсами ВеличинаМПусеверногополюса
Нулеваяплоскостьостаётсяпосерединемеждуполюсамирис.13, иотнеёпроисходитувеличениевеличинымагнитногополявпротивоположныестороны, рис.12 и рис.14.
Соответственно,правомерноизобразитьследующуюконфигурациюмагнитногополявмоделигенератора,рис.15
Рис.15
Изрис.15виднафизическаяпричинавозникновенияточекснулевойЭДС–рамкастановится параллельно в этой области.
РассмотримсампроцессгенерацииЭДС.Поместиммеждуполюсамимагнитоврамку,рис.16.
Рис.16
Еслирамканедвижется,то,подключивприборквыводамрамки,мынеобнаружимЭДС,приборпокажет0.Рассмотримиобъяснимэтотважныймомент.
ОтсутствиеЭДСобъясняетсяследующим.Веществорамки–медь–впроцессеостыванияикристаллизациипослеплавкиприходиловравновесноесостояниесосредойнахождениявсвоёмчастотномдиапазоне.Аналогично,магнитноеполепринамагничиваниимагнитаприходиловравновесное состояние со средой нахождения всвоёмчастотномдиапазоне.Т.е., имедьимагнитноеполеприходиливравновесноесостояниесоднойсредойнахождения,нокаждыйвсвоёмчастотномдиапазоне.Вобщемвидеэтовыглядитследующимобразом,рис.17.
Рис.17
Соответственноимеждусобойвеществорамки(медь)инамагниченныймагниттоженаходятсявсостоянииравновесия.
Краткорассмотримсаморавновесноесостояние.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ:Равновеснымсостояниемсистемыбудемназыватьтакоесостояние,прикоторомвсепараметрысистемыимеютопределённыезначения,остающиесяпринеизменныхвнешнихусловияхпостояннымискольугоднодолго.
Данноесостояниеможетбытьтольководномслучае–когдачастотно-энергетическиепараметрыобъекта(внашемслучае–медь)уравновешеннычастотно-энергетическимипараметрамисредынахождения(магнитноеполепостоянногомагнита)
Изобразимравновесноесостояниеграфически,рис.18.
Рис.18
1. Волнавеществаобъекта,частотойƒ1(медь)
2. Волнасредынахождения,частотойƒ2(магнитноеполе)
3. Т–периодвзаимодействиявтечениеединицывремени.
Анализируярис.18,можноопределить,чторавновесноесостояниеможетбытьтольководномслучае-есливолнавещества1объектауравновешиваетсяволнойсредынахождения2втечениеединицывремениТ.Этоговоритотом,чтовкаждыймоментвременичастотныеиэнергетическиепараметрывеществаисредыегонахождениянаходятсявединомсостоянии,ноимеютпротивоположныйзнак(противоположноенаправление).Отсюдаследует,чтоволнывеществаобъектаисредыегонахождениявзаимодействуютполностью–полноевзаимодействие.
Физическое«полноевзаимодействие»соответствуетобщепринятомуравновесномусостоянию.Причина–полноевзаимодействие,результат–равновесноесостояние.Соответственно,обатерминаимеютправонасуществование;разницамеждунимивследующем -первыйтерминраскрываетпричину,авторойтолькоконстатируетфакт.
Дляпростотывосприятиямоделиявленияусловноизобразимвзаимодействие,отображённоенарис.18,вследующемвиде,рис.19.Физическаясутьотэтогонеизменится.
Рис.19.
1.Волнавеществаобъекта,частотойƒ1(медь)
2.Волнасредынахождения,частотойƒ2(магнитноеполе)
3.Т–полупериодвзаимодействиявтечениеединицывремени.
ВдальнейшембудемрассматриватьтолькоодинполупериодвзаимодействияТ,т.к.второйполупериодполностьюаналогиченпосвоейфизическойсущностипервому,иотличаетсятолькопротивоположнымзнаком.
Прианализерис.19можносделатьследующиевыводы,определяющиеравновесноесостояниеилиполноевзаимодействие:
1.площадифигур1и2равны,этоговоритотом,чтоэнергияполуволны1(меди)равнаэнергииполуволны2(магнитноеполе).
2.энергииполуволн1и2могутиметьтолькопротивоположноенаправление.
3.Объект(медь)исредаегонахождения(магнитноеполе)взаимодействуюнаединойчастоте.
Отсюдаформулируетсяпостулат:
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 317; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!