Ток индукции: Ошибка 404: страница не найдена

Содержание

Индукционный ток — Какое направление индукционного тока? — Росиндуктор

ИНДУКЦИОННЫЙ ТОК — это электрический ток, возникающий при изменении потока магнитной индукции в замкнутом проводящем контуре. Это явление носит название электромагнитной индукции. Хотите узнать какое направление индукционного тока? Росиндуктор — это торговый информационный портал, где вы найдете информацию про ток.

Содержание

Индукционный ток правило

Определяющее направление индукционного тока правило звучит следующим образом: «Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван». Правая рука развернута ладонью навстречу магнит¬ным силовым линиям, при этом большой палец направлен в сторону движения проводника, а четыре пальца по-казывают, в каком направлении будет течь индукционный ток. Перемещая проводник, мы перемещаем вместе с проводчиком все электроны, заключенные в нем, а при перемещении в магнитном поле электрических зарядов на них будет действовать сила по правилу левой руки.

Направление индукционного тока

Направление индукционного тока, как и его величина, определяется правилом Ленца, в котором говорится, что направление индукционного тока всегда ослабляет действие фактора, возбудившего ток. При изменении потока магнитного поля через контур направление индукционного тока будет таким, чтобы скомпенсировать эти изменения. Когда магнитное поле возбуждающее ток в контуре создается в другом контуре, направление индукционного тока зависит от характера изменений: при увеличении внешнего тока индукционный ток имеет противоположное направление, при уменьшении — направлен в ту же сторону и стремиться усилить поток.

Индукционный ток в катушке

Катушка с индукционным током имеет два полюса (северный и южный), которые определяются в зависимости от направления тока: индукционные линии выходят из северного полюса. Приближение магнита к катушке вызывает появление тока с направлением, отталкивающим магнит. При удалении магнита ток в катушке имеет направление, способствующее притягиванию магнита.

Индукционный ток возникает

Индукционный ток возникает в замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Контур может быть как неподвижным (помещенным в изменяющийся поток магнитной индукции), так и движущимся (движение контура вызывает изменение магнитного потока). Возникновение индукционного тока обуславливает вихревое электрическое поле, которое возбуждается под воздействием магнитного поля.

Как создать индукционный ток

О том, как создать кратковременный индукционный ток можно узнать из школьного курса физики.

Для этого есть несколько способов:

  • — перемещение постоянного магнита или электромагнита относительно катушки,
  • — перемещение сердечника относительно вставленного в катушку электромагнита,
  • — замыкание и размыкание цепи,
  • — регулирование тока в цепи.

Сила индукционного тока

Основной закон электродинамики (закон Фарадея) гласит, что сила индукционного тока для любого контура равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через контур, взятой со знаком минус. Сила индукционного тока носит название электродвижущей силы.

Сталь электротехническая. Методы определения магнитных и электрических свойств. Методы измерения магнитной индукции и коэрцитивной силы в аппарате Эпштейна и на кольцевых образцах в постоянном магнитном поле – РТС-тендер


ГОСТ 12119.1-98

Группа В39

МКС 77.040.20
ОКСТУ 0909

Дата введения 1999-07-01

1 РАЗРАБОТАН Российской Федерацией, Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 120 «Металлопродукция из черных металлов и сплавов»

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 13 от 28 мая 1998 г.)

За принятие проголосовали:


Наименование государства


 Наименование национального органа по стандартизации

Азербайджанская Республика

Азгосстандарт

Республика Армения

Армгосстандарт

Республика Беларусь

Госстандарт Беларуси

Киргизская Республика

Киргизстандарт

Российская Федерация

Госстандарт России

Республика Таджикистан

Таджикгосстандарт

Туркменистан

Главная государственная инспекция Туркменистана

Республика Узбекистан

Узгосстандарт

Украина

Госстандарт Украины

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 8 декабря 1998 г. N 437 межгосударственный стандарт ГОСТ 12119.1-98 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 1999 г.

4 ВЗАМЕН ГОСТ 12119-80 в части раздела 2

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ

Настоящий стандарт устанавливает методы измерения магнитной индукции основной кривой намагничивания при напряженности постоянного магнитного поля 0,2-2500 А/м и коэрцитивной силы предельной петли магнитного гистерезиса в аппарате Эпштейна и на кольцевых образцах в постоянном магнитном поле.         


  

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.377-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Материалы магнитомягкие. Методики выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик

ГОСТ 8711-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним.

Часть 2. Особые требования к амперметрам и вольтметрам

ГОСТ 12119.0-98 Сталь электротехническая. Методы определения магнитных и электрических свойств. Общие требования

ГОСТ 20798-75 Меры взаимной индуктивности. Общие технические условия

ГОСТ 21427.1-83 Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. Технические условия

ГОСТ 21427.2-83 Сталь электротехническая холоднокатаная изотропная тонколистовая. Технические условия

ГОСТ 23737-79 Меры электрического сопротивления. Общие технические условия

          

     

Общие требования к методам испытания — по ГОСТ 12119.0.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, по ГОСТ 12119.0.

     

4.1 Образцы кольцевой формы вытачивают из заготовок, собирают из штампованных и точеных колец толщиной от 0,1 до 4,0 мм или навивают из ленты толщиной не более 0,35 мм и помещают в кассеты из изоляционного материала толщиной не более 3 мм или неферромагнитного металла толщиной не более 0,3 мм. Отношение наружного диаметра к внутреннему должно быть не более 1,3; площадь поперечного сечения образца — не менее 0,1 см.

4.2 Образцы для аппарата Эпштейна изготовляют из полос толщиной от 0,1 до 4,0 мм длиной от 280 до 500 мм, шириной — (30,0±0,2) мм. Полосы образца не должны отличаться друг от друга по длине более чем на ±0,2%. Площадь поперечного сечения образца должна быть от 0,5 до 1,5 см. Число полос в образце должно быть кратным четырем, минимальное число полос должно быть равно двенадцати.

Образцы анизотропной стали нарезают вдоль направления прокатки. Угол между направлениями прокатки и нарезки полос не должен превышать 1°.

Для образцов изотропной стали половину полос нарезают вдоль направления прокатки, другую — поперек. Угол между направлениями прокатки и нарезки не должен превышать 5°. Полосы группируют в четыре пакета: два — из полос, нарезанных вдоль направления прокатки, два — поперек. Пакеты с одинаково нарезанными полосами размещают в параллельно расположенных катушках аппарата.

Допускается полосы нарезать под одним и тем же углом к направлению прокатки. Направление прокатки для всех полос, уложенных в одну катушку, должно быть одинаковым.     

     

  

5.1 Установка. Схема установки приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема для измерений в постоянном магнитном поле

5.1.1 Амперметр для измерения постоянного тока и последующего определения напряженности магнитного поля должен иметь пределы от 15 мА до 15 А, класс точности не ниже 0,2 по ГОСТ 8711.

Допускается использовать вольтметр постоянного тока с резистором.

5.1.2 Амперметр любой системы, кроме детекторной, для измерения переменного размагничивающего тока должен иметь предел измерения от 1 мА до 15 А, класс точности не ниже 2,5 по ГОСТ 8711.

Допускается использовать вольтметр для оценки значения размагничивающего тока по напряжению на измерительной обмотке и кривой намагничивания для соответствующей марки стали. Прибор должен иметь предел измерения от 1 мВ до 30 В, класс точности не ниже 2,5 по ГОСТ 8711.

5.1.3 Баллистический гальванометр для измерения магнитного потока должен иметь период собственных колебаний не менее 15 с; режим периодический, близкий к критическому; чувствительность не менее 100 дел/мВб; разряд по постоянству нулевого положения — не более единицы.

Допускается использовать баллистический гальванометр с шунтом, магнитоэлектрический или электронный интегрирующий веберметр для измерения магнитного потока от 0,1 до 10,0 мВб с погрешностью в пределах ±0,5%, веберметры с делителями напряжения для расширения пределов измерения и (или) получения отсчетов, численно равных амплитудам магнитной индукции в образце.

5.1.4 Резисторы и для плавного регулирования тока в интервале от 2 мА до 15 А с дискретностью 0,1%.

5.1.5 Магазины сопротивлений , , для регулирования чувствительности и режима гальванометра должны иметь пределы от 0,1 Ом до 10 кОм, класс точности не ниже 0,2 по ГОСТ 23737.

5.1.6 Автотрансформатор для размагничивания образца должен иметь мощность не менее 0,4 кВ·А и обеспечивать плавное регулирование тока от 0,2 мА до 15 А.

5.1.7 Катушка для градуирования баллистического гальванометра должна иметь коэффициент взаимной индуктивности от 1 до 10 мГн, класс точности не ниже 0,2 по ГОСТ 20798.

5.1.8 Катушка для компенсации магнитного потока вне образца должна иметь число витков обмотки I не более пятидесяти, сопротивление — не более 0,05 Ом, сопротивление обмотки II — не более 3 Ом. Обмотки укладывают на цилиндрический каркас из немагнитного изоляционного материала длиной от 25 до 35 мм, диаметром от 40 до 60 мм. Ось катушки должна быть перпендикулярна к плоскости силовых линий образца при закреплении ее на аппарате Эпштейна. Относительная разность коэффициентов взаимной индуктивности катушки и аппарата Эпштейна без образца не должна выходить за пределы ±5%.

Допускается исключать из схемы (см. рисунок 1) катушку при магнитном потоке вне образца, не превышающем 0,2% измеряемого, или при введении поправки на этот магнитный поток.

5.1.9 Намагничивающие (I) и измерительные (II) обмотки кольцевого образца должны соответствовать требованиям ГОСТ 8.377.

5.1.10 Аппарат Эпштейна, применяемый для испытания образцов , составленных из полос, должен иметь четыре катушки на каркасах из немагнитного изоляционного материала размерами:

ширина внутреннего окна — (32,0±0,5) мм;

высота — от 10 до 15 мм;

толщина стенок каркаса — от 1,5 до 2,0 мм;

длина участка катушки с обмоткой — не менее 190 мм;

длина катушки — (220±1) мм.

Число витков в обмотках аппарата выбирают  в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1

Напряженность магнитного поля,
А/м

Число витков в обмотке

 I — намагничивающей

II — измерительной

От      0,2  до  1,0  включ.

4

600-2000

Св.    1,0   »  100,0    «

150-700

200-700

  »   100,0  » 2500,0   «

600-1500

20-700

Примечания

1 Намагничивающую обмотку из четырех витков выполняют из медных гильз толщиной 0,2-0,3 мм, расположенных вдоль каркасов. Гильзы должны иметь зазор 2-3 мм, по обе стороны которого на одинаковом расстоянии припаивают по пять выводов и, соединяя их между собой, получают начало и конец одного витка.

2 Остальные обмотки наматывают равномерно по длине каркасов катушки. Число слоев каждой обмотки на каркасах должно быть нечетным.

5.1.11 Источник питания для намагничивания образца должен обеспечивать постоянное выходное напряжение не менее 20 В, изменение намагничивающего тока — не более 0,2% в минуту, отношение амплитуды переменной составляющей выходного напряжения к постоянной составляющей — не более 0,05%. При напряженности магнитного поля 5 А/м допускается увеличение отношения до 0,1%. Допускается использовать стабилизатор постоянного напряжения.

5.1.12 Источник сетевого переменного напряжения для размагничивания образца должен иметь выходную мощность не менее 0,5 кВ·А и плавное регулирование выходного напряжения.

5.1.13 Переключатели , , и должны быть рассчитаны на максимальный ток 15 А.

6.1 Обмотки кольцевого образца или аппарата Эпштейна подключают, как указано на рисунке 1.

Полосы образца укладывают в аппарат Эпштейна, как указано на рисунке 2. Допускается фиксировать положение полос, создавая давление не более 1 кПа перпендикулярно поверхности образца вне намагничивающих катушек.

Рисунок 2 — Схема укладки полос образца

6.2 Площадь поперечного сечения образцов S, м, вычисляют следующим образом:

6. 2.1 Площадь поперечного сечения , м, для образцов кольцевой формы из ленты любой толщины без изоляционного покрытия или из ленты толщиной не менее 0,2 мм с покрытием рассчитывают по формуле     

                                                                             (1)

               

где масса образца, кг;

наружный и внутренний диаметры кольца, м;

— плотность материала, кг/м.

Плотность материала , кг/м, выбирают по приложению 1 ГОСТ 21427.2 или рассчитывают по формуле     

                                                  (2)

         

где и   массовые доли кремния и алюминия, %.

6.2.2 Площадь поперечного сечения , м, для образцов кольцевой формы из ленты толщиной менее 0,2 мм с изоляционным покрытием рассчитывают по формуле     

                                            (3)

где — отношение плотности изоляционного покрытия к плотности материала образца,

где — плотность изоляции, принятая равной 1,6·10 кг/м для неорганического покрытия и 1,1·10 кг/м для органического;

коэффициент заполнения, определяемый, как указано в ГОСТ 21427. 1

.

6.2.3 Площадь поперечного сечения образцов , м, составленных из полос для аппарата Эпштейна, рассчитывают по формуле     

,                                                                                           (4)


где — длина полосы, м.

6.3 Погрешность определения массы образцов не должна выходить за пределы ±0,2%, наружного и внутреннего диаметров кольца — ±0,5%, длины полос — ±0,2%.

6.4 Перед измерениями должна быть проведена градуировка баллистического гальванометра для определения его постоянной , Вб/дел. Градуировку проводят на установке (см. рисунок 1) при отсутствии испытуемого образца.

6.4.1 Сопротивление в цепи гальванометра при градуировке и последующем измерении магнитной индукции в образце должно быть постоянным. Ток в обмотке I катушки должен быть таким, чтобы показание гальванометра составляло от 20 до 50% длины шкалы с нулевой отметкой посередине. Отклонение указателя гальванометра должно быть в ту же сторону, что и при определении магнитных величин.

6.4.2 При градуировке переключатели и ставят в положение 1, ключи и замыкают, источник отключают. В обмотке I катушки устанавливают заданное значение тока , А, и при размыкании цепей переключателями и определяют показание гальванометра , дел. Операцию повторяют не менее трех

раз.

6.4.3 Постоянную баллистического гальванометра , Вб/дел., вычисляют как среднее арифметическое постоянных гальванометра , Вб/дел., полученных при не менее чем трех заданных значениях тока.

6.4.4 Постоянную гальванометра , Вб/дел., для заданного значения тока , А, рассчитывают по формуле     

                                                                                           (5)

где коэффициент взаимной индуктивности катушки , Гн;

среднее арифметическое показаний гальванометра , определенных, как указано в 6. 4.2, дел.

При использовании гальванометра с шунтом постоянную , Вб/дел. следует определять для каждого значения коэффициента шунтирования.

6.5 При использовании веберметра из установки исключают: переключатель , катушку и резисторы , , (см. рисунок 1).

6.6 При измерении магнитной индукции в постоянном магнитном поле напряженностью менее 100 А/м проводят размагничивание образцов. Максимальная амплитуда напряженности размагничивающего поля должна превышать коэрцитивную силу образца более чем в пятьдесят раз. Амплитуда напряженности магнитного поля, при которой заканчивают размагничивание, должна быть менее 0,1 А/м.

6.6.1 При толщине листа или ленты образца менее 1,0 мм размагничивание проводят в поле частотой 50 Гц.

Переключатель ставят в положение 2, ключ замыкают (см. рисунок 1). Устанавливают ток, соответствующий максимальной амплитуде напряженности размагничивающего поля, и затем плавно уменьшают его.

6.6.2 При толщине листа или ленты более 1,0 мм размагничивание проводят постоянным током. Переключатель ставят в положение 1, в положение 2, замыкают ключ и подают напряжение с генератора , соответствующее максимальной амплитуде размагничивающего тока. Коммутируют ток переключателем не чаще одного раза в секунду и одновременно плавно уменьшают его.

6.6.3 Время размагничивания должно быть не менее 40 с.

6.6.4 При измерении магнитной индукции в поле напряженностью менее 1,0 А/м образцы выдерживают после размагничивания 24 ч, при измерении индукции в поле напряженностью более 1,0 А/м время выдержки может быть сокращено до 10 мин.

Допускается уменьшать время выдержки при относительной разности значений индукции, полученных после нормальной и сокращенной выдержек в пределах ±2%.

6.6.5 При измерении коэрцитивной силы предельной петли гистерезиса и магнитной индукции более 100 А/м образцы не размагничивают.

6.7 Намагничивающий ток , А, соответствующий заданному значению напряженности поля , А/м, рассчитывают по формуле     

,                                                                                          (6)

где — средняя длина магнитной силовой линии, м;

— число витков обмотки I образца.

Для образцов кольцевой формы среднюю длину магнитной силовой линии , м, рассчитывают по формуле

                                                                                 (7)

В стандартных испытаниях для образца из полос принимают равной 0,94 м. При необходимости повышения точности определения магнитных величин допускается значение выбирать из таблицы 2.

 Таблица 2

Напряженность магнитного поля, А/м

Средняя длина магнитной силовой линии , м

  

для изотропной стали

для анизотропной стали

От     0   до     10  включ.

0,95

0,99

Св   10   »        70      »

0,97

0,99

 »     70    »     200       «

0,97

0,98

 »   200    »     500       «

0,93

0,96

 »   500    »   1000       «

0,91

0,95

 » 1000    »   2500       «

0,88

0,91

  

7. 1 Магнитную индукцию определяют импульсно-индукционным методом: изменяют ступенчато напряженность постоянного магнитного поля; формируют импульс напряжения в обмотке II образца, связанный с магнитным потоком, и измеряют прирост магнитной индукции баллистическим гальванометром или веберметром.

7.1.1 Переключатели и ставят в положение 1, в положение 2, замыкают ключ и устанавливают резистором значение намагничивающего тока , А, рассчитанное по формуле (6) для наименьшего значения напряженности магнитного поля.

7.1.2 Коммутируют ток переключателем не менее десяти раз, изменяют направление тока этим переключателем, размыкают ключ и определяют показание , дел., гальванометра или значение магнитного потока , Вб, по веберметру. При коммутации ток в намагничивающей обмотке должен изменяться монотонно.

7.1.3 Плавно устанавливают большее значение тока и повторяют операции, указанные в 7.1.2.

7. 2 Коэрцитивную силу в замкнутой магнитной цепи определяют импульсно-индукционным методом: изменяют намагничивающий ток от значения, соответствующего коэрцитивной силе, до максимального значения и измеряют магнитный поток, который должен иметь постоянную полярность и быть вдвое меньше, чем максимальный магнитный поток для петли гистерезиса.

7.2.1 Переключатели и ставят в положение 1, в положение 2, замыкают ключ и при максимальном значении сопротивления резистора устанавливают резистором ток , А, соответствующий напряженности магнитного поля , А/м, превышающей коэрцитивную силу , А/м, более чем в пятьдесят р

аз.

7.2.2 Размыкают ключ , изменяют направление тока переключателем и определяют показание , дел., баллистического гальванометра или , Bб, веберметра, соответствующее максимальному изменению магнитной индукции . Замыкают ключи и и возвращают переключатель в положение

1.

7. 2.3 Размыкают ключ , изменяют направление тока переключателем , резистором увеличивают ток до значения, близкого к коэрцитивной силе, и размыкают ключ . Определяют показание гальванометра , дел., или веберметра , Вб, при замыкании ключа

.

7.2.4 Повторяют операции, указанные в 7.2.3. Выбирают два значения тока и и соответствующие им показания гальванометра и , для которых должны выполняться условия:     

          

Показания гальванометра и не должны отличаться от значения 0,5 более чем на ±0,03.  

8.1 Индукцию , Тл, соответствующую заданной напряженности магнитного поля , А/м, рассчитывают по формуле     

                                                                                    (8)

где — постоянная гальванометра, определенная, как указано в 6. 4, Вб/дел.;

— среднее значение показаний гальванометра, определенных, как указано в 7.1.2, дел.;

— число витков в обмотке II образца;

площадь поперечного сечения образца, м.

При отсутствии катушки вводят поправку на магнитный поток вне образца. Действительное значение магнитной индукции , Тл, рассчитывают по формуле     

                                                       (9)

где   — магнитная постоянная, Гн/м;

— площадь поперечного сечения обмотки II образца, м;

площадь поперечного сечения образца, м.

При использовании веберметра магнитную индукцию , Тл, рассчитывают по формуле     

                                                                               (10)

где — показание веберметра, Вб.

8.2 Коэрцитивную силу , А/м, рассчитывают по формуле     

                                                (11)

где — число витков обмотки I образца;

— средняя длина магнитной силовой линии, определяемая, как указано в 6.7, м;

— средние значения показаний гальванометра, определенные, как указано в 7.2.3 и 7.2.4, дел;

— значения силы тока, соответствующие значениям и , А;

— среднее значение максимальных показаний гальванометра, определенных, как указано в 7.2.1 и 7.2.2, дел.

Допускается при соблюдении условия 0,01 второе слагаемое в формуле (11) не учитыват

ь.

8.3 При использовании прямолинейной шкалы гальванометра вводят поправку , дел., рассчитываемую по формуле     

                                                                                          (12)

где расстояние между зеркалом гальванометра и шкалой в делениях шкалы.

Тогда в формулах (5), (8) и (11) значения величины , дел., заменяют на значения величины , дел., рассчитываемую по формуле     

                                                                         (13)

8.4 Погрешность измерения магнитной индукции не должна выходить за пределы, указанные в таблице 3.

     

Таблица 3

Магнитная индукция, Тл

Погрешность измерения, %

для изотропной стали

для анизотропной стали

  

От   1,0·10  до  1,0·10 включ.

От   1,0·10  до  1,0·10 включ.

±5

Св. 1,0·10     “      1,2              “

Св. 1,0·10     “       1,4             “

±3

 “     1,2                “       2,0             “

“      1,4               “        2,0             “

±1,5

8.5 Погрешность измерения коэрцитивной силы не должна выходить за пределы ±3%.

Текст документа сверен по:

официальное издание

Сталь электротехническая.

Технические условия. Методы анализа:

Сб. ГОСТов. —

М.: ИПК Издательство стандартов, 2003

Три способа оптимизации величины тока в витках индуктора для получения требуемого распределения поля

Если вы разрабатываете катушки индуктивности, то сочетание инструментов модулей AC/DC и Оптимизация программного обеспечения COMSOL Multiphysics® даст вам возможность быстро и эффективно достигать требуемых характеристик системы. Сегодня мы рассмотрим решение задачи достижения определенного распределения магнитного поля вдоль оси индуктора за счёт изменения величины тока в индивидуальных витках. Будет представлено три различных варианта выбора целевых функций и ограничений. Эта тема определенно будет интересная для всех, кто занимается моделированием катушек или интересуется решением оптимизационных задач.

Формулировка исходной э/м задачи и сопряженной задачи оптимизации

Задача, которую мы рассмотрим сегодня, заключается в оптимизации концептуальном модели осесимметричной катушки из десяти витков. Её схематическое изображение показано на рисунке ниже. Каждый из витков управляется независимо. Для упрощения будем считать, что дополнительно у катушки есть симметрия в плоскости XY, поэтому фактически можно управлять током пяти витков.


Катушка индуктивности из десяти витков, разделенных на пять независимо управляемых пар. Цель оптимизации состоит в подстройке/изменении магнитного поля на центральной линии, которая отмечена зеленым цветом.

С учетом всех симметрий, мы может смести задачу к осесимметричной постановке с дополнительной симметрией в плоскости z=0, что показано на схеме ниже. Открытые границы можно описать с использованием условия Infinite Element Domain. Мы используем граничное условие Perfect Magnetic Conductor, чтобы описать симметрию относительно плоскости z= 0. Таким образом, наша расчетная модель сводится к окружающему пространству в виде четверти круга (со слоем под IED) с пятью независимыми катушками (их сечениям), которые моделируются с использованием условия Coil.


Схема расчётной области модели.

В исходном варианте, когда во всех витках возбуждается ток в 10 А, мы получаем следующее распределение Z-компоненты магнитной индукции вдоль оси, показанное на следующем рисунке. Именно это распределение мы хотим скорректировать посредством решения оптимизационной задачи (т.е. на его основе будет формулироваться целевая функция).


Распределение магнитной индукции вдоль осевой линии катушки. Мы хотим изменить и выровнять магнитную индукцию вдоль выбранной линии.

На изображении выше мы видим магнитную индукцию вдоль оси (её части), вызванное током в 10А через каждый виток катушки. Именно это распределение мы хотим изменить, регулируя ток. Наши расчетные (контрольные) переменные для задачи оптимизации – это пять уникальных токов в витках катушки: I_1, I_2, \dotso, I_5. Для них можно явно задать диапазон изменения: -I_{max} \le I_{1,\dotso,5} \le I_{max}. Ток не может быть слишком большим по величине, иначе катушки перегреются.

Мы рассмотрим три различные постановки задачи оптимизации:

  1. Подстройка магнитной индукции на осевой линии так, чтобы оно было как можно ближе к желаемому целевому значению
  2. Минимизация мощности, необходимой для актуации катушки, наряду с ограничением на минимум поля в нескольких точках в выбранной области
  3. Минимизация градиента магнитной индукции вдоль осевой линии, наряду с ограничением на величину поля в одной точке в выбранной области

Оптимизация для достижения конкретного значения поля

Давайте сформулируем указанные оптимизационные задачи более четко и формально. Первая задача оптимизации может быть записана в следующем математическом прдеставлении:

\begin{aligned}& \underset{I_1, \ldots ,I_5}{\text{minimize:}}& & \frac{1}
{L_0}
\int_0^{L_0} \left( \frac{B_z}
{B_0}
-1 \right) ^2 d l
& \text{subject to:}& & -I_{max} \leq I_1, \ldots ,I_5 \leq I_{max}\\\end{aligned}

Целевой функцией здесь является интеграл разницы между вычисленной Bz-компонентой магнитной индукции и желаемой величиной B0 = 250μT, по линии вдоль центра катушки от z = 0 до z = L0. Задача заключается в минимизации целевой функции. Важно отметить, что целевая функции нормируется на L0 и B0. Что позволяет на выходе получать величину целевой функции порядка единицы. Масштабирование такого типа всегда должно выполняться для целевой функции любой оптимизационной задачи.

Теперь давайте рассмотрим реализацию такой задачи в рамках COMSOL Multiphysics. Мы начнём с добавления к нашей модели интерфейса Optimization, в котором добавим и настроим следующие узлы. Первый узел – Global Control Variables, что показано на скриншоте ниже. В нем мы зададим пять управляющих (контрольных) переменных: I1,...,I5. Они используются для определения протекающего через пять витков катушки тока в условиях типа Coil в интерфейсе Magnetic Fields.

Данные для полей Initial Value, Upper Bound и Lower Bound для этих контрольных переменных задаются двумя параметрами, определенными в Global Parameters: I_init и I_max, соответственно. Также обратите внимание, что для каждого контрольной переменной задана нормировка через Scale factor таким образом, чтобы они имели величину, близкую к единице. Мы будем использовать аналогичные настройки контрольных переменных во всех трех примерах, которые мы рассмотрим в данной статье.


Настройка узла Global Control Variables, в котором определяется ток в витках катушки.

Затем целевая функция для оптимизационной задачи определяется в узле Integral Objective, примененом к границе, что показано на скриншоте ниже. Обратите внимание, что опция Multiply by 2πr деактивирована.


Реализация целевой функции, которая позволяет достичь определенной величины поля вдоль выбранной границы.

Затем нужно добавить шаг Optimization к исследованию, как показано на следующем скриншоте. Поскольку наша целевая функция может быть аналитически дифференцирована по отношению к проектным переменным, мы можем использовать решатель SNOPT. Этот решатель использует аналитически вычисленные градиенты и позволяет решить задачу оптимизации буквально за несколько секунд. Все остальные настройки данного шага исследования можно оставить по умолчанию.


Шаг исследования Optimization и его настройки.

После расчета мы сможем перейти к постобработке. На рисунке ниже показано, что поле Bz-компонента расчетной магнитной индукции очень хорошо соответствует целевому значению.


Результаты оптимизации для целевого значения магнитной индукции вдоль осевой линии.

Минимизация мощности катушек с ограничением на величину поля

Второй подход к рассматриваемой задаче оптимизации состоит в том, чтобы минимизировать общую мощность, подаваемую на витки катушки, и при этом ввести ограничение на минимальное значение поля в нескольких точках вдоль осевой линии. Это можно выразить так:

\begin{aligned}& \underset{I_1, \ldots ,I_5}{\text{minimize:}}& & \frac{1}
{P_o}
\sum_{k=1}^{5} P_{coil}^k
& \text{subject to:}& & -I_{max} \leq I_1, \ldots ,I_5 \leq I_{max}
& & & 1 \le B_z^i/B_{0}, i=1, \ldots, M\end{aligned}

где Po — начальная суммарная мощность во всех витках катушки, а P_{coil}^k — мощность, рассеиваемая в катушке №k .

Далее мы хотим ограничить искомые поля в M точках на осевой линии так, чтобы они были не ниже целевого значения B0.

Реализация такой задачи использует те же настройки узла Global Control Variables, что и раньше. Целевая функция (которая затем будет минимизироваться), которой является общая рассеиваемая мощность в витках катушки, задается в узле Global Objective, как показано на скриншоте ниже. В ней используются переменные для рассеиваемой мощности (mf.PCoil_1,...,mf.PCoil5) непосредственно для каждого узла Coil. Целевая функция нормализуется на начальную суммарную мощность так, чтобы получать величину близкую к единице.


Задание целевой функции как суммарной мощности.

Ограничение на минимум поля должно быть реализовано для набора дискретных точек геометрии расчетной модели. В этом случае мы просто вводем пять точек, равномерно распределенных по зоне, в которой проводится оптимизация профиля поля. Каждое из этих ограничений удобно задать с помощью узла Point Sum Inequality Constraint, что показано ниже. Мы снова применяем нормировку так, чтобы каждое ограничение на выходе выдавало величину порядка единицы. Обратите внимание, что опция Multiply by 2πr также деактивирована, так как эти точки лежат на центральной линии.


Реализация ограничения на минимальную величину поля в точке.

При решении мы используем аналогичные предыдущему случаю настройки и шаги исследования. Результаты приведены ниже. Интересно отметить, что решение для случая минимизации рассеиваемой мощности не приводит к очень равномерному распределению поля по целевой зоне.


Результаты оптимизации с минимизацией рассеиваемой мощности и ограничением на минимальную величину поля в нескольких точках.

Минимизация градиента поля с ограничением на поле в одной точке

Наконец, давайте рассмотрим минимизацию градиента поля вдоль зоны оптимизации с ограничением на величину поля в центральной точке.2 d l
& \text{subject to:}& & -I_{max} \leq I_1, \ldots ,I_5 \leq I_{max}
& & & B_z(r=0,z=0) = B_0 \end{aligned}

Ограничение здесь фиксирует величину магнитной индукции в центральной точке на оси. Хотя в интерфейсе Optimization возможно в явном виде задать ограничение в виде равенства, мы сможем достичь тех же результатов с ограничением в виде неравенства, в котором заданы равными верхняя и нижняя граница. Мы снова применяем нормировку таким образом, чтобы наше ограничение фактически равно 1 \le B_z/B_0 \le 1, как показано на рисунке ниже.


Задание ограничения в виде равенства.

Задать меру градиента магнитной индукции в пределах целевой зоны можно с помощью узла Integral Objective (показан ниже). Градиент Bz-поля относительно z-направления определяется с помощью следующего оператора: d(mf.Bz,z).


Задание целевой функции как интегральной величины градиента магнитной индукции.

При решении мы используем аналогичные предыдущему случаю настройки и шаги исследования. Результаты приведены ниже. Магнитная индукция в зоне оптимизации достаточно однородно и соответствует целевому значению в центральной точке.


Результаты оптимизации с минимизацией градиента поля и ограничением на поле в точке.

Полученное в третьем случае распределение поля выглядит почти идентичным результату для первого случая, но само решение в терминах величины тока в витках катушки совершенно иное, что приводит к интересному заключению. Существует множество комбинаций величины тока в витках катушки, которые дают почти идентичные решения с точки зрения минимизации разности полей или градиента. Другими словами, целевая функция имеет несколько локальных экстремумов.

Оптимизационный решатель SNOPT использует градиентную методику и будет сходиться к различным локальным минимумам для различных начальных условий по току в катушке. Градиентный решатель будет каждый раз сходиться к локальному минимуму, и нет никакой гарантии, что это действительно глобальный минимум. В общем случае (если мы не проведем исчерпывающий поиск в пространстве проектирования), никогда нельзя гарантировать, что полученное решение является глобальным минимумом.

Кроме того, если бы мы увеличили число витков в этой задаче, то мы могли бы получить ситуацию, когда множественные комбинации токов почти эквивалентно оптимальны. То есть в пространстве проектирования нет единой оптимальной точки, а есть «оптимальная линия» или «оптимальная поверхность» (комбинация токов в витках катушки), которая почти эквивалентна. Оптимизационный решатель не обеспечивает прямой обратной связи по этому вопросу, но в таких случаях для него типична более медленная сходимость.

Заключительные замечания по оптимизации с помощью изменения величины тока в индивидуальных витках катушки

Мы показали три различных подхода к формулировке и решению задачи оптимизации величины тока, протекающей через различные витки катушки. В рассмотренных варианта вводятся различные типы целевых функций и ограничений, которые могут быть адаптированы для множества других задач. В зависимости от общих целей и задач вашей расчетной задачи по оптимизации катушки, вы можете использовать одну из них или даже совершенно другую целевую функцию и набор ограничений. Приведенные примеры показывают широкие возможности и гибкость инструментов модуля Оптимизация в сочетании с модулем AC/DC.

Конечно, это далеко не единственный подход к решению такого класса задач. В следующей статье мы рассмотрим принцип получения требуемого распределения поля в катушке с помощью изменения положения её витков в пространстве. Следите за обновлениями!

Примечание редактора: Мы уже опубликовали следующий блогпост. См.: «Оптимизация расстояния между витками катушки индуктивности».

Дополнительные ресурсы

  • Просмотрите статьи корпоративного блога COMSOL для получения дополнительной информации о моделировании электромагнитных катушек:

Наведенные токи и поля

Квантовая энергия электромагнитных полей частотой 50 Гц слишком мала, чтобы разорвать химические связи. Ясно, что ЭМП или излучение промышленной частоты не вызывают ионизацию так, как это делают рентгеновские лучи или альфа-частицы. Вместо этого основным известным способом взаимодействия полей частотой 50 Гц с людьми является создание токов.

Микрошоки — родственное, но другое явление.

Какие токи производят магнитные поля?

Любое переменное магнитное поле индуцирует электрическое поле, которое, в свою очередь, создает ток в проводящей среде.Человеческое тело является проводником, и поэтому в нем будет индуцироваться ток, хотя, как правило, очень маленький. Как показано справа, ток циркулирует вокруг тела.

При расчетах промышленной частоты принято считать, что радиус человеческого тела равен 0,2 м, а проводимость равна 0,2 См·м -1 . Используя эту модель, магнитное поле в 160 мкТл индуцирует периферийную плотность тока 1 мА·м -2 . Могут быть выполнены более точные численные расчеты, учитывающие фактическую форму тела и различную проводимость различных тканей.

Какие токи производят электрические поля?

Переменные электрические поля также индуцируют токи в теле. Как показано справа, для вертикального поля они проходят вверх и вниз по телу. Расчет должен учитывать возмущение поля, вызванное самим телом. Для типичного человека, стоящего в вертикальном поле, через тело индуцируется ток силой 1 мА при напряжении 70 кВ·м -1 ; подробнее о численных расчетах.

 

Воздействие наведенных токов на организм

Внутри тела токи, индуцированные полями, имеют тот же диапазон эффектов, что и токи, вводимые через электроды, например.г. при поражении электрическим током. Но эти эффекты полностью зависят от величины тока. Таким образом, плотность тока около 0,1 А·м -2 может стимулировать возбудимую ткань, а плотность тока выше примерно 1 А·м -2 может вызывать фибрилляцию желудочков, а также нагревание. Однако эти плотности тока соответствуют полям, намного большим, чем те, которые когда-либо встречались при частоте 50 Гц.

Сообщалось о ряде возможных эффектов при более низких полях. Установленный эффект, наблюдаемый у людей при самом низком магнитном поле, представляет собой магнитофосфеновый эффект, при котором ощущение мерцания вызывается в периферическом зрении магнитными полями частотой 50 Гц выше примерно 10 мТл (т.е. 10 000 мкТл). Магнитофосфены, вероятно, вызваны индуцированной плотностью тока в сетчатке; порог на частоте 20 Гц (наиболее чувствительная частота) составляет около 20 мА·м -2 .

Микрошоки — родственное, но отдельное явление, вызванное не постоянным током, а однократным разрядом.

Каков безопасный уровень наведенного тока?

Правила воздействия обычно разрабатываются для предотвращения всех последствий индуцированных токов на том основании, что любое воздействие на мозг или нервную систему потенциально вредно.Например, рекомендации ICNIRP по воздействию в настоящее время рекомендуют, чтобы люди на работе не подвергались воздействию тока с плотностью в голове, шее и туловище более 10 мА·м -2 («базовое ограничение») с нижним пределом 2 mA m -2 для населения в целом, которое может включать людей с повышенной чувствительностью по состоянию здоровья.

Подробнее о расчете наведенных токов

Электромагнитная индукция — обзор

23.4 Будущие тенденции

Томография удельного сопротивления с глубоким чтением данных, полученная с помощью ЭМ индукционной межскважинной съемки, может обеспечить лучший петрофизический контроль при построении моделей коллектора, чем наземная сейсморазведка. Способность определять и контролировать фронты флюидов с помощью межскважинных ЭМ измерений может быть дополнена методом межскважинной сейсмической визуализации, который может очертить структуру и контролировать движение газа в коллекторе (Ю и др., 2008, Гёктюрклер, 2011). Подробная информация об уровне коллектора, полученная из комбинированных измерений глубокого считывания, дает петрофизикам и инженерам-разработчикам более глубокое понимание того, как флюиды движутся и взаимодействуют, что в конечном итоге будет определять принятие решений по управлению нефтяным месторождением и добыче (Аль-Али и др., 2009).

На переднем крае мониторинга добычи нефти и газа, благодаря технологическим инновациям, многофазные расходомеры, вероятно, будут использоваться в средах с более высоким давлением и температурой. Это может значительно расширить возможности подводного применения технологии MPFM, а также дополнительных применений на суше для термической добычи тяжелой нефти (Pinguet et al., 2010) и добычи природного газа (Pinguet et al., 2013).

Для постоянного измерения желательны МФРМ с минимальными требованиями к калибровке.Исследования новой интерпретации микроволновых измерений продемонстрировали потенциальную систему измерения WLR многофазного потока, которая устойчива к изменениям солености воды (Xie, 2006). Показана возможность охарактеризовать соленость многофазного потока с помощью комбинации измерений гамма-излучения на пропускание и рассеяние (Sætre, Johansen, & Tjugum, 2010). Это потенциально может иметь приложения для мониторинга скважины, обеспечения потока или диагностики, такие как обнаружение прорыва пластовой или нагнетаемой воды и независимое от солености измерение многофазного потока.

Технологическая томография обладает потенциалом для повышения точности МФР за счет уменьшения зависимости режима потока, выявления (и корректировки влияния) режимов потока и непосредственного измерения фракций отдельных фаз и скоростей фаз. Это усовершенствование позволит точно измерять расход многофазного потока на поверхности и в скважине в более широком диапазоне режимов потока, водо- и газовых фракций и свойств флюидов с меньшей зависимостью от моделей потока, чем существующие методы. Необходимы постоянные совместные исследования и совместные промышленные проекты, чтобы продемонстрировать, что MPFM на основе технологической томографии может превзойти существующие MPFM, в идеале без использования радиоактивного источника и по приемлемой цене.

Физика для науки и техники II

от Office of Academic Technologies на Vimeo.

9.7 Самоиндукция

Рассмотрим две простые схемы. Катушка, которая подключена к клеммам блока питания, аккумулятор, выключатель, и, допустим, это наша схема номер один. Аналогичную катушку размещаем напротив этой, и в этой схеме у нас нет источника питания. Мы можем разместить здесь гальванометр для определения тока, и давайте назовем его второй схемой.

Допустим, источник питания, батарея, генерирует ε вольт электродвижущей силы. Конечно, когда переключатель выключен, по этой цепи не будет протекать ток. Когда мы включаем переключатель во включенное положение, то через эту цепь будет течь определенный ток от положительного конца к отрицательному концу, поэтому, как только переключатель замкнут.

Что ж, во время этого процесса, как только мы включим этот переключатель, ток начнется с 0 и начнет нарастать до своего максимального значения.Тогда он достигнет своего максимального значения и, следовательно, будет течь по этому контуру при этом постоянном значении. Но во время нарастания тока, другими словами, когда он идет от 0 до своего максимального значения, связанное с ним магнитное поле, которое он генерирует, также будет начинаться с 0 и увеличиваться до своего максимального значения, потому что, как вы помните, величина тока прямо пропорциональна силе создаваемого им магнитного поля.

Ну, поэтому во время этого процесса, когда магнитное поле поднимается с увеличением тока, оно будет генерировать линии магнитного поля через этот первый контур, скажем, первую катушку, и эти линии будут проходить через область, окруженную второй катушкой.По мере увеличения тока это магнитное поле будет увеличиваться. Следовательно, поток через область, окруженную второй катушкой, будет увеличиваться, и в результате этого увеличения потока, согласно закону Фарадея, мы получим индуцированную ЭДС и, следовательно, индуцированный ток. Этот ток появится из закона Ленца, так что он будет противодействовать своей причине, поэтому он будет генерировать магнитное поле в направлении, противоположном этому. Это магнитное поле индуцированного тока. Чтобы иметь возможность генерировать магнитное поле в этом направлении, используя правило правой руки, индуцированный ток должен течь в направлении против часовой стрелки по всей этой цепи.

Конечно, этот ток будет обнаружен гальванометром вот здесь, и стрелка гальванометра будет двигаться в одном направлении. Он отклонится от своего исходного 0, в какой бы точке или месте он ни находился. Ну, если мы будем следовать этому случаю, то магнитное поле этого индуцированного тока вдоль этого второго контура будет проходить через область, окруженную первым контуром, вот так. Поскольку ток накапливается в первом, поэтому индуцированные и будут генерировать второй.Магнитное поле этого второго будет проходить через область, окруженную первой катушкой. Следовательно, это вызовет изменение потока через первую катушку, и этот поток будет индуцировать электродвижущую силу вдоль первой катушки и, следовательно, также ток, и этот ток будет проявляться так, что будет противодействовать своей причине.

Если мы проследим катушки, исходные катушки, и это вернется к тому факту, что и индуцируют появление во второй катушке, и что происходит, что исходный ток и проявляется как увеличение от своего максимума. ценность.Следовательно, ток, возникающий в первой катушке, будет противодействовать этой причине. Другими словами, он попытается противостоять увеличению этого исходного тока. Для этого он должен генерировать магнитное поле, противоположное направлению исходного тока. Поэтому он должен работать в направлении, противоположном первоначальному току. И по этой причине мы не сможем в конечном итоге получить случай, когда ток сразу пойдет от 0 до своего максимального значения.Для достижения этого значения потребуется некоторое время.

Ну, здесь мы можем констатировать, что индуцированная электродвижущая сила возникает и в катушке, если мы изменим ток в той же самой катушке. Это называется самоиндукцией, а создаваемая ЭДС, электродвижущая сила, называется «ЭДС самоиндукции». Поэтому теперь, как только мы изменим ток в первой катушке, мы индуцируем ток через вторую катушку, и магнитное поле этого тока вызовет изменение потока через первую катушку.Таким образом, мы получим и , индуцированных вдоль первой катушки. И если ток увеличивается в первой катушке, этот индуцированный ток будет течь в направлении, противоположном направлению исходного тока.

Таким образом, первоначальный ток сразу достигает своего максимального значения. Или, если i уменьшается, если первоначальный ток уменьшается от своего максимального значения до 0, то уменьшение магнитного поля будет генерировать или индуцировать электрический ток вдоль второй катушки.Этот ток будет течь в таком направлении, что будет противодействовать своей причине, и, следовательно, он будет течь в таком направлении, что создаваемое им магнитное поле будет совпадать с первоначальным магнитным полем. Это магнитное поле, опять же, будет генерировать изменение магнитного потока через область, окруженную первой катушкой. Это вызовет индуцированный ток вдоль первого, и в этом случае, опять же, он проявится против своей первоначальной причины, а именно уменьшения первоначального тока.

Следовательно, в этом случае этот ток будет отображаться в том же направлении, что и исходный ток. Поэтому позвольте мне выключить выключатель, ток не сразу упадет до 0 и пройдет некоторое время, и мы называем это электродвижущей силой, которая появляется в результате изменения тока в том же состоянии, что и сила самоиндукции. электродвижущая сила и связанный с ней ток как ток самоиндукции.

Хорошо. Если вспомнить определение индуктивности для любой катушки индуктивности, то L равно количеству потокосцеплений, деленному на ток.Отсюда, если мы сделаем перекрестное умножение, Li будет равно N умножить на Φ B . Итак, по закону Фарадея индуцированная электродвижущая сила равна – Н , умноженное на число витков, умноженное на изменение магнитного потока. Мы можем поместить это N в оператор производной, так как это константа, и записать это отношение d из B к dt . Но B по определению индуктивности равно L раз i .Поэтому ε становится равным – d из Li на dt .

Поскольку индуктивность постоянна, мы можем взять ее за пределы оператора производной. Тогда ЭДС индукции становится равной – L di на dt , и это выражение для электродвижущей силы самоиндукции. Это просто говорит нам, что если ток меняется, то мы получим ЭДС самоиндукции через ту же катушку. Если через любой индуктор протекает постоянный ток, то ЭДС самоиндукции будет равна 0.

Таким образом, мы можем резюмировать, сказав, что, таким образом, в любом индукторе — это может быть простой соленоид катушки или тороид — ЭДС самоиндукции возникает всякий раз, когда ток изменяется во времени. Величина электродвижущей силы не влияет на индуцированную электродвижущую силу. Имеет значение только скорость изменения тока. Другими словами, поскольку мы генерируем электродвижущую силу самоиндукции в самой первой катушке, ЭДС самоиндукции, а также связанный с ней индуцированный ток не имеют ничего общего с величиной исходного тока.Это напрямую зависит от того, насколько быстро или медленно изменяется этот первоначальный ток.

Итак, направление самоиндуцированной электродвижущей силы опять-таки определяется законом Ленца, другими словами, самоиндуцированные действия противодействуют вызывающему ее изменению. Таким образом, если мы добавим, мы можем сказать, что направление самоиндуцируемой электродвижущей силы определяется законом Ленца. То есть противостоит своему делу.

В этом смысле, если вы посмотрите на пару интересных случаев, предполагая, что у нас есть индуктор, может быть соленоид, тороид или простая катушка, и давайте предположим, что ток течет слева направо, и предположим, что i повышается.Следовательно, мы придем к самоиндуцированной электродвижущей силе, и она проявится так, что будет противодействовать своей причине. Очевидно, чтобы иметь возможность протекать ток в этом направлении, мы должны иметь нашу исходную стрелку ЭДС. Он указывает вправо, чтобы ток протекал слева направо. Таким образом, если i увеличивается, мы получим ЭДС самоиндукции вдоль этой катушки индуктивности, которая будет противодействовать своей причине. Другими словами, он будет вести себя так, как будто у нас есть другой источник питания, противодействующий этому току.Другими словами, генерация индуцированного тока в направлении, противоположном первоначальному току.

С другой стороны, если мы рассмотрим тот же индуктор, в этом случае ток убывает, опять же, в том же направлении. Итак, еще раз, стрелка ЭДС указывает в направлении протекания тока, но теперь ток становится все меньше и меньше, поэтому мы получим ЭДС самоиндукции через эту катушку индуктивности, но эта ЭДС проявится каким-то образом. что он попытается противостоять своему делу. Для этого он будет генерировать индуцированный ток, который будет течь в том же направлении, что и первоначальный ток.Следовательно, он будет вести себя так, как если бы у нас была индуцированная электродвижущая сила ε′ , и он генерирует ток в том же направлении, что и этот первоначальный. Принимая во внимание, что в предыдущем случае этот индуцированный ток будет иметь направление, противоположное направлению исходного тока.

Хотя это не очень хорошее представление, но оно поможет вам понять, потому что, помните, мы не можем реально использовать стрелки ЭДС из-за электродвижущей силы, генерируемой в результате индукции.Что ж, именно из-за этих причин для первого случая мы можем рассматривать этот случай как момент, когда мы включаем переключатель, так что ток увеличивается от его, от 0 до его максимального значения. В то время как во втором случае мы можем визуализировать это как момент, когда мы выключаем переключатель, чтобы ток уменьшался от своего максимального значения до 0. В обоих случаях ни максимальное значение, ни 0 значение тока не будут достигнуты немедленно. Это займет некоторое время из-за самоиндуцированной электродвижущей силы.

Ранние постдеполяризации: механизм индукции и блокады. Роль L-типа Ca2+ в настоящее время

Ранняя постдеполяризация (EAD) представляет собой тип триггерной активности, обнаруживаемой в сердечной мышце. Мы использовали волокна Пуркинье сердца овцы с зажимом напряжения, чтобы изучить механизм, лежащий в основе EAD, индуцированных напряжениями плато потенциала действия, с агонистом тока Ca2+ Bay K 8644, и эффект нескольких вмешательств, которые, как известно, подавляют или усиливают эти EAD.Залив K 8644 вызвал сдвиг внутрь стационарного соотношения ток-напряжение вблизи плато напряжения. Тетродотоксин, лидокаин, верапамил, нитрендипин и повышающие [К]о отменяют ЭАД и сдвигают установившиеся вольтамперные отношения наружу. Используя двухимпульсный протокол ограничения напряжения, переходный процесс внутреннего тока присутствовал при напряжениях, при которых были индуцированы EAD. Зависимость от напряжения наличия переходного процесса входящего тока и индукции EAD была одинаковой. Временная зависимость восстановления после инактивации переходного процесса входящего тока и амплитуды EAD была почти одинаковой.Без восстановления переходного процесса входящего тока невозможно было вызвать EAD. Переходный ток внутрь был усилен Bay K 8644 и заблокирован нитрендипином, но не был устранен тетродотоксином или заменой [Na]o непроницаемым катионом. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что индукция EAD вблизи напряжения плато потенциала действия требует 1) фазы кондиционирования, контролируемой суммой мембранных токов, присутствующих вблизи плато потенциала действия и характеризующейся удлинением и уплощением плато в диапазоне напряжений, где 2 ) может происходить восстановление после инактивации и реактивация Са2+-каналов L-типа для переноса деполяризующего заряда.Наши результаты предполагают существенную роль тока «окна» Ca2+ L-типа и обеспечивают основу для понимания роли нескольких мембранных токов в индукции и блокировании EAD.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция

ВСЕ ТАБЛИЦЫ НА ОДНОЙ СТРАНИЦЕ ДЛЯ ЛЕГКОЙ ПЕЧАТИ

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ

Чтобы понять закон индукции Фарадея, закон Ленца и правило правой руки с помощью простых экспериментов.

ОБОРУДОВАНИЕ

Гальванометр, постоянный стержневой магнит, компас, две катушки соленоида (грубый и тонкий), железный стержень, алюминиевый стержень и батарея.

ФОН

Провод, по которому течет электрический ток, создает магнитное поле вокруг провод. Если провод свернут в спираль, называемую соленоидом, тогда магнитное поле напоминает магнитное поле стержневого магнита. Один из концов соленоида будет вести себя как северный (поисковой) полюс. стержневого магнита, а другой конец будет вести себя как южный полюс.Полярность зависит от направления тока и определяется

ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — Если катушку взять правой рукой так, чтобы пальцы указывают в направлении тока, большой палец будет указывать к концу, который ведет себя как северный полюс. Противоположный конец ведет себя как Южный полюс.

ЭДС — Электродвижущая сила — старое название создаваемого напряжения не батареей, а изменяющимся магнитным полем. ЭДС может толкнуть электроны вокруг проводника, так как напряжение батареи может подтолкнуть электроны через провод.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ — Всякий раз, когда проводник находится в изменяющемся магнитное поле, в нем возникает ЭДС индукции. Если проводящий путь представляет собой замкнутая цепь, будет течь ток. Величина тока зависит от ЭДС (напряжения) и сопротивления цепи (вспомните Закон Ома). То направление тока совпадает с направлением ЭДС индукции.

ЗАКОН ИНДУКЦИИ ФАРАДЕЯ для ЭДС, индуцированной в проводящей петле, равен

ЭДС = — Н д / дт то есть величина ЭДС индукции зависит от числа витков провода N в петле и от скорости изменения магнитного поля во времени поток, который является произведением магнитное поле B и площадь петли.Поток может меняться так как
  1. магнитное поле меняется — B увеличивается или уменьшается
  2. площадь петли меняется — она ​​меняет форму
  3. ориентация контура относительно направления магнитного поля меняется.
Направление ЭДС индукции определяется законом Ленца.

ЗАКОН ЛЕНЦА — всякий раз, когда ток течет в результате индуцированной ЭДС, его направление таково, что возникает магнитный поток, противодействующий изменение условий, приводящее к возникновению ЭДС индукции.Индуцированный ток стремится поддерживать постоянный поток через петлю.

ГАЛЬВАНОМЕТР — очень чувствительный детектор тока, который может считывать ток, проходящий через него в любом направлении. Игла опрокинется к входящий ток. (Представьте себе флюгер, указывающий на ветер.)

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ — описывает вещество, обладающее сильными магнитными свойствами. последствия. Образец будет притягиваться либо к северному, либо к южному полюсу. магнита.

ПРОЦЕДУРА

  1. Обратите внимание на полярность стержневого магнита. Наблюдайте за эффектом бара магнит на компасе. Стрелка компаса указывает на или от северного полюса стержневого магнита?
  2. Предусмотрены две катушки соленоида: первичная с несколькими витками грубая проволока, а вторичная со множеством витков тонкой проволоки.
  3. Обратите внимание, в каком направлении намотана первичная катушка. Прежде чем на самом деле попробовав, предсказать по правилу правой руки, какой должна быть батарея подключен к первичной обмотке, образуя северный полюс на узком конце.Проверять ваш прогноз с компасом. Изменить ориентацию батареи и убедитесь, что южный полюс создается на узком конце первичной обмотки.
  4. Подсоедините вторичную катушку к гальванометру.
  5. Обратите внимание, в каком направлении намотана вторичная обмотка. Прежде чем на самом деле проведя эти эксперименты, определите, используя закон Ленца, направление, в котором стрелка гальванометра отклонится.
  6. Экспериментальные результаты в этой лаборатории качественные, а не количественные.Вы будете записывать направление тока через гальванометр. (вправо или влево) и относительную величину отклонения гальванометра индикатор (большой или маленький).
  7. Следующие инструкции кратко изложены в таблицы, в которых используются следующие сокращения
    • НП — северный полюс
    • СП — южный полюс
    • М — магнит
    • П — первичный соленоид
    • S — вторичный соленоид

  8. Быстро переместите северный полюс магнита во вторичный и обратите внимание направление и величина отклонения.Быстро удалить северный полюс от вторичного и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  9. Медленно переместите северный полюс магнита во вторичную обмотку и отметьте направление и величина отклонения. Медленно удаляйте северный полюс от вторичного и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  10. Быстро переместите южный полюс магнита во вторичный и обратите внимание направление и величина отклонения. Быстро удалить южный полюс от вторичного и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  11. Медленно переместите южный полюс магнита во вторичный и обратите внимание направление и величина отклонения. Медленно удаляйте южный полюс от вторичного и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  12. Обратите внимание, показывает ли гальванометр отклонение, когда северный полюс магнит находится внутри вторичного, но не движется относительно него.
  13. Нарисуйте большую четкую диаграмму, чтобы обозначить свои эксперименты. Включить полярность и направление движения магнита, направление, в котором вторичная катушка намотана, а направление протекания индуцированного тока в вторичный.Одной диаграммы может быть достаточно, если она достаточно общая.
  14. Объясните свои результаты, используя закон Ленца. Максимально обобщайте чтобы не перечислять каждый отдельный случай отдельно.

  15. Поместите первичную обмотку полностью внутрь вторичной. Используйте закон Ленца, чтобы предсказать результаты следующих экспериментов. Подсоедините аккумулятор к первичный таким образом, что северный полюс создается на узком конце начальный. Обратите внимание на направление и величину отклонения. Отключите батареи и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  16. Подсоедините батарею к первичной обмотке таким образом, чтобы южный полюс образовался на узкий конец первички. Обратите внимание на направление и размер отклонение. Отсоедините аккумулятор и обратите внимание на направление и размер отклонение.
  17. Обратите внимание на отклонение, когда аккумулятор подключен к основному и цепь не замыкается и не размыкается, то есть когда ток через первичка постоянна.
  18. Согласуются ли ваши экспериментальные результаты с использованием первичного результаты с использованием стержневого магнита? Объяснять.
  19. Поместите алюминиевый стержень (более легкий из двух) внутрь первичной который все еще находится внутри вторичного. Алюминий является хорошим проводником электричества, но он не ферромагнитный. Подсоедините аккумулятор к первичный таким образом, что северный полюс создается на узком конце начальный. Обратите внимание на направление и величину отклонения. Отключите батареи и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  20. Подсоедините батарею к первичной обмотке таким образом, чтобы южный полюс образовался на узкий конец первички.Обратите внимание на направление и размер отклонение. Отсоедините аккумулятор и обратите внимание на направление и размер отклонение.
  21. Есть ли экспериментально измеряемая разница между заполненным воздухом первичный и алюминиевый первичный?
  22. Поместите железный стержень (более тяжелый из двух) внутрь первичного который все еще находится внутри вторичного. Железо — посредственный электрический проводник, и он ферромагнитный. Подсоедините аккумулятор к первичный таким образом, что северный полюс создается на узком конце начальный.Обратите внимание на направление и величину отклонения. Отключите батареи и обратите внимание на направление и величину отклонения.
  23. Подсоедините батарею к первичной обмотке таким образом, чтобы южный полюс образовался на узкий конец первички. Обратите внимание на направление и размер отклонение. Отсоедините аккумулятор и обратите внимание на направление и размер отклонение.
  24. Есть ли экспериментально измеряемая разница между заполненным воздухом первичный и заполненный железом первичный?
  25. Найдите в Справочнике CRC по химии и физике магнитные восприимчивость алюминия и любого из соединений железа.Как вы думаете, что представляет собой это число?
  26. Нарисуйте большую четкую диаграмму, чтобы обозначить свои эксперименты. Включить направление наматывания первичной обмотки ток, протекающий через первичную обмотку, в том смысле, в котором вторичная обмотка раны, и направление протекания индуцированного тока во вторичной обмотке. А одной диаграммы может быть достаточно, если она достаточно общая.
  27. Объясните свои результаты, используя закон Ленца.

  28. Снимите первичный элемент с неповрежденным железным сердечником из вторичного и поместите два соленоида на стол первичным перпендикулярно середина среднего.Подсоедините аккумулятор к первичной обмотке таким образом, чтобы северный полюс создается на узком конце первичной обмотки. Обратите внимание на направление и размер прогиба. Отсоедините аккумулятор и обратите внимание на направление и размер прогиба.
  29. Объясните свои результаты, используя закон Ленца.
Не забывайте о двух случайных и двух систематических источниках ошибок.
Назад к Руководству по электричеству и магнетизму

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток 2020-11-13T16:46:31-05:00pdftk 1.44 — www.pdftk.com2022-01-12T17:28:39-08:002022-01-12T17:28:39-08:00iText 4.2.0 от 1T3XTapplication/pdfuuid:f46231c6-5d4d-4a7a-8948-4a9a109e3a84uuid:8011 -4878-4a7e-ab48-7e092bee66d8

  • Бхирава Пердана Картика
  • Сиска Курниавати
  • Нугрохо Ади Прамоно
  • конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток xXKo6Br

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *