Eksempelspørgsmål og formler til Amperes lov for transformerinduceret elektromagnetisk felt
Amperes lov
1. Ifølge H.C. Ørsted producerer en elektrisk strøm et magnetfelt. I denne teori producerer en spole, der bærer elektrisk strøm, også et magnetfelt. En spole, der, når den bærer elektrisk strøm, producerer et magnetfelt svarende til det, der produceres af en stangmagnet, er...
A. toroid
B. solenoid
C. spiraltråd
D. rektangulær spole
Diskussion
En stangmagnet har to poler: en nordpol og en sydpol. Magnetfeltet, der genereres af en stangmagnet, repræsenteres af magnetfeltlinjer, der udgår fra nordpolen og går ind i sydpolen.
Magnetfeltet, der genereres af en stangmagnet, ligner det magnetfelt, der genereres af en solenoid, som på billedet på siden.
En solenoid er en lang trådspole med mange vindinger. Billedet nedenfor viser et eksempel på fremstilling af en magnet ved at vikle en trådspole, der fører en elektrisk strøm, omkring den. Retningen af de magnetiske poler kan bestemmes ved hjælp af højrehåndsreglen.
Ræk din højre hånd ud, så håndfladen vender mod dit ansigt. Ræk din tommelfinger ud, og bøj de andre fire fingre fremad mod dit ansigt. Retningen af bøjningerne på de fire fingre svarer til retningen af strømmen i spolen, mens tommelfingeren peger mod magnetfeltets nordpol. Tommelfingeren peger mod N-aksen, så N repræsenterer magnetens nordpol, og M repræsenterer magnetens sydpol.
Det rigtige svar er B.
Toroid
2. Magnetfeltet skabt af en toroid, der bærer en elektrisk strøm, har en retning….
A. vinkelret på toroidens plan
B. cirkulær
C. frem og tilbage
D. afhænger af tid
Diskussion
En toroid er en cirkulær solenoid, så ved at bruge højrehåndsreglen har det magnetfelt, der genereres af toroiden, en cirkulær retning.
Det rigtige svar er B.
Induceret EMF
3. Hvis en magnet bevæges ind i en spole, vil der opstå en induceret elektromotorisk kraft mellem spolens ender. Denne begivenhed er forårsaget af...
A. Der er en ændring i retningen af det magnetfelt, der skærer spolen.
B. der er en ændring i de magnetiske poler, der skærer spolen
C. Der er en ændring i antallet af magnetiske kraftlinjer, der skærer spolen.
D. der er en reduktion i antallet af magnetiske kraftlinjer, der skærer spolen
Diskussion
Induceret elektromotorisk kraft produceres af et skiftende magnetfelt. Størrelsen af den inducerede elektromotoriske kraft afhænger ikke af ændringshastigheden af magnetfeltet, men af ændringshastigheden af magnetisk flux. Magnetisk flux er antallet af magnetfeltlinjer, der passerer gennem en spole. Den matematiske formel for magnetisk flux er ΦB = BA cos θ. Hvis magnetfeltlinjerne er vinkelrette på spolens overfladeareal, er vinklen dannet mellem magnetfeltlinjerne og normallinjen 0o, hvor cosinus er 0o = 1. Hvis magnetfeltlinjerne er parallelle med spolens overfladeareal, er den dannede vinkel 90o, hvor cosinus er 90o = 0. Så den magnetiske flux har en minimumsværdi, når magnetfeltlinjerne er parallelle med spolens overfladeareal, og en maksimumsværdi, når magnetfeltlinjerne er vinkelrette på spolens overfladeareal.
Størrelsen af den inducerede elektromotoriske kraft beregnes ved hjælp af Faradays induktionslovs formel:
Det negative fortegnet angiver, at den inducerede elektromotoriske kraft genererer en elektrisk strøm i den modsatte retning af fluxændringens oprindelse. Denne sætning kaldes Lenz' lov.
Det rigtige svar er C.
4. Den inducerede elektromagnetiske kraft (EMK), der opstår i en spole, stiger lineært med tiden. Hvis spolens overfladeareal forbliver konstant, og magnetfeltet er vinkelret på spolens overflade, så er den mulige magnetfeltgraf for denne tilstand….
Diskussion
Størrelsen af den inducerede elektromotoriske kraft beregnes ved hjælp af Faradays induktionslovs formel:
Hvis det elektriske felt er vinkelret på spolens overflade, så gælder følgende:
Information :
Hvis magnetfeltet er vinkelret på spolens overflade, er den magnetiske fluxformel:
B = magnetfelt, A = spolens overfladeareal.
Spolens overfladeareal har en fast værdi, og magnetfeltet er vinkelret på spolens overflade, så det har en fast værdi.
Så baseret på ovenstående formel kan det konkluderes, at det, der påvirker værdien af den inducerede emk, er fluxændringshastigheden. Hvis fluxændringshastigheden er større, så er den inducerede emk større.
Det rigtige svar er B.
transformer
5. Vær opmærksom på følgende udsagn!
1. Antallet af primære viklinger er mindre end antallet af sekundære viklinger
2. Primærspændingen er større end sekundærspændingen
3. Primærstrømmen er større end sekundærstrømmen
4. Primæreffekt er mindre end sekundæreffekt
Udsagnet, der svarer til karakteristikken for en step-up transformer, er….
A. udsagn 1 og 2
B. udsagn 1 og 3
C. udsagn 2 og 3
D. udsagn 2 og 4
Diskussion
En transformer er en enhed til at ændre spændingen i vekselstrøm (AC). Der findes to typer transformere: step-up transformere og step-down transformere. Step-up transformere øger spændingen, mens step-down transformere sænker spændingen.
Step-up-transformeren har til formål at øge spændingen, så dens egenskaber er:
1. Primærspændingen er mindre, sekundærspændingen er større
2. Den primære elektriske strøm er større, den sekundære elektriske strøm er mindre
3. Antallet af primære vindinger er mindre, antallet af sekundære vindinger er mere
Karakteristikaene for en step-down transformer fungerer ved at reducere spændingen, således at karakteristikaene er:
1. Primærspændingen er større, sekundærspændingen er mindre
2. Den primære elektriske strøm er mindre, den sekundære elektriske strøm er større
2. Antallet af primære vindinger er større, antallet af sekundære vindinger er mindre.
Elektrisk effekt er den elektriske energi, der bruges over et bestemt tidsinterval. Energi bevares, og derfor bevares også effekt. Derfor er den elektriske energi i primærspolen lig med den elektriske energi i sekundærspolen, og det samme gælder elektrisk effekt.
Elektrisk effekt formel:
P = VI
Beskrivelse: P = elektrisk effekt, V = elektrisk spænding, I = elektrisk strøm
Konstant effekt, derfor baseret på denne formel konkluderes det, at hvis den elektriske spænding er stor, så er den elektriske strøm lille, således at produktet af den elektriske spænding og den elektriske strøm har en konstant værdi.
Det rigtige svar er B.
