Ampèresches Gesetz zur Berechnung der transformatorinduzierten EMK

Beispielaufgaben und Formeln zum Ampèreschen Gesetz der transformatorinduzierten EMK

Ampèresches Gesetz

1. Laut H.C. Oersted erzeugt ein elektrischer Strom ein Magnetfeld. Ausgehend von dieser Theorie erzeugt auch eine stromdurchflossene Spule ein Magnetfeld. Eine Spule, die beim Durchfließen eines elektrischen Stroms ein Magnetfeld erzeugt, das dem eines Stabmagneten ähnelt, ist...

A. Toroid
B. Magnetspule
C. gewickelter Draht
D. rechteckige Spule

Diskussion

Ein Stabmagnet besitzt zwei Pole: einen Nordpol und einen Südpol. Das Magnetfeld eines Stabmagneten wird durch Magnetfeldlinien dargestellt, die vom Nordpol ausgehen und zum Südpol verlaufen.
Das Magnetfeld, das von einem Stabmagneten erzeugt wird, ist dem Magnetfeld, das von einer Spule erzeugt wird, ähnlich, wie in der Abbildung an der Seite dargestellt.
Eine Spule ist eine lange Drahtspule mit vielen Windungen. Die Abbildung unten zeigt ein Beispiel für die Herstellung eines Magneten durch Umwickeln einer stromdurchflossenen Drahtspule. Die Richtung der Magnetpole lässt sich mithilfe der Rechte-Hand-Regel bestimmen.
Strecken Sie Ihre rechte Hand so aus, dass die Handfläche zu Ihrem Gesicht zeigt. Strecken Sie den Daumen und beugen Sie die übrigen vier Finger nach vorn zu Ihrem Gesicht. Die Beugungsrichtung der Finger entspricht der Stromrichtung in der Spule, während der Daumen zum Nordpol des Magnetfelds zeigt. Da der Daumen zur N-Achse zeigt, repräsentiert N den Nordpol und M den Südpol des Magneten.
Die richtige Antwort ist B.

Toroid

2. Das Magnetfeld, das von einem durch elektrischen Strom geleiteten Toroid erzeugt wird, hat eine Richtung….

A. senkrecht zur Ebene des Toroids
B. Rundschreiben
C. hin und her
D. hängt von der Zeit ab

Diskussion
Ein Toroid ist eine kreisförmige Spule, daher hat das vom Toroid erzeugte Magnetfeld gemäß der Rechte-Hand-Regel eine kreisförmige Richtung.
Die richtige Antwort ist B.

Induziertes elektromagnetisches Feld

3. Wird ein Magnet in eine Spule eingeführt, entsteht zwischen den Enden der Spule eine induzierte elektromotorische Kraft. Diese wird verursacht durch …
A. Es kommt zu einer Änderung der Richtung des Magnetfelds, das die Spule durchschneidet.
B. Es kommt zu einer Änderung der Magnetpole, die die Spule durchschneiden.
C. Es kommt zu einer Änderung der Anzahl der magnetischen Feldlinien, die die Spule durchschneiden.
D. Es kommt zu einer Verringerung der Anzahl der magnetischen Feldlinien, die die Spule durchschneiden.
Diskussion
Eine induzierte elektromotorische Kraft (EMK) entsteht durch ein sich änderndes Magnetfeld. Die Stärke der induzierten EMK hängt nicht von der Änderungsrate des Magnetfelds, sondern von der Änderungsrate des magnetischen Flusses ab. Der magnetische Fluss ist die Anzahl der Magnetfeldlinien, die eine Spule durchdringen. Die mathematische Formel für den magnetischen Fluss lautet Φ._B = BA cos θ. Wenn die Magnetfeldlinien senkrecht zur Oberfläche der Spule verlaufen, dann ist der Winkel zwischen den Magnetfeldlinien und der Normalen 0_o, wobei der Kosinus 0 beträgt_o = 1. Wenn die Magnetfeldlinien parallel zur Oberfläche der Spule verlaufen, beträgt der gebildete Winkel 90°.^o, wobei der Kosinus 90 beträgt^o = 0. Der magnetische Fluss hat also einen Minimalwert, wenn die Magnetfeldlinien parallel zur Oberfläche der Spule verlaufen, und einen Maximalwert, wenn die Magnetfeldlinien senkrecht zur Oberfläche der Spule verlaufen.
Die Größe der induzierten EMK wird mithilfe der Formel des Faraday'schen Induktionsgesetzes berechnet:

Das negative Vorzeichen bedeutet, dass die induzierte elektromotorische Kraft einen elektrischen Strom in entgegengesetzter Richtung zum Ursprung der Flussänderung erzeugt. Diese Aussage wird als Lenzsches Gesetz bezeichnet.
Die richtige Antwort ist C.

4. Die in einer Spule induzierte EMK steigt linear mit der Zeit an. Bleibt die Oberfläche der Spule konstant und verläuft das Magnetfeld senkrecht zur Spulenoberfläche, so ergibt sich für diesen Fall folgender Verlauf des Magnetfelds: …

Diskussion
Die Größe der induzierten EMK wird mithilfe der Formel des Faraday'schen Induktionsgesetzes berechnet:

Wenn das elektrische Feld senkrecht zur Oberfläche der Spule steht, dann gilt:

Information :

Wenn das Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche der Spule steht, lautet die Formel für den magnetischen Fluss:

B = Magnetfeld, A = Oberfläche der Spule.
Die Oberfläche der Spule hat einen festen Wert und das Magnetfeld steht senkrecht zur Oberfläche der Spule und hat daher ebenfalls einen festen Wert.
Aus der obigen Formel lässt sich schließen, dass die Änderungsrate des Flusses den Wert der induzierten EMK beeinflusst; je größer die Änderungsrate des Flusses ist, desto größer ist auch die induzierte EMK.
Die richtige Antwort ist B.

Trafo

5. Beachten Sie die folgende Aussage!
1. Die Anzahl der Primärwicklungen ist geringer als die Anzahl der Sekundärwicklungen.
2. Die Primärspannung ist größer als die Sekundärspannung.
3. Der Primärstrom ist größer als der Sekundärstrom.
4. Die Primärleistung ist kleiner als die Sekundärleistung.
Die Aussage, die den Eigenschaften eines Aufwärtstransformators entspricht, lautet….
A. Aussagen 1 und 2
B. Aussagen 1 und 3
C. Aussagen 2 und 3
D. Aussagen 2 und 4
Diskussion
Ein Transformator ist ein Gerät zur Umwandlung der Spannung von Wechselstrom. Es gibt zwei Arten von Transformatoren: Aufwärtstransformatoren und Abwärtstransformatoren. Aufwärtstransformatoren erhöhen die Spannung, während Abwärtstransformatoren die Spannung verringern.
Der Aufwärtstransformator dient dazu, die Spannung zu erhöhen, sodass seine Eigenschaften wie folgt sind:
1. Die Primärspannung ist kleiner, die Sekundärspannung größer.
2. Der Primärstrom ist größer, der Sekundärstrom ist kleiner.
3. Die Anzahl der primären Windungen ist geringer, die Anzahl der sekundären Windungen ist größer.

Die Eigenschaften eines Abwärtstransformators zur Spannungsreduzierung sind:
1. Die Primärspannung ist größer, die Sekundärspannung kleiner.
2. Der Primärstrom ist kleiner, der Sekundärstrom ist größer.
2. Je größer die Anzahl der primären Windungen, desto kleiner die Anzahl der sekundären Windungen.

Elektrische Leistung ist die in einem bestimmten Zeitintervall verbrauchte elektrische Energie. Energie ist ein Erhaltungszustand, daher ist auch die Leistung erhalten. Folglich ist die elektrische Energie in der Primärspule gleich der elektrischen Energie in der Sekundärspule, und somit auch die elektrische Leistung.
Formel für elektrische Leistung:
P = VI
Beschreibung: P = elektrische Leistung, V = elektrische Spannung, I = elektrischer Strom
Konstante Leistung. Aus dieser Formel folgt, dass bei großer elektrischer Spannung der elektrische Strom klein ist, sodass das Produkt aus elektrischer Spannung und elektrischem Strom einen konstanten Wert hat.
Die richtige Antwort ist B.