Példakérdések és képletek Ampere transzformátor által indukált EMF törvényéhez
Ampere törvénye
1. H.C. Oersted szerint az elektromos áram mágneses mezőt hoz létre. Ezt az elméletet továbbfejlesztve, egy elektromos áramot hordozó tekercs is mágneses mezőt hoz létre. Egy olyan tekercs, amely elektromos áram folyásakor egy rúdmágnes által létrehozotthoz hasonló mágneses mezőt hoz létre...
A. toroid
B. mágnesszelep
C. tekercselt huzal
D. téglalap alakú tekercs
Vita
Egy rúdmágnesnek két pólusa van: egy északi és egy déli pólus. A rúdmágnes által keltett mágneses mezőt a mágneses erővonalak ábrázolják, amelyek az északi pólusból indulnak ki és a déli pólusba lépnek be.
A rúdmágnes által generált mágneses mező hasonló a szolenoid által generált mágneses mezőhöz, ahogy az az oldalsó képen is látható.
A mágnestekercs egy hosszú, sok menetből álló huzaltekercs. Az alábbi kép egy példát mutat be arra, hogyan lehet mágnest készíteni egy elektromos áramot hordozó huzaltekercs feltekerésével. A mágneses pólusok iránya a jobbkézszabály segítségével határozható meg.
Nyújtsd ki a jobb kezed úgy, hogy a tenyered az arcod felé nézzen. Nyújtsd ki a hüvelykujjadat, és a másik négy ujjadat hajlítsd előre, az arcod felé. A négy ujj hajlításának iránya megfelel a tekercsben folyó áram irányának, míg a hüvelykujj a mágneses mező északi pólusa felé mutat. A hüvelykujj az N tengely felé mutat, tehát N a mágnes északi pólusát, M pedig a mágnes déli pólusát jelöli.
A helyes válasz a B.
Toroid
2. Az elektromos áramot hordozó toroid által létrehozott mágneses mezőnek van iránya….
A. merőleges a toroid síkjára
B. kör alakú
C. oda-vissza
D. az időtől függ
Vita
A toroid egy kör alakú mágneses tekercs, tehát a jobbkézszabály szerint a toroid által generált mágneses mező körirányú.
A helyes válasz a B.
Indukált elektromágneses mező
3. Ha egy mágnest egy tekercsbe mozgatnak, indukált elektromotoros erő keletkezik a tekercs végei között. Ezt az eseményt a következő okozza...
A. A tekercset elvágó mágneses mező irányában változás áll be.
B. a mágneses pólusokban változás történik, amely elvágja a tekercset
C. Változik a tekercset metsző mágneses erővonalak száma.
D. csökken a tekercset elvágó mágneses erővonalak száma
Vita
Az indukált elektromotoros erőt a változó mágneses tér hozza létre. Az indukált EMF nagysága nem a mágneses tér változásának sebességétől, hanem a mágneses fluxus változásának sebességétől függ. A mágneses fluxus a tekercsen áthaladó mágneses erővonalak száma. A mágneses fluxus matematikai képlete: ΦB = BA cos θ. Ha a mágneses erővonalak merőlegesek a tekercs felületére, akkor a mágneses erővonalak és a merőleges között 0 szöget zárnak be.o, ahol a koszinusz 0o = 1. Ha a mágneses erővonalak párhuzamosak a tekercs felületével, akkor a létrehozott szög 90°o, ahol a koszinusz 90o = 0. Tehát a mágneses fluxusnak minimális értéke van, amikor a mágneses erővonalak párhuzamosak a tekercs felületével, és maximális értéke van, amikor a mágneses erővonalak merőlegesek a tekercs felületére.
Az indukált emf nagyságát Faraday indukciós törvényének képletével számítjuk ki:
A negatív előjel azt jelzi, hogy az indukált elektromotoros erő a fluxusváltozás eredetével ellentétes irányú elektromos áramot generál. Ezt az állítást Lenz törvényének nevezzük.
A helyes válasz a C.
4. A tekercsben fellépő indukált EMF idővel lineárisan növekszik. Ha a tekercs felülete állandó marad, és a mágneses mező merőleges a tekercs felületére, akkor az adott feltételre vonatkozó lehetséges mágneses mező grafikon a következő:….
Vita
Az indukált emf nagyságát Faraday indukciós törvényének képletével számítjuk ki:
Ha az elektromos mező merőleges a tekercs felületére, akkor:
Információ:
Ha a mágneses mező merőleges a tekercs felületére, akkor a mágneses fluxus képlete a következő:
B = mágneses mező, A = a tekercs felülete.
A tekercs felülete rögzített értékű, és a mágneses mező merőleges a tekercs felületére, így rögzített értékű.
Tehát a fenti képlet alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy az indukált emf értékét a fluxus változásának sebessége befolyásolja, ha a fluxus változásának sebessége nagyobb, akkor az indukált emf is nagyobb.
A helyes válasz a B.
Transzformátor
5. Figyelj a következő állításra!
1. Az elsődleges tekercsek száma kisebb, mint a másodlagos tekercsek száma
2. Az elsődleges feszültség nagyobb, mint a másodlagos feszültség
3. Az elsődleges áram nagyobb, mint a másodlagos áram
4. Az elsődleges teljesítmény kisebb, mint a másodlagos teljesítmény
A feszültségnövelő transzformátor jellemzőire vonatkozó állítás a következő:….
A. 1. és 2. állítás
B. 1. és 3. állítás
C. 2. és 3. állítás
D. 2. és 4. állítás
Vita
A transzformátor egy olyan eszköz, amely a váltakozó áram (AC) feszültségét változtatja. Kétféle transzformátor létezik: feszültségnövelő transzformátorok és feszültségcsökkentő transzformátorok. A feszültségnövelő transzformátorok növelik, míg a feszültségcsökkentő transzformátorok csökkentik a feszültséget.
A feszültségnövelő transzformátor a feszültség növelésére szolgál, így a jellemzői a következők:
1. A primer feszültség kisebb, a szekunder feszültség nagyobb
2. Az elsődleges elektromos áram nagyobb, a másodlagos elektromos áram kisebb
3. Minél kevesebb az elsődleges menet, annál több a másodlagos menet
A feszültségcsökkentő transzformátor jellemzői a feszültség csökkentésére szolgálnak, így a jellemzők a következők:
1. A primer feszültség nagyobb, a szekunder feszültség kisebb
2. Az elsődleges elektromos áram kisebb, a másodlagos elektromos áram nagyobb
2. Minél nagyobb az elsődleges menetek száma, annál kevesebb a másodlagos menetek száma.
Az elektromos teljesítmény az adott időintervallum alatt felhasznált elektromos energia. Energiamegőrződéssel a teljesítmény is megmarad. Ezért az elsődleges tekercsben lévő elektromos energia megegyezik a másodlagos tekercsben lévő elektromos energiával, és az elektromos teljesítmény is megegyezik.
Elektromos teljesítmény képlete:
P = VI
Leírás: P = elektromos teljesítmény, V = elektromos feszültség, I = elektromos áram
Állandó teljesítmény, ezért ezen képlet alapján arra a következtetésre jutunk, hogy ha az elektromos feszültség nagy, akkor az elektromos áram kicsi, így az elektromos feszültség és az elektromos áram szorzata állandó értékű.
A helyes válasz a B.
