Segulvirkni – vandamál og lausnir
1. Eftirfarandi þættir hafa áhrif á segulvirkni á leiðaravírnum.
(1) straumurinn sem rennur í vírnum
(2) rafleysni
(3) vírþéttleiki
(4) fjarlægð punkts frá vírnum
Hvaða fullyrðingar eru réttar
Lausn:
Jafna segulvirkni vírs:
μ o = Gegndræpi lofttæmis eða segulmagnaðs fasta
I = Rafstraumur sem rennur um vírinn
r = fjarlægð punkts frá vírnum
B = stærð segulvirkni
2. Athugið fullyrðingarnar sem tengjast eftirfarandi segulvirkni.
(1) straumurinn sem rennur í vírnum
(2) gegndræpi lofttæmis
(3) þversniðsflatarmál vírsins
(4) vírþéttleiki
Hvað hefur áhrif á stærð segulvirkni á vírleiðara.
lausn
Lærðu segulvirkjunarformúluna og fyrri lýsingu.
3. Rafstraumurinn I rennur eftir leiðaranum. Hver er segulspennan í miðju hringsins (P)? ( µ o = 4π.10⁻⁶ Wb.m⁻¹ .A⁻¹ )
Þekkt:
Radíus hringsins (r) = 6 cm = 6 x 10-2 metra
Rafstraumur (I) = 8 Amper
Gegndræpi lofttæmis (µo ) = 4π x 10⁻⁶ Wb.A⁻¹ m⁻¹
Óskað er eftir: segulvirkni í miðju hringsins (P)
Lausn:
360 ° – 90 ° = 270 ° . 270 ° / 360 ° = 3/4 þá 270 ° = 3/4 ummál
Formúlan fyrir segulsviðið í miðju spólunnar með fjölda lykkjum:
B = segulsvið, N = fjöldi vafninga, I = rafstraumur, r = bognunarradíus
Í dæminu hér að ofan er aðeins ein vinding þannig að N er fjarlægt úr jöfnunni. Vírspólan í dæminu hér að ofan er ekki 1 hringur heldur 3/4 hringur. Formúlan hér að ofan er leiðrétt aftur með þessu dæmi:
Segulvirkni í miðju hringsins:
4. Straumur 2 A rennur eftir hringlaga vír eins og á myndinni. Hver er stærð og stefna segulspennunnar í punktinum P ef radíus hringsins er 4π cm?
Þekkt:
Radíus (r) = 4π cm = 4π x 10-2 metra
Rafstraumur (I) = 2 Amper
Gegndræpi lofttæmis (µo ) = 4π x 10⁻⁶ Wb.A⁻¹ m⁻¹
Óskað er eftir: Stærð og stefna segulvirkni í punktinum P
Lausn:
Vírspólan í dæminu hér að ofan er hálfur hringur.
Stærð segulvirkni í punktinum P:
20 hugmyndalegar spurningar og svör tengdar segulvirkni:
1. Spurning: Hvað er segulvirkni?
Svar: Segulroði, eða segulflæðisþéttleiki, er mælikvarði á styrk segulsviðslína á tilteknu svæði. Hún er táknuð með tákninu B og hefur einingar sem Tesla (T).
2. Spurning: Hvernig tengist segulvirkni segulsviðinu?
Svar: Segulvirkni er megindleg framsetning segulsviðs sem gefur til kynna styrk þess og stefnu á hverjum stað í geimnum.
3. Spurning: Hver er lögmál Faradays um rafsegulfræðilega innleiðingu?
Svar: Lögmál Faradays segir að rafhreyfikrafturinn (EMF) sem örvaður er í lokuðum rásum sé jafn neikvæðri breytingartíðni segulflæðisins í gegnum rásina.
4. Spurning: Hvernig hefur stefna spólu áhrif á segulvirkni sem hún verður fyrir?
Svar: Segulspennan sem spóla verður fyrir er hámark þegar plan spólunnar er hornrétt á segulsviðið og lágmark þegar planið er samsíða.
5. Spurning: Hvaða hlutverki gegnir segulvirkni í spennubreytum?
Svar: Í spennum veldur víxlsegulörvun í aðalspólunni rafsegulmögnun í aukaspólunni, sem gerir kleift að flytja raforku milli spóla.
6. Spurning: Hvernig leiðir hreyfing leiðara í segulsviði til rafsegulfræðilegrar örvunar?
Svar: Þegar leiðari hreyfist í segulsviði breytist fjöldi segulsviðslína sem fara í gegnum hann, sem leiðir til örvaðrar rafsegulbylgju (e. MF) samkvæmt lögmáli Faradays.
7. Spurning: Hver er eining segulvirkni?
Svar: Eining segulvirkni er Tesla (T), sem jafngildir Weber á fermetra (Wb/m²).
8. Spurning: Hvernig tengist lögmál Lenz segulvirkni?
Svar: Lögmál Lenz segir til um stefnu rafsegulstraums og rafsegulstraums sem myndast við rafsegulörvun. Það vinnur gegn breytingunni á segulflæðinu sem framkallaði það.
9. Spurning: Hvers vegna er járn oft notað sem kjarni í spanspólum?
Svar: Járn er járnsegulmagnað og auðvelt er að segulmagna það. Þegar það er notað sem kjarni eykur það segulvirkni og einbeitir segulsviðslínunum, sem eykur skilvirkni spólunnar.
10. Spurning: Hvernig hefur breyting á segulflæði áhrif á stærð innleiddrar rafsegulbylgju?
Svar: Stærð örvuðu rafsegulsviðsins er í beinu hlutfalli við breytingarhraða segulflæðisins.
11. Spurning: Hvað er gagnkvæm örvun?
Svar: Gagnkvæm örvun vísar til þess ferlis þar sem breyting á straumi einnar spólu veldur rafsegulmögnun (EMF) í nálægri spólu vegna breytinga á segulsviðinu.
12. Spurning: Hvernig er hægt að auka skilvirkni rafsegulfræðilegrar innleiðingar í kerfi?
Svar: Hægt er að auka skilvirkni með því að nota efni með mikla segulgegndræpi, draga úr viðnámstapi og fínstilla hönnun og stefnu spólunnar miðað við segulsviðið.
13. Spurning: Hvað er sjálfsvirkjun?
Svar: Sjálfsörvun á sér stað þegar breytilegur straumur í spólu veldur rafsegulmögnun (EMF) í sömu spólu vegna breytilegs segulsviðs hennar.
14. Spurning: Hvernig hefur fjöldi snúninga í spólu áhrif á segulvirkni?
Svar: Að auka fjölda vindinga í spólu magnar örvuðu rafsegulsviðið (e. electromagnetic felling), miðað við stöðugan breytingarhraða segulflæðisins.
15. Spurning: Hvaða hlutverki gegnir segulvirkni í rafalstöðvum?
Svar: Í rafalstöðvum veldur vélræn hreyfing (oft snúningur) breytingu á segulflæði í spólum, sem leiðir til rafsegulfræðilegrar örvunar og myndunar riðstraums (AC).
16. Spurning: Getur segulvirkni átt sér stað með kyrrstæðum seglum og kyrrstæðum leiðurum?
Svar: Nei, til þess að segulvirkni eigi sér stað þarf að vera hlutfallsleg hreyfing milli segulsins og leiðarans, eða segulsviðið sjálft verður að vera að breytast.
17. Spurning: Hvernig tengist segulvirkni segulgegndræpi?
Svar: Segulgegndræpi mælir getu efnis til að styðja við myndun segulsviðs. Efni með meiri segulgegndræpi geta einbeitt segulsviðslínum, sem leiðir til meiri segulvirkni.
18. Spurning: Hvað gerist við rafsegulmögnunina sem myndast þegar leiðari ferðast hraðar í gegnum segulsvið?
Svar: Örvuð rafsegulmáttarspenna (EMF) eykst með hraða leiðarans sem ferðast í gegnum segulsviðið, miðað við stöðugan segulsviðsstyrk.
19. Spurning: Geta tvær spólur með mismunandi þversniðsflatarmál haft sömu segulröðun?
Svar: Já, segulvirkni (B) er óháð þversniðsflatarmáli spólunnar en fer eftir styrk segulsviðsins og stefnu spólunnar miðað við segulsviðið.
20. Spurning: Hvernig styður fyrirbærið rafsegulfræðileg örvun meginregluna um orkuvarðveislu?
Svar: Rafsegulfræðileg örvun breytir vélrænni orku (hreyfingu) í raforku (og öfugt). Þótt form orkunnar breytist helst heildarorkan varðveitt.
Skilningur á segulvirkni og meginreglum hennar gerir kleift að þróa ýmsa tækni, allt frá orkuframleiðslu til rafeindatækja.
