Przykładowe pytania i wzory dla prawa Ampere’a dotyczącego siły elektromotorycznej indukowanej w transformatorze
Prawo Ampere'a
1. Według H.C. Oersteda prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne. Rozwijając tę teorię, cewka, przez którą płynie prąd elektryczny, również wytwarza pole magnetyczne. Cewka, która, przewodząc prąd elektryczny, wytwarza pole magnetyczne podobne do tego wytwarzanego przez magnes sztabkowy, to...
A. toroid
B. solenoid
C. drut spiralny
D. cewka prostokątna
Pembahasan
Magnes sztabkowy ma dwa bieguny: północny i południowy. Pole magnetyczne generowane przez magnes sztabkowy jest reprezentowane przez linie pola magnetycznego, które zaczynają się na biegunie północnym i przechodzą do bieguna południowego.
Pole magnetyczne wytwarzane przez magnes sztabkowy jest podobne do pola magnetycznego wytwarzanego przez solenoid, jak widać na rysunku obok.
Solenoid to długa cewka z drutu o wielu zwojach. Poniższy rysunek przedstawia przykład wykonania magnesu poprzez owinięcie jej cewką z drutu, przez którą płynie prąd elektryczny. Kierunek biegunów magnetycznych można określić za pomocą reguły prawej dłoni.
Wyciągnij prawą dłoń, układając ją tak, aby wnętrze dłoni było skierowane w stronę twarzy. Wyciągnij kciuk i zegnij pozostałe cztery palce do przodu, w kierunku twarzy. Kierunek zgięcia czterech palców odpowiada kierunkowi przepływu prądu w cewce, a kciuk wskazuje północny biegun pola magnetycznego. Kciuk wskazuje oś N, więc N reprezentuje północny biegun magnesu, a M biegun południowy magnesu.
Prawidłowa odpowiedź to B.
Toroid
2. Pole magnetyczne wytwarzane przez toroid, w którym płynie prąd elektryczny, ma kierunek….
A. prostopadle do płaszczyzny toroidu
B. okólnik
C. tam i z powrotem
D. zależy od czasu
Pembahasan
Toroid jest solenoidem kołowym, więc zgodnie z regułą prawej dłoni pole magnetyczne wytwarzane przez toroid ma kierunek kołowy.
Prawidłowa odpowiedź to B.
Indukowane pole elektromagnetyczne
3. Jeśli magnes zostanie przesunięty do cewki, między jej końcami powstanie siła elektromotoryczna. Zjawisko to jest spowodowane...
A. Następuje zmiana kierunku pola magnetycznego, które przecina cewkę.
B. następuje zmiana biegunów magnetycznych przecinających cewkę
C. Zmienia się liczba linii sił magnetycznych przecinających cewkę.
D. następuje zmniejszenie liczby linii sił magnetycznych przecinających cewkę
Pembahasan
Indukowana siła elektromotoryczna jest wytwarzana przez zmieniające się pole magnetyczne. Wartość indukowanej siły elektromotorycznej nie zależy od szybkości zmian pola magnetycznego, lecz od szybkości zmian strumienia magnetycznego. Strumień magnetyczny to liczba linii pola magnetycznego przechodzących przez cewkę. Wzór matematyczny na strumień magnetyczny to Φ.B = BA cos θ. Jeżeli linie pola magnetycznego są prostopadłe do powierzchni cewki, to kąt utworzony między liniami pola magnetycznego a linią normalną wynosi 0o, gdzie cosinus wynosi 0o = 1. Jeżeli linie pola magnetycznego są równoległe do powierzchni cewki, to utworzony kąt wynosi 90o, gdzie cosinus wynosi 90o = 0. Zatem strumień magnetyczny ma wartość minimalną, gdy linie pola magnetycznego są równoległe do powierzchni cewki i wartość maksymalną, gdy linie pola magnetycznego są prostopadłe do powierzchni cewki.
Wartość indukowanej siły elektromotorycznej oblicza się, korzystając ze wzoru Faradaya na prawo indukcji:
Znak minus oznacza, że indukowana siła elektromotoryczna generuje prąd elektryczny w kierunku przeciwnym do kierunku zmiany strumienia. To stwierdzenie nazywa się prawem Lenza.
Prawidłowa odpowiedź to C.
4. Indukowana SEM występująca w cewce rośnie liniowo z czasem. Jeśli powierzchnia cewki pozostaje stała, a pole magnetyczne jest prostopadłe do powierzchni cewki, to możliwy wykres pola magnetycznego dla tego stanu to…
Pembahasan
Wartość indukowanej siły elektromotorycznej oblicza się, korzystając ze wzoru Faradaya na prawo indukcji:
Jeżeli pole elektryczne jest prostopadłe do powierzchni cewki, wówczas:
Keterangan:
Jeżeli pole magnetyczne jest prostopadłe do powierzchni cewki, wzór na strumień magnetyczny jest następujący:
B = pole magnetyczne, A = powierzchnia cewki.
Powierzchnia cewki ma stałą wartość, a pole magnetyczne jest prostopadłe do powierzchni cewki, więc ma stałą wartość.
Na podstawie powyższego wzoru można zatem stwierdzić, że na wartość indukowanej siły elektromotorycznej wpływa szybkość zmiany strumienia. Im większa jest szybkość zmiany strumienia, tym większa jest indukowana siła elektromotoryczna.
Prawidłowa odpowiedź to B.
transformator
5. Zwróć uwagę na następujące stwierdzenie!
1. Liczba uzwojeń pierwotnych jest mniejsza od liczby uzwojeń wtórnych
2. Napięcie pierwotne jest większe niż napięcie wtórne
3. Prąd pierwotny jest większy niż prąd wtórny
4. Moc pierwotna jest mniejsza niż moc wtórna
Stwierdzenie odpowiadające charakterystyce transformatora podwyższającego napięcie to….
A. stwierdzenia 1 i 2
B. oświadczenia 1 i 3
C. oświadczenia 2 i 3
D. stwierdzenia 2 i 4
Pembahasan
Transformator to urządzenie służące do zmiany napięcia prądu przemiennego (AC). Istnieją dwa rodzaje transformatorów: transformatory podwyższające napięcie i transformatory obniżające napięcie. Transformatory podwyższające napięcie podwyższają napięcie, a transformatory obniżające napięcie obniżają.
Transformator podwyższający napięcie służy do jego podwyższenia, dzięki czemu jego charakterystyka jest następująca:
1. Napięcie pierwotne jest mniejsze, napięcie wtórne jest większe
2. Prąd elektryczny pierwotny jest większy, prąd elektryczny wtórny jest mniejszy
3. Im mniejsza liczba zwojów pierwotnych, tym większa liczba zwojów wtórnych.
Charakterystyka transformatora obniżającego napięcie polega na obniżeniu napięcia, dlatego jego charakterystyka jest następująca:
1. Napięcie pierwotne jest większe, napięcie wtórne jest mniejsze
2. Prąd elektryczny pierwotny jest mniejszy, prąd elektryczny wtórny jest większy
2. Im większa jest liczba zwojów pierwotnych, tym mniejsza jest liczba zwojów wtórnych.
Energia elektryczna to energia elektryczna zużywana w określonym przedziale czasu. Energia jest zachowana, a zatem moc również jest zachowana. Zatem energia elektryczna w uzwojeniu pierwotnym jest równa energii elektrycznej w uzwojeniu wtórnym, a zatem moc elektryczna jest równa.
Wzór na moc elektryczną:
P = VI
Opis: P = moc elektryczna, V = napięcie elektryczne, I = prąd elektryczny
Stała moc, zatem na podstawie tego wzoru można stwierdzić, że jeśli napięcie elektryczne jest duże, to prąd elektryczny jest mały, tak więc iloczyn napięcia elektrycznego i prądu elektrycznego ma wartość stałą.
Prawidłowa odpowiedź to B.
