darblapas

Magnētiskās mērvienības

Autoplius 300 Lakes Rally 2013 FPV HexaCopter (Decembris 2018).

Anonim

Magnētiskās mērvienības

DC elektriskās shēmas


jautājums 1

Elektriskās ķēdēs trīs galvenie daudzumi attiecīgi ir spriegums (E vai V), strāva (I) un pretestība (R), kas atbilst attiecīgi cēloņu, seku un opozīcijas vispārējām koncepcijām.

I = E


R

efekts = iemesls


opozīcija

Magnētiskajām "shēmām" ir arī daudzumi, kas atbilst "cēloņam", "efektam" un "opozīcijai". Identificējiet šos daudzumus kopā ar to attiecīgajiem simboliem un uzrakstiet "Ohma likuma" vienādojumu, kas tos attiecina matemātiski. Arī identificējiet mērvienības, kas saistītas ar katru no trim mērīšanas sistēmām: CGS ("vecā" metrika), SI ("jauna" metrika) un angļu valoda.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

"Cēlonis" = magnetomotīves spēks (MMF) = F

"Effect" = magnētiskā plūsma = Φ

"Opozīcija" = Reluctance = ℜ

Šī attiecība ir pazīstama kā Rowlanda likums, un tā ir pārsteidzoša līdzība ar Ohmas likumu elektriskās ķēdēs:

Φ = F


Pārbaudes jautājums: algebriski manipulēt ar Rowlandas likuma vienādojumu, kas parādīts iepriekš, lai atrisinātu

F un atrisināt ℜ

.

Piezīmes:

Magnētisms, kas bieži vien ir pieredzējis pastāvīgo magnētu un magnētisko kompasu formā, ir tikpat "dīvains" kā jaunās studentes elektriskais koncepts. Tomēr šajā izglītības posmā viņiem vajadzētu būt pietiekami pazīstamam ar spriegumu, strāvu un pretestību, lai tos atspoguļotu kā analogus daudzumus, kas saistīti ar šiem jaunajiem MMF, plūsmas un nevēlēšanās magnētiskajiem daudzumiem. Diskusijā ar studentiem uzsvēriet analogo elektrisko lielumu daudzumu. Tas ne tikai palīdzēs studentiem labāk saprast magnētismu, bet arī uzlabos viņu izpratni par elektrisko daudzumu.

2. jautājums

Ja mums būtu jākonfigurē rezistora "atbilde" uz dažādiem pielietotā sprieguma līmeņiem, mēs iegūstam paraugu, kas izskatās šādi:

Ja mēs būtu jākonfigurē feromagnētiskā parauga "atbilde" uz dažādiem pielietoto magneto-spēka spēku līmeņiem, mēs iegūstam paraugu, kas izskatās šādi:

Ko šī diagramma norāda uz jums, salīdzinot ar rezistora rādītāju diagrammu "# 2"> Atklāt atbildi Nerādīt atbildi

MMF / plūsmas diagramma feromagnētiskajam materiālam ir diezgan nelineāra, atšķirībā no elektriskā rezistora gabala.

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem apzināt pretestību V / I grafikā, kas parādīts šajā jautājumā. Kur šajā diagrammā ir pārstāvēta pretestība? Jūsu vairāk matemātiski prasmīgie studenti atpazīs (vai varbūt atcerēsies no iepriekšējām diskusijām), ka zemes gabala slīpums norāda ķēdes pretestību. Jo mazāka pretestība, jo platāks ir grāds (vismaz šajā gadījumā, ja strāva ir uz vertikālās ass un spriegums ir horizontālā). Jebkurā zemes gabala punktā slīpums ir vienāds, kas norāda, ka pretestība nemainās plašā sprieguma un strāvas diapazonā.

Tagad vērš viņu uzmanību uz MMF / plūsmas grafiku. Kur grafikā norādīts nevēlēšanās ? Kāds secinājums mums var notikt attiecībā uz nevēlēšanos magnētiskajā ķēdē, analizējot parādīto MMF / plūsmas līknes formu? Kādā brīdī lielākais ir nevēlēšanās? Kādā brīdī tas ir vismazāk?

3. jautājums

Pieņemsim, ka elektriska stieple garumā ir iesaiņota ap dzelzs torņa daļu un elektriskā strāva caur vadu:

Kādi faktori ietekmē MMF, plūsmas un neitralitātes daudzumu šajā magnētiskajā "ķēdē" "# 3"> Atklāt atbildi Slēpt atbildi

MMF nosaka pēc strāvas daudzuma caur stiepļu spoli, un apgriezienu skaitu spolē ( F

= IN). Nevērumu nosaka magnētiskās plūsmas ceļa šķērsgriezuma laukums, tā ceļa garums, materiāla veids, no kura izgatavots toris, un toru daudzums, kas atrodas toros . Magnētisko plūsmu nosaka MMF un nevēlēšanās.

Sekojošais jautājums: cik līdzīgas ir šīs attiecības pret spriegumu, pretestību un strāvu elektriskās shēmās? Ņemiet vērā visas līdzības, kā arī visas atšķirības.

Piezīmes:

Varbūt visinteresantākā daļa no atbildes uz šo jautājumu ir tāda, ka magnētiskais atslāņojums (ℜ) mainās ar plūsmas daudzumu (Φ) "ķēdē". Sākumā tas var šķist diezgan atšķirīgs no elektriskās ķēdes, kur pretestība (R) ir nemainīga neatkarīgi no strāvas (I).

Tomēr elektriskās pretestības pastāvīgums ir kaut kas viegli saprotams kā pašsaprotams. Vaicājiet saviem skolēniem domāt par elektriskajām ierīcēm (vai parādībām), kur pretestība nav stabila vairākos straumēs. Pēc dažām diskusijām, jums vajadzētu uzskatīt, ka pastāvīgas pretestības parādība nav tik bieži, kā varētu domāt!

Pēc tam, kad studenti ir sapratis šo koncepciju, jautājiet viņiem, ko tas nozīmē attiecībā uz magnētisko plūsmu (Φ) salīdzinājumā ar MMF (

F

) Citiem vārdiem sakot, kas notiek ar plūsmu magnētiskajā ķēdē, kad palielinās MMF?

4. jautājums

Aprēķināt nevēlēšanās (ℜ) magnētiskajai ķēdei, kur MMF ( F

) ir 8, 9 amp-apgriezieni un plūsma (Φ) ir 0, 24 webers.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

ℜ = 37, 08 apgriezieni uz weber (At / Wb)

Piezīmes:

Šeit nekas īpašs, vienkārši vienkāršs aprēķins. Viens no šī jautājuma punktiem ir, lai studenti izpētītu Rowlandas likumu un iemācītos to izmantot, kā tie būtu Ohma likums.

5. jautājums

Aprēķiniet magnētiskās plūsmas daudzumu (Φ) dzelzs gabalā ar relucency (ℜ) 55 amp-pagriezienus uz weber un piemēroto MMF ( F

) no 2, 2 amp-pagriezieniem.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Φ = 40 mWb

Piezīmes:

Šeit nekas īpašs, vienkārši vienkāršs aprēķins. Viens no šī jautājuma punktiem ir, lai studenti izpētītu Rowlandas likumu un iemācītos to izmantot, kā tie būtu Ohma likums.

Ievērojiet, ka vienības saīsinājums "tīmekļa vietnēm" satur divus burtus, ne tikai vienu, kā tas ir lielākajai daļai saīsinājumu!

6. jautājums

Aprēķiniet magneto-spēka spēka daudzumu (MMF vai F

), kas vajadzīgs, lai izveidotu magnētisko plūsmu (Φ) 30 μWb dzelzs gabalā ar neitrālu (ℜ) 14 At / Wb.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

F

= 420 μAt

Piezīmes:

Šeit nekas īpašs, vienkārši vienkāršs aprēķins. Viens no šī jautājuma punktiem ir, lai studenti izpētītu Rowlandas likumu un iemācītos to izmantot, kā tie būtu Ohma likums.

Ievērojiet, ka vienības saīsinājums "tīmekļa vietnēm" satur divus burtus, ne tikai vienu, kā tas ir lielākajai daļai saīsinājumu!

7. jautājums

Aprēķināt MMF summu ( F

), ko rada stieples spole ar 1300 pagriezieniem un nesošo 3, 5 miliamperu strāvu.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

F

= 4, 55 amp-apgriezieni

Piezīmes:

Šeit nekas īpašs, vienkārši vienkāršs aprēķins. Viens no šī jautājuma punktiem ir, lai skolēni izpētītu F aprēķināšanas formulu

, tik vienkārši, kā tas ir.

8. jautājums

Aprēķiniet "pagriezienu" (aptinumu skaitu), lai iegūtu MMF ( F

) no 5, 7 amp apgriezieniem ar strāvu 12 mA.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

N = 475 pagriezieni

Piezīmes:

Šeit nekas īpašs, vienkārši vienkāršs aprēķins. Viens no šī jautājuma punktiem ir, lai skolēni izpētītu F aprēķināšanas formulu

, tik vienkārši, kā tas ir.

9. jautājums

Aprēķiniet elektriskās strāvas daudzumu, kas būtu jāpārnes caur stieples spoli ar 850 pagriezieniem, lai iegūtu MMF ( F

) no 2.1 amp-pagriezieniem.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

I = 2, 471 mA

Piezīmes:

Šeit nekas īpašs, vienkārši vienkāršs aprēķins. Viens no šī jautājuma punktiem ir, lai skolēni izpētītu F aprēķināšanas formulu

, tik vienkārši, kā tas ir.

10. jautājums

Gaisa spēka spoles ("solenoīds") neitralitātes (ℜ) aprēķina formula ir šāda:

ℜ = l


μ 0 A

Kur

l = spirāles lineārais garums metros (m)

A = spoles "kakla" šķērsgriezuma laukums kvadrātmetros (m 2 )

μ 0 = brīvās telpas caurlaidība = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Izmantojot šo formulu un Rowland's likuma formulu, aprēķina magnētiskās plūsmas (Φ) daudzumu, kas iegūts gaisa ģeneratora solenoīda rīkā ar 250 stieņu pagriezieniem, 0, 2 metru garumu, šķērsgriezuma laukumu 6, 5 × 10 - 4 kvadrātmetri un spoļu strāva ar 5 ampēriem:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Φ = 5, 105 μWb

Piezīmes:

Ar visu sniegto informāciju tas ir nekas cits kā aprēķina uzdevums. Tomēr skolēniem ir patīkami, ka gaisa ģeneratora solenoīda nevēlēšanās formula ir piemērota citiem aprēķiniem, kas ir šā jautājuma galvenais aspekts.

11. jautājums

Elektrovadītos materiālus var novērtēt pēc to relatīvās pretestības daudzuma, ko mēs saucam par īpašo pretestību (ρ). Formula, kas attiecas uz izturību pret īpašu pretestību, izskatās šādi:

R = ρ l


A

Kur

R = elektriskā pretestība, kas izteikta ohm

ρ = īpaša pretestība, kas izteikta ohm-cmil / ft vai kāda cita vienību kombinācija

l = vadītāja garums, pēdu vai cm (atkarībā no vienībām ρ)

A = vadītāja šķērsgriezuma laukums cmil vai cm2 (atkarībā no vienībām ρ)

Magnētiskos materiālus var arī novērtēt pēc to relatīvā nevēlēšanās pēc daudzuma, ko mēs saucam par caurlaidību (μ). Uzrakstiet formulu, kurā ir atsaukšanās uz magnētiskās vielas caurlaidību, un ņemiet vērā visas atšķirības un līdzības, ko jūs redzat starp to un īpašo pretestības formulu elektriskām shēmām.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

ℜ = l


μA

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem aprakstīt ietekmi uz magnētisko nevēlēšanos, ko rada visu trīs neatkarīgo mainīgo (μ, l un A) palielināšanās un samazināšanās. Ir svarīgi, lai tie kvalitatīvi izprastu šo vienādojumu, tāpat kā tiem ir svarīgi kvalitatīvi saprast Ohma likumu un īpašo pretestības formulu.

12. jautājums

Paskaidrojiet atšķirību starp relatīvo caurlaidību (μ r ) un absolūto caurlaidību (μ). Kā mērvienības atšķiras starp šiem diviem lielumiem "# 12"> Atklāt atbildi Nerādīt atbildi

μ r = ((μ) / (μ 0 ))

Absolūto caurlaidību mēra Webers vienībās uz ampmetru (Wb / Am), bet relatīvajai caurlaidībai nav nevienas vienības.

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem izskaidrot, kāpēc relatīvā caurlaidība (μ r ) ir vienāda. Vai ir kādi citi mainīgie, ar kuriem viņi saskārušies zinātniskajos pētījumos, kuri ir vienādi vienādi?

Vai kāds no jūsu studentiem pētīja brīvās telpas absolūto caurlaidību (μ 0 )? Ja jā, tad kādu skaitli viņi iegūst?

13. jautājums

Divi svarīgi svarīgākie mainīgie magnētiskās ķēdes analīzē ir B un H. Skaidrojiet, ko šie divi mainīgie raksturo, ņemot vērā MMF ( F

) un plūsmas (Φ), un, ja iespējams, saistīt tos ar elektriskiem daudzumiem. Noteikt arī šo divu mainīgo lielumu mērvienības CGS, SI un angļu mērīšanas sistēmās.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Lauka intensitāte (H) ir pazīstama arī kā "magnetizējošais spēks", un tā ir MMF summa magnētiskās plūsmas ceļa garuma vienībā. Plūsmas blīvums (B) ir magnētiskā plūsmas daudzums vienības laukumā.

Piezīmes:

Kaut arī līdzīgi elektriskie mainīgie lielumi lauka intensitātei un plūsmas blīvumam parasti netiek izmantoti elektronikā, tie pastāv! Jautājiet saviem skolēniem, vai kāds varētu noteikt, kādi ir šie mainīgie. Arī vaicājiet, kur viņi varēja iegūt informāciju par magnētiskajiem daudzumiem un mērvienībām.

Jums jāpiemin saviem skolēniem, ka SI vienības tiek uzskatītas par vismodernākajām no šeit redzamajām, SI sistēma ir starptautiskais metrisko vienību standarts visās lietojumprogrammās.

14. jautājums

Ja tērauda ražotājs publicē sava jaunākā sakausējuma magnētiskās īpašības, tas to dara "B / H" grafikā, kurā plūsmas blīvums (B) tiek attēlots kā magnetizējošā spēka (H) funkcija:

Reti jūs redzēsiet plūsmas diagrammu (Φ), kas parādīta kā MMF funkcija (

F

), kaut arī šāds gabals šķiet ļoti līdzīgs "B / H līknei" šim pašam materiālam. Kāpēc tas ir "# 14"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

"B / H līkne" nav atkarīga no parauga fiziskajiem izmēriem, paziņojot pašas vielas magnētiskās īpašības, nevis par kāda konkrēta šīs vielas gabala īpašībām.

Piezīmes:

Šis jēdziens var sajaukt dažus studentus, tāpēc diskusija par to ir noderīga. Jautājiet saviem skolēniem, kādi ir "plūsmas blīvums" un "magnetizējošais spēks": tie ir plūsmas un MMF izteiksmes par vienības dimensiju . Tātad, ja ražotājs apgalvo, ka viņu jaunais tērauda sakausējums pieļauj plūsmas blīvumu 0, 6 Tesla attiecībā uz piemēroto magnētisko spēku 100 ampēri apgriezieniem / metrs, šis skaitlis attiecas uz jebkura šī sakausējuma lieluma gabalu.

Lai pierādītu šo jēdzienu, izmantojot reductio ad absurdum retorisko tehniku, jautājiet saviem skolēniem, kāds tas būtu, ja vara ražotāji norādītu to vara sakausējumu pretestību omā: "Alloy 123XYZ ir pretestība 17 omi." Par to, cik šī lietderība ir paziņojums, apgalvojums? Ko tas nozīmē mums? Kā ir apgalvojums: "Alloy 123XYZ ir izturība 10, 5 ohm-cmil uz pēdu, " superior?

15. jautājums

Ņemot vērā šādus vienādojumus, iegūst vienu vienādojumu, kas izsaka caurlaidību (μ) plūsmas blīvuma (B) un lauka intensitātes ziņā (H, citādi zināma kā magnetizējošais spēks):

ℜ = F


Φ

ℜ = l


μA

H = F


l

B = Φ


A

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

μ = B


H

Piezīmes:

Šis jautājums ir vingrinājums algebriskajā aizstāšanā un manipulācijās. Iespējams, ka būtu ieteicams norādīt, ka šāds vienādojums ir spēkā tikai "solenoīda" (stieples spoli).

ℜ = l


μA

Gaisa korpusa solenoīda gadījumā formula ir šāda:

ℜ = l


μ 0 A

Kur

l = spirāles lineārais garums metros (m)

A = spoles "kakla" šķērsgriezuma laukums kvadrātmetros (m 2 )

μ 0 = brīvās telpas caurlaidība = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

16. jautājums

Izmantojot BH līkni, kas iegūta no rokasgrāmatas, nosaka magnetizējošā spēka (H) daudzumu, kas nepieciešams, lai izveidotu magnētiskās plūsmas blīvumu 0, 2 T čuguna toros ar šķērsgriezuma laukumu 7 × 10-4 kvadrātmetrus.

Aprēķiniet nepieciešamo strāvas daudzumu stieples spolē, lai noteiktu šo plūsmas daudzumu, ja spolei ir 250 pagriezieni, un torai vidējais plūsmas garums ir 45 cm. Arī aprēķiniet magnētiskās plūsmas (Φ) daudzumu toru iekšpusē.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

H = 400 At / m

I = 720 mA

Φ = 1, 4 mWb

Piezīmes:

Esmu ieguvis magnetizējošā spēka skaitli 400 A / m 0, 2 T plūsmas blīvumam, no Robert L. Boylestad 9. izlaiduma, 437. lpp.

  • ← Iepriekšējā darba lapa

  • Darba lapa indekss

  • Nākamā darblapa →