О потерях энергии в сердечниках катушек и трансформаторов

 

Выполнил:

ученик 11 класса

Самосюк Максим

 

 

Руководители:

учитель физики

высшей категории

Валов М.В.

 

 

  

2006 г.

 

Оглавление

 

1.	Введение	Стр. 3.
2.	Идеи Ампера, Фуко и Максвелла	Стр. 3.
3.	Постановка эксперимента	Стр. 4.
4.	Обработка результатов	Стр. 4.
5.	Интерпретация результатов	Стр. 4.
6.	Заключение	Стр. 5.
7.	Список литературы	Стр. 5.
8.	Приложения	Стр. 6.

 

Введение

 

Во многих электро- и радиоприборах применяют катушки, дроссели, трансформаторы. Они могут иметь сердечники различной формы, изготовленные из различного материала.

Целью нашей работы стало выяснение того, как на основе теории объяснить оптимальность выбора формы и материала сердечников в промышленности.

Задачи исследования:

·        Знакомство с теорией магнетизма;

·        Изучение промышленных образцов катушек, дросселей и трансформаторов;

·        Выявление их специфических характеристик;

·        Постановка эксперимента на выяснение энергетических потерь в различных сердечниках;

·        Проведение эксперимента и получение результатов;

·        Объяснение результата с точки зрения теории электро-магнетизма;

 

Идеи Ампера, Фуко и Максвелла

 

По теории Ампера вокруг любого тока существует магнитное поле. Все вещества состоят из атомов, в которых электрон, обращаясь вокруг ядра, также создает магнитное поле.

 

 

 

Значит, общее значение магнитного поля всех атомов некоторого массива вещества будет равно геометрической сумме отдельных атомных полей.

Поэтому значение общего поля B всего массива равно 0.

 

Во внешнем магнитном поле атомы различных веществ ведут себя по-разному. Внутри данного вещества магнитное поле может измениться.

 

Пусть B₀ – вектор магнитной индукции внешнего поля, B - вектор магнитной индукции поля, возникшего внутри данного вещества.

Тогда отношение , где m - магнитная проницаемость. Она показывает, во сколько раз внутреннее поле больше внешнего.

 

Для различных веществ возможны несколько случаев:

 

1.     m1 (1,0003), т.е. магнитное поле усиливается в веществе, но незначительно. Такие вещества называют парамагнитными (алюминий).

2.     m1 (0,999), т.е. магнитное поле немного уменьшается. Это диамагнетики (медь).

3.     m>>1 (50-100), т.е. магнитное поле в веществе значительно увеличивается. Это ферромагнетики (железо).

 

Выясним, как ведут себя такие вещества в различных переменнх магнитных полях.

 

Постановка эксперимента

 

Используем установку, состоящую из двух катушек, генератора НЧ, вольтметра, набора сердечников и осциллографа.

 

На первую катушку подаем переменный ток. Он создает в ней магнитное поле, которое, распространяясь внутри катушки, пронизывает витки второй катушки и по закону ЭМИ создает в ней ЭДС индукции.

Ее измеряем вольтметром. Изменяя частоту тока в первой катушке при неизменном напряжении на ней будем снимать показания вольтметра.

Данные занесем в таблицу.

Аналогичные измерения повторим, поместив в катушки сердечники:

·        стальной сплошной;

·        стальной наборный;

·        медный;

·        алюминиевый;

·        ферритовый

 

Обработка результатов

 

По данным из таблицы чертим графики.

 

Интерпретация результатов

 

По теории потери в сердечниках могут быть по следующим причинам:

 

1.     Так как у всех веществ различное m, то и различная степень рассеивания энергии магнитного поля.

2.     По закону ЭМИ в самом сердечнике возникают вихревые токи Фуко, и если сердечник сплошной, его сопротивление этим токам мало. Сила тока Фуко значительна, поэтому сердечники будут нагреваться, забирая на это часть энергии, значение которой будет возрастать с увеличением частоты.

3.     Так как ток переменный, то сердечник с такой же частотой будет перемагничиваться. Если у него широкая петля гистерезиса, то на это также будет тратится часть энергии, значение которой будет возрастать с увеличением частоты.

 

Перечисленные выводы получены из анализа графиков, в которых хорошо виден характерный "завал" кривой зависимости ЭДС от частоты тока в катушке.

 

Заключение

 

Таким образом, форма, материал и способ изготовления сердечников промышленных образцов катушек, дросселей и трансформаторов продиктованы требованиями уменьшения потерь энергии.

Проведенный эксперимент полностью подтверждает правильность такого подхода.

 

Список литературы

 

·        Иванов Б. С. Электронные самоделки: Кн. для учащихся 5–8 кл. – М.: Просвещение, 1985.– 143 с.

·        Мамзелев И. А., Капелин Г. Г. Основы радиоэлектроники. Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся 7–8 кл. М.: Просвещение, 1978.– 160 с.

·        Путятин Н. Н. Радиоконструирование. Методическое пособие для руководителей радиокружков. М.: ДОСААФ, 1975.– 222 с.

·        Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г. С. Ландсберга, т. II, М., 1967.–472 с.

 

 назад