Магнетне јединице мерења

Understanding the universe from a hole in the ground | Tony Noble | TEDxQueensU (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Магнетне јединице мерења

ДЦ струјни кругови


Питање 1

У електричним круговима, три основне количине су напон (Е или В), струја (И) и отпорност (Р), што одговара општим концептима узрока, ефекта и опозиције, респективно.

И = Е


Р

еффецт = узрок


опозиција

Магнетни "кругови" такође садрже количине које одговарају "узроку", "ефекту" и "опозицији." Идентификујте ове количине, заједно са одговарајућим симболима, и напишите једначину "Охмовог закона" математички. Такође, идентификујте јединице мерења повезане са свима, у три мерна система: ЦГС ("стара" метрика), СИ ("нова" метрика) и енглески језик.

Открити одговор Сакриј одговор

"Узрок" = Магнетомотивна сила (ММФ) = Ф

"Ефекат" = Магнетни флукс = Φ

"Опозиција" = Релуцтанце = ℜ

Овај однос је познат под именом Ровландов закон и има сјајну сличност са Охмовим законом у електричним круговима:

Φ = Ф


Следеће питање: алгебраички манипулише једначини Ровландовог закона који је горе приказан како би се решио

Ф и решити за ℜ

.

Напомене:

Магнетизам, обично доживљен у облику трајних магнета и магнетних компаса, је управо "чудан" концепт као струја за новог ученика. Међутим, у овом тренутку у њиховој едукацији, требало би да буду довољно упознати са напоном, струјом и отпором да се на њих размишљају као аналогне величине новим магнетним количинама ММФ-а, флукса и невољности. Нагласите аналогне сличности основних електричних количина у вашој дискусији са ученицима. Не само да ће ово помоћи ученицима да боље разумеју магнетизам, већ ће такође ојачати њихово разумевање електричних количина.

Питање 2

Ако бисмо графи ~ или "одговор" отпорника на разли ~ ите нивое примењеног напона, добили би плот који изгледа овако:

Ако бисмо графи ~ или "одговор" феромагнетног узорка на разлиите нивое примењене магнетомотивне силе, добили би плот који изгледа овако:

Шта овај график показује вама, у поређењу са графиконом за карактеристике отпорника "# 2"> Открити одговор Сакри одговор

ММФ / флукс плоча за феромагнетни материјал је сасвим нелинеарна, за разлику од плоче за електрични отпорник.

Напомене:

Питајте своје ученике да идентификују отпор на графикону В / И приказаног у питању. Где је на том графу приказан отпор? Ваши ученици са више математичког знања ће препознати (или можда се сећати из ранијих дискусија) да нагиб парцеле указује на отпор кола. Што је мањи отпор, то је стрмина (барем у овом случају, где је струја на вертикалној оси и напон на хоризонталу). У било којој тачки на плочи, нагиб је исти, што указује на то да се отпор не мења у широком опсегу напона и струје.

Сада усмерите своју пажњу на ММФ / флукс графикон. Где је на графикону приказана невољност ? Какав закључак можемо формирати у вези са отпорношћу у магнетном кругу, из анализе облика приказане криве ММФ / флукса? У којој мјери је невољност највећа? У ком тренутку је најмање?

Питање 3

Претпоставимо да је дужина електричне жице завијена око секције гвозденог торуса и електрична струја која се проводи кроз жицу:

Који фактори утичу на количину ММФ-а, флукса и невољности у овом магнетном "колу" "# 3"> Открити одговор Сакри одговор

ММФ се одређује количином струје кроз жичани навој, а број окрета у намотају ( Ф

= ИН). Релативност се одређује површином попречног пресека путања магнетног флукса, дужином те стазе, врсти материјала од којег се прави торус и количином флукса присутног у торусу . Магнетни флукс одређује ММФ и одбојност.

Следеће питање: колико су слични односи на напон, отпор и струју у електричном колу? Запазите било какве сличности, као и било какве разлике.

Напомене:

Можда најзанимљивији део одговора на ово питање јесте то што се магнетска реакција (ℜ) мења са количином флукса (Φ) у "колу". У почетку ово може изгледати сасвим другачије од електричних кола, где је отпорност (Р) константна без обзира на струју (И).

Међутим, константност електричног отпора је нешто што се лако узима здраво за готово. Замолите ученике да размишљају о електричним уређајима (или појавама) где отпора није стабилна у широком спектру струја. Након неке дискусије, треба да закључите да феномен сталног отпора није толико честан какав би могао да се мисли!

Након што ученици схвате овај концепт, питајте их шта то значи у погледу магнетног флукса (Φ) у односу на ММФ (

Ф

). Другим речима, шта се дешава са флуксом у магнетном кругу као што је ММФ повећан?

Питање 4

Израчунајте отпор (ℜ) за магнетни круг где је ММФ ( Ф

) је 8.9 амп-окрета и флукс (Φ) је 0.24 вебера.

Открити одговор Сакриј одговор

ℜ = 37, 08 амп-окрета по веберу (Ат / Вб)

Напомене:

Ништа посебно овде, само једноставан прорачун. Једна од тачака овог питања је да студенти истражују Ровландов закон и науче како да га користе, као што би то био Охмов закон.

Питање 5

Израчунати количину магнетног флукса (Φ) у комаду гвожђа са отпорношћу (ℜ) од 55 амп обртаја по плочи и примењеним ММФ ( Ф)

) од 2.2 амп-окрета.

Открити одговор Сакриј одговор

Φ = 40 мВб

Напомене:

Ништа посебно овде, само једноставан прорачун. Једна од тачака овог питања је да студенти истражују Ровландов закон и науче како да га користе, као што би то био Охмов закон.

Имајте на уму да јединична скраћеница за "веберс" садржи две слове, а не само оне као што је случај код већине скраћеница јединица!

Питање 6

Израчунајте количину магнетомотивне силе (ММФ или Ф

) потребан за успостављање магнетног флукса (Φ) од 30 μВб у комаду жељеза који има отпор (ℜ) од 14 Ат / Вб.

Открити одговор Сакриј одговор

Ф

= 420 μАт

Напомене:

Ништа посебно овде, само једноставан прорачун. Једна од тачака овог питања је да студенти истражују Ровландов закон и науче како да га користе, као што би то био Охмов закон.

Имајте на уму да јединична скраћеница за "веберс" садржи две слове, а не само оне као што је случај код већине скраћеница јединица!

Питање 7

Израчунајте количину ММФ ( Ф

) генерише жица од жице са 1300 окрета и носиће 3, 5 милијона струје.

Открити одговор Сакриј одговор

Ф

= 4, 55 амп-окрета

Напомене:

Ништа посебно овде, само једноставан прорачун. Једна од тачака овог питања је да студенти истражују формулу за израчунавање Ф

, једноставно као што је то.

Питање 8

Израчунати број "обртаја" (врапс), жица намијењена за производњу ММФ-а ( Ф

) од 5, 7 амп обртаја са електричном струјом од 12 мА.

Открити одговор Сакриј одговор

Н = 475 окрета

Напомене:

Ништа посебно овде, само једноставан прорачун. Једна од тачака овог питања је да студенти истражују формулу за израчунавање Ф

, једноставно као што је то.

Питање 9

Израчунајте количину електричне струје која би морала проћи кроз завој жице са 850 окрета да би се произвео ММФ ( Ф

) од 2, 1 амп-окрета.

Открити одговор Сакриј одговор

И = 2.471 мА

Напомене:

Ништа посебно овде, само једноставан прорачун. Једна од тачака овог питања је да студенти истражују формулу за израчунавање Ф

, једноставно као што је то.

Питање 10

Формула за израчунавање отпорности (ℜ) зглобне жице зглоба ("соленоид") је сљедећа:

ℜ = л


μ 0 А

Где,

л = линеарна дужина намотаја у метрима (м)

А = попречни пресек жљебова "грло" у квадратним метрима (м 2 )

μ 0 = пропустљивост слободног простора = 4 π × 10 -7 (Т · м / А)

Користећи ову формулу и формулу Ровланд'с Лав, израчунајте количину магнетног флукса (Φ) произведеног у грлу соленоида ваздушног језгра са 250 обртаја жице, дужине 0, 2 метра, површини попречног пресека 6, 5 × 10 - 4 квадратна метра и струјна кола од 5 ампера:

Открити одговор Сакриј одговор

Φ = 5.105 μВб

Напомене:

Уз све дате информације, ово није ништа друго до вежба у прорачуну. Међутим, лепо је што студенти имају пригодну формулу одбијања соленоида за ваздух, како би могли користити друге прорачуне, што је главна тачка овог питања.

Питање 11

Електрично проводљиви материјали могу се оцијенити према њиховој релативној отпорности према количини коју називамо специфичним отпорима (ρ). Формула која се односи на отпорност на специфичан отпор изгледа овако:

Р = ρ л


А

Где,

Р = електрични отпор, у охма

ρ = Специфичан отпор, у охм-цмил / фт, или нека друга комбинација јединица

л = Дужина проводника, у стопама или цм (у зависности од јединица за ρ)

А = Пресек проводника, у цмил или цм 2 (у зависности од јединица за ρ)

Магнетни материјали такође могу бити оцењени према њиховом релативном одбијању за количину коју назива пермеабилност (μ). Напишите формулу која се односи на отпорност на пропусност магнетске супстанце и забележите све разлике и сличности које видите између њега и специфичне формуле отпорности за електрична кола.

Открити одговор Сакриј одговор

ℜ = л


μА

Напомене:

Замолите ученике да опишу ефекте на магнетну отпорност која су резултат повећања и смањења у све три независне варијабле (μ, л и А). За њих је важно да квалитативно схвате ову једначину, баш као што је за њих важно да квалитативно разумеју Охмов закон и специфичну формулу отпора.

Питање 12

Објасните разлику између релативне пропустљивости (μ р ) и апсолутне пропустљивости (μ). Како се мјерне јединице разликују између ове двије количине "# 12"> Открити одговор Сакриј одговор

μ р = ((μ) / (μ 0 ))

Апсолутна пропустљивост се мјери у јединицама Вебера по Амп-метру (Вб / Ам), док релативна пропустљивост нема никакву јединицу.

Напомене:

Замолите ученике да објасне зашто је релативна пропустљивост (μ р ) бескрајна. Да ли постоје неке друге варијабле на које су се срели у својим научним студијама које су слично безвредне?

Да ли је ваш ученик истраживао вредност апсолутне пропустљивости слободног простора (μ 0 )? Ако јесте, која је то количина добила?

Питање 13

Две важне варијабле у анализи магнетног кола су Б и Х. Објасните шта ове две варијабле представљају, у смислу више фундаменталних магнетних количина ММФ-а ( Ф

) и флукс (Φ), и повежу их, ако је могуће, са електричним количинама. Такође, одредити јединице мјерења за ове двије варијабле, у ЦГС, СИ и Енглеским мјерним системима.

Открити одговор Сакриј одговор

Интензитет поља (Х) познат је и као "магнетизирајућа сила", а износ је ММФ по јединици дужине магнетног флукса. Густина флукса (Б) је количина магнетног флукса по јединици површине.

Напомене:

Иако еквивалентне електричне варијабле до интензитета поља и густине флукса нису уобичајено коришћене у електроници, оне постоје! Питајте своје ученике да ли је неко могао да утврди које су ове варијабле. Такође, питајте их где су могли да добију информације о магнетским количинама и јединицама мерења.

Требали бисте споменути својим ученицима да се јединице СИ сматрају најсавременијим од оних приказаних овде, СИ систем је међународни стандард за метричке јединице у свим апликацијама.

Питање 14

Када произвођач челика објављује магнетске карактеристике своје најновије легуре, то чине у облику графикона "Б / Х", где је густина флукса (Б) плотирана као функција силе магнетизације (Х):

Ријетко ћете видети плочу флукса (Φ) приказан као функција ММФ-а (

Ф

), иако би такав плот изгледао врло сличан "кривој Б / Х" за исти исти материјал. Зашто је ово "# 14"> Открит одговор Сакриј одговор

"Б / Х крива" је независна од физичких димензија узорка, преносећи магнетске карактеристике саме супстанце, а не карактеристике било којег одређеног комада те супстанце.

Напомене:

Овај концепт може збунити неке ученике, па је дискусија о томе корисна. Питајте своје ученике шта "густина флукса" и "магнетизирајућа сила" стварно значе: то су изрази флукса и ММФ по јединичној димензији . Дакле, ако произвођач тврди да ће њихова нова челична легура дозволити густину флукса од 0, 6 Тесла за примијењену магнетизирајућу снагу од 100 амп обртаја / метар, ова вриједност важи за било који дио величине те легуре.

Да бисте доказали овај концепт путем реторичке технике редуцтио ад абсурдум, питајте ученике како би то било као да су произвођачи бакра одредили отпорност њихових бакарних легура у охмима: "Аллои 123КСИЗ има отпорност од 17 ома." Од којих је корисности изјава? Шта нам значи? Како је изјава, "Аллои 123КСИЗ има отпорност од 10, 5 ома-цмил по стопи", супериорнији?

Питање 15

С обзиром на следеће једначине, добијамо јединствену једначину која изражава пропусност (μ) у смислу густине флукса (Б) и интензитета поља (Х, иначе позната као магнетизирајућа сила):

ℜ = Ф


Φ

ℜ = л


μА

Х = Ф


л

Б = Φ


А

Открити одговор Сакриј одговор

μ = Б


Х

Напомене:

Ово питање је вежба у алгебарској супституцији и манипулацији. Можда је добра идеја да се нагласи да следећа једначина важи само за "соленоид" (жице жице).

ℜ = л


μА

У случају соленоида ваздушног језгра, формула је следећа:

ℜ = л


μ 0 А

Где,

л = линеарна дужина намотаја у метрима (м)

А = попречни пресек жљебова "грло" у квадратним метрима (м 2 )

μ 0 = пропустљивост слободног простора = 4 π × 10 -7 (Т · м / А)

Питање 16

Користећи криву БХ добијену из референтне књиге, одредите количину магнетизујуће силе (Х) која је потребна да се утврди густина магнетног флукса од 0, 2 Т у лијевом гвожду, са површином попречног пресека 7 × 10 -4 квадратних метара.

Израчунајте количину струје неопходне у жичној намотаји да бисте утврдили ову количину флукса, ако намотај има 250 обртаја, а торус има просјечну дужину пута од 45 цм. Такође, израчунајте количину магнетног флукса (Φ) унутар торуса.

Открити одговор Сакриј одговор

Х = 400 Ат / м

И = 720 мА

Φ = 1, 4 мВб

Напомене:

Добио сам магнетну силу од 400 Ат / м за 0, 2 Т густине флукса, од 9-ог издања Роберт Л. Боилестад, страница 437.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →