Elektromágneses indukció
328. - Ferromágnes: állandó mágnes lesz egy külső mágneses tér hatására, és megtartja a mágnességét akkor is, ha a külső mágnesező teret eltávolítottuk a környezetéből - Diamágnes: A diamágnesesség a mágnesesség egy formája, amely csak külső mágneses tér hatására jelentkezik, ez általában egy gyenge hatás. - Paramágnes: a azok az anyagok tartoznak, amelyek a mágneses tér hatására a külső tér irányában mágneseződnek, azaz amelyeket a mágnes vonz.
Csoportosítsa az anyagok mágneses viselkedését!
329. Mágneses térben kiszorítják magukból az erővonalakat, csökkentik az indukció erősségét. Ezeket az anyagokat a mágnes mindkét pólusa, és az inhomogén mágneses tér kis mértékben taszítja. A legerősebb diamágnesek a szupravezetők, amelyeknek nulla értékű a permeabilitása. A diamágneses viselkedést az atomok két szabad vegyértéke okozza. A nemfémek jellemzően diamágnesesek.
Hogyan viselkednek a diamágneses anyagok mágneses térben? Magarázza meg a viselkedésük okát!
331. A ferromágneses anyagokban az elektronok spinje külső mágneses tér hiányában is rendeződik, egységes mágnesezettségű tartományok, domének alakulnak ki. Külső mágneses tér hatására a domének átrendeződnek: a mágneses térrel egyezően mágnesezett domének megnőnek, az ellentétes irányúak összeszűkülnek.
Hogyan viselkednek a ferromágneses anyagok mágneses térben? Magarázza meg a viselkedésük okát!
330. A Paramágneses anyagok relatív permeabilitása egynél egy kicsit nagyobb (µr >~ 1). Mágneses térben kis mértékben magukhoz vonzzák az erővonalakat, enyhén növelik az indukció erősségét. A mágnes mindkét pólusa vonzza őket egy kicsit. A paramágneses anyagokban az atomok egy vegyértékűek.
Hogyan viselkednek a paramágneses anyagok mágneses térben? Magarázza meg a viselkedésük okát!
319. Az örvényáramok következtében a szóban forgó fémtest felmelegedhet, másrészt pedig Lenz-törvényének értelmében nagymértékben akadályozza az áramot keltő hatást, veszteségként jelentkezve az eszközben. Kísérletben is tanulmányozhatjuk az örvényáramnál jelentkező fékező és hőhatást. A lemez-inga (Waltenhoffen-inga) szabadon leng amíg a mágneses mező nincs bekapcsolva, bekapcsolás után viszont nagyon gyorsan megáll, a Lenz-törvénynek megfelelően.
Ismertesse a Waltenhoffen-inga működését! Magyarázza meg a jelenséget! Ismertesse Lenz törvényét!
324. Ábra
Ismertesse a hálózati feszültség legfontosabb jellemzőit! Rajzolja meg a feszültségidő függvényt, és mutassa meg ezeket a jellemzőket a grafikonon!
326 A váltakozó áramú generátornál egy elektromágnes állandó szögsebességgel forog. Az elektromágnes körül három tekercset helyezünk el egymáshoz képest 120°-os szögben. A tekercsekben az időben változó mágneses mező feszültséget indukál. Az indukált feszültségek pillanatnyi értékei egymáshoz képest 120°-kal vannak eltolódva. Ha ábrázoljuk a tekercsben indukálódott feszültséget az idő függvényében, akkor észrevehetjük, hogy bármely pillanatban, a három tekercsben indukálódott feszültség összege nulla. Ezért a tekercsek egyik kivezetéseit össze szokták kötni és leföldelik. A tekercsek másik kivezetéseire a fogyasztókat kapcsolják, a fogyasztók másik kivezetéseit, pedig a null-vezetékhez kötik.
Ismertesse a háromfázisú generátor működési elvét! Mutassa meg, hogy miért hasznos a három fázis használata!
321.
Ismertesse a kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC) vagy elektronikus kommutációjú egyenáramú motor (ECDC) működési elvét!
317. Tapasztalhatjuk, hogy a mágnes közeledésével a gyűrű ellenkező irányba kilendül. A mágnes távolodáskor pedig a mágnes felé lendül. A jelenséget Lenz törvényével értelmezhetjük. Mozgatáskor a gyűrűben indukált áram az alumíniumkarikát elektromágnessé "varázsolja", amelyben az indukált áram úgy fejti ki gátló hatását, hogy közelítéskor igyekszik taszítani a mágnest, távolodáskor pedig megpróbálja vonzani azt. Tapasztalható, hogy a karikát egy helyen elvágva a karika mozdulatlan marad, mivel az indukált áram nem folyhat végig a körön.
Ismertesse a kísérletet, amelyben a Lenz-karika szerepelt! Magyarázza meg a jelenséget! Ismertesse Lenz törvényét!
315. A tekercsben a mágneses tér változása feszültséget indukál. Azaz változik a mágneses fluxus Önindukció: tekercsen megváltozik az áramerősség, megváltozik a mágneses fluxus is. A fluxusváltozás áramot fog indukálni ami ellentétes az őt keltő hatással.
Ismertesse a nyugalmi és az önindukció fogalmát!
318. a mágnes mozgása meglepően lassú. Az örvényáramok fékezõ hatását erõs mágnes, és hosszabb rézcsõ segítségével mutathatjuk be. A mágnes nagyon lassan esik át a rézcsövön, mert a rézben igen erõs örvényáramok alakulnak ki. Beláthatjuk, hogy a mágnes alatt és felett ellentétes irányú örvényáramok keletkeznek, míg a kettõ között, vagyis a mágnes mellett egyáltalán nem jön létre örvényáram. A mágnes alatti örvényáram taszító, a mágnes feletti pedig vonzó hatású, mindkettõ fékezi a mágnes mozgását. Ha a rézcsõ egy szakaszát hosszában felvágjuk, akkor ezen a szakaszon a mágnes felgyorsul, mert itt nem jöhet létre körkörös örvényáram.
Ismertesse a rézcsövön áteső erős mágnes mozgását! Magyarázza meg a kísérletet! Ismertesse Lenz törvényét!
323. Váltakozó áramot úgy lehet kísérletileg előállítani, hogy homogén mágneses mezőbe helyezünk egy olyan vezetőkeretet, amelynek tengelye merőleges az indukcióvonalakra. Ha ezt a vezetőkeretet állandó szögsebességgel forgatjuk a mágneses mezőben, akkor a tengellyel párhuzamos két l' hosszúságú szárában feszültség indukálódik. Mivel a két szárrész kerületi sebességének iránya ellentétes, ezért a vezetőkben létrejövő töltésszétválasztódás is ellentétes. Így a két l' hosszúságú vezető szál úgy viselkedik, mint két sorba kapcsolt generátor.
Ismertesse a szinuszosan változó feszültség létrehozásának módját. Mutassa meg, hogy a feszültség valóban szinuszosan változik!
325. Ábra
Ismertesse a váltakozó áram töltésszállító képességét és effektív értékeit!
320.
Ismertesse az egyszerű egyenáramú kétpólusú mechanikus kommutátoros elektromotor működési elvét!
312. A mágneses térben mozgó vezető töltéseit a Lorentz-erő szétválasztja. A töltésszétválasztás addig folyik, amig a rúdban kiépülő E-tér hatása nem semlegesíti a Lorentz erőt. Az indukált áram iránya mindig olyan, hogy a mágneses hatása mindig gátolja az őt létrehozó folyamatot.
Mi a Lorentz erő szerepe a mozgási indukcióban? Ismertesse Lenz törvényét!
333. Az a hőmérséklet, amelynek elérésekor a ferromágneses anyag elveszti mágneses tulajdonságait és paramágnesessé alakul.
Mit nevezünk a ferromágneses anyagok Curie-pontjának? Mi történik a ferromágneses anyaggal a Curie hőmérsékleten?
316. Nyugalmi indukció: transzformátor: az N2 menetszámú tekercsben azért indukálódik feszültség, mert benne a mágneses indukciót az N1 menetszámú tekercs árama változtatja. Mozgási: Dinamó: A vasmagnak mindig van egy kevés mágneses tere. A vasmag közötti térben helyezte el a forgó tekercset. A rotor az elektromágnes vezetékét és a fogyasztót sorba kapcsolta. Ha a gyenge mágneses térben megforgatjuk a rotort, akkor abban feszültség indukálódik. Ez áramot indít, ami viszont növeli a mágneses tér nagyságát.A keletkező feszültség nagyságát állandó mágneses térerősségnél és távolságnál a mozgás sebessége határozza meg.
Mondjon példát a mozgási és a nyugalmi (kölcsönös) indukció gyakorlati alkalmazására, ismertesse röviden a felsorolt eszközök működési elvét!
310. Függ a tekercs hosszától, a mozgás sebességétől, és a mágneses indukció nagyságától. Polaritása függ a sebességvektor irányától, illetve a mágneses indukcióvektor irányától
Tekercshez állandó mágnest közelítünk. A tekercs kivezetésein feszültséget mérhetünk. Milyen fizikai mennyiségektől függ az indukált feszültség nagysága és polaritása?
332. Ha egy anyagot felmágnesezünk a kiindulási állapotba már nem tudunk visszajutni. Azt a térerősséget, amely az anyagban a mágneses indukciót nullára csökkenti, koercitív erőnek nevezzük és H(c)-vel jelöljük. A telítésig felmágnesezett ferromágneses anyagban a térerősséget folyamatosan csökkentve az indukció nem a görbe szerint csökken. H=0 nulla esetén is jelentős indukcióval rendelkezik az anyag. Ezt maradandó vagy más néven remanens indukciónak nevezzük, és H(r)-rel jelöljük.
Ábrázolja és magyarázza el a ferromágneses anyagok hiszterézis görbéjét! Mely anyagok jók permanens mágnesnek?