Avval o‘rganing: Magnit maydoni va Amper kuchi
1831 yilda Faradey kashf etgan elektromagnit induksiya — o‘zgaruvchan magnit maydon yordamida elektr toki olish hodisasi. Elektr stansiyalardagi generatorlar, transformatorlar, induksion plitalar, metall detektorlar va simsiz zaryadlovchilar shu hodisaga asoslangan. Bu mavzuning kaliti bitta g‘oya: EYuK oqimning o‘zi emas, uning o‘zgarish tezligi bilan aniqlanadi.
Konturni kesib o‘tuvchi magnit induksiya chiziqlari "miqdori" — magnit oqimi:
Φ = BS·cos α
Oqimni uch usulda o‘zgartirish mumkin: B ni, S ni yoki α ni (konturni aylantirib) o‘zgartirish.
B = 0,4 T, yuzi 50 cm² bo‘lgan halqa normali B bilan 60° hosil qiladi. Oqim?
Yopiq kontur orqali o‘tuvchi magnit oqimi o‘zgarganda unda induksion tok hosil bo‘ladi.
Faradey tajribasida g‘altakka magnit kiritilganda yoki chiqarilganda galvanometr strelkasi og‘gan, magnit harakatsiz turganda esa tok bo‘lmagan. Magnit qancha tez harakatlantirilsa, tok shuncha kuchli bo‘lgan.
ε = −ΔΦ/Δt, N o‘ramli g‘altak uchun ε = −N·ΔΦ/Δt
100 o‘ramli g‘altakda oqim 0,1 s da 0,02 Wb ga kamaydi. G‘altak qarshiligi 10 Ω. EYuK, tok va o‘tgan zaryad?
Induksion tok shunday yo‘naladiki, uning magnit maydoni o‘zini hosil qilgan oqim o‘zgarishiga qarshilik qiladi.
Lens qoidasi energiyaning saqlanish qonunining natijasi: induksion tok energiyasi magnitni harakatlantirgan tashqi kuchning ishi hisobiga olinadi.
Yo‘nalishni topish algoritmi:
Maydonda harakatlanayotgan o‘tkazgichdagi erkin elektronlarga Lorens kuchi ta’sir qiladi — uchlarida potensiallar farqi hosil bo‘ladi:
ε = Bvl·sin α
α — tezlik va B⃗ orasidagi burchak. Tok yo‘nalishi o‘ng qo‘l qoidasi bilan: B kaftga kirsin, bosh barmoq tezlik bo‘ylab — to‘rt barmoq induksion tokni ko‘rsatadi.
Uzunligi 0,5 m sterjen 0,2 T maydonda 4 m/s tezlik bilan maydonga perpendikulyar relslarda sirpanmoqda. Zanjir qarshiligi 2 Ω. EYuK, tok va tormozlovchi kuch?
G‘altakdagi tok o‘zgarsa, o‘zining oqimi o‘zgaradi va unda EYuK paydo bo‘ladi — o‘zinduksiya. Oqim tokka proporsional: Φ = LI.
ε = −L·ΔI/Δt
W = LI²/2
L = 0,5 H g‘altakdagi 4 A tok 0,02 s da nolgacha kamaydi. O‘zinduksiya EYuK va ajralgan energiya?
Generator. Magnit maydonda ω burchak tezlik bilan aylanayotgan ramkada oqim Φ = BS·cos ωt qonun bo‘yicha o‘zgaradi, shuning uchun unda sinusoidal EYuK hosil bo‘ladi:
ε = N·B·S·ω·sin ωt, ε_max = NBSω
Elektr stansiyalarida turbina (bug‘, suv yoki shamol bilan aylanadigan) generator rotorini aylantiradi — mexanik energiya elektr energiyasiga aylanadi. O‘zbekiston va boshqa ko‘plab mamlakatlarda tarmoq chastotasi 50 Hz.
Transformator — umumiy po‘lat o‘zakka o‘ralgan ikki g‘altak. Birlamchi g‘altakdagi o‘zgaruvchan tok o‘zakda o‘zgaruvchan oqim hosil qiladi, u ikkilamchi g‘altakda EYuK induksiyalaydi. Har bir o‘ramga bir xil EYuK to‘g‘ri keladi:
U₁/U₂ = N₁/N₂ = k (transformatsiya koeffitsiyenti)
k > 1 — pasaytiruvchi, k < 1 — oshiruvchi transformator. Transformator faqat o‘zgaruvchan tokda ishlaydi: doimiy tok o‘zgarmas oqim beradi va ikkilamchi g‘altakda EYuK hosil qilmaydi. Elektr energiyasini uzoqqa uzatishda kuchlanish oshiriladi — tok kamayadi va simlardagi issiqlik isrofi (I²R) keskin kamayadi.
Uyurmaviy (Fuko) toklar — o‘zgaruvchan maydondagi yaxlit metall bo‘laklarida hosil bo‘ladigan toklar. Ular induksion plitada idishni qizdiradi va metall eritish pechlarida ishlatiladi, transformator o‘zagida esa zararli — shuning uchun o‘zak bir-biridan izolyatsiyalangan yupqa plastinkalardan yig‘iladi.
100 o‘ramli, yuzasi 0,01 m² bo‘lgan ramka 0,5 T maydonda 50 Hz chastota bilan aylanmoqda. EYuK ning eng katta qiymati?
Transformator birlamchi g‘altagida 1100 o‘ram, ikkilamchisida 60 o‘ram; tarmoq kuchlanishi 220 V. Ikkilamchi kuchlanish?