23.0: Utangulizi wa Induction ya umeme, Mzunguko wa AC na Teknolojia za Umeme

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183836

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Maonyesho ya asili ya ulinganifu ni mazuri na yanavutia. Mabawa ya kipepeo yanaonyesha ulinganifu unaovutia katika mfumo tata. (Angalia Mchoro 2.) Sheria za fizikia zinaonyesha ulinganifu katika ngazi ya msingi zaidi—ulinganifu huu ni chanzo cha ajabu na kuashiria maana zaidi. Kwa kuwa sisi kuweka thamani ya juu juu ya ulinganifu, sisi kuangalia kwa ajili yake wakati sisi kuchunguza asili. Jambo la ajabu ni kwamba tunaipata.

Turbine ya upepo na vile vitatu vilivyowekwa katika maji ya kina. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Hizi turbines upepo katika Thames Estuary nchini Uingereza ni mfano wa induction katika kazi. Upepo unasuuza vile vya turbine, unazunguka shimoni iliyounganishwa na sumaku. Sumaku huzunguka coil conductive, inducing sasa umeme katika coil, na hatimaye kulisha gridi ya umeme. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Petr Kratochvil)

Picha ya kipepeo na mabawa yake yameenea kwa usawa inaonyeshwa kupumzika kwenye kundi la maua. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Fizikia, kama kipepeo hii, ina ulinganifu wa asili. (mikopo: Thomas Bresson)

Hint ya ulinganifu kati ya umeme na magnetism kupatikana katika sura iliyotangulia itafafanuliwa juu katika sura hii. Hasa, tunajua kwamba sasa inajenga shamba magnetic. Ikiwa asili ni sawa hapa, basi labda shamba la magnetic linaweza kuunda sasa. Athari ya Hall ni voltage inayosababishwa na nguvu ya magnetic. Voltage hiyo inaweza kuendesha sasa. Kihistoria, ilikuwa muda mfupi sana baada ya Oersted kugundua mikondo kusababisha mashamba magnetic kwamba wanasayansi wengine aliuliza swali ifuatayo: Je, mashamba magnetic kusababisha mikondo? Jibu lilipatikana hivi karibuni kwa majaribio kuwa ndiyo. Mwaka 1831, miaka 12 baada ya ugunduzi wa Oersted, mwanasayansi wa Kiingereza Michael Faraday (1791—1862) na mwanasayansi wa Marekani Joseph Henry (1797—1878) walionyesha kwa kujitegemea kuwa mashamba magnetic yanaweza kuzalisha mikondo. Mchakato wa msingi wa kuzalisha emfs (nguvu ya umeme) na, kwa hiyo, mikondo yenye mashamba ya magnetic inajulikana kama induction; mchakato huu pia huitwa induction magnetic ili kutofautisha kutoka kwa malipo kwa induction, ambayo hutumia nguvu ya Coulomb.

Leo, mikondo inayotokana na mashamba ya magnetic ni muhimu kwa jamii yetu ya teknolojia. Jenereta ya kawaida inayopatikana katika magari, kwenye baiskeli, katika mitambo ya nyuklia, na kadhalika-hutumia magnetism kuzalisha sasa. Vifaa vingine vinavyotumia sumaku kushawishi mikondo ni pamoja na coil za kuchukua katika magitaa ya umeme, transfoma wa kila ukubwa, vipaza sauti fulani, milango ya usalama wa uwanja wa ndege, na taratibu za damping kwenye mizani nyeti ya kemikali. Sio ujuzi labda, lakini muhimu hata hivyo, ni kwamba tabia ya nyaya za AC inategemea sana juu ya athari za mashamba ya magnetic kwenye mikondo.

faharasa

induction: (magnetic induction) kuundwa kwa emfs na hivyo mikondo na mashamba magnetic