O różnych urządzeniach elektrycznych

Transkrypt

1 O różnych urządzeniach elektrycznych Ryszard J. Barczyński, 2017 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

2 Nie tylko prądnica Choć prądnice stanowią bardzo bezpośrednie zastosowanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej Faradaya, to istnieje jeszcze wiele innych zastosowań praktycznych...

3 Dzwonek elektryczny

4 Transformator Załóżmy, że uzwojenie pierwotne transformatora ma n1 zwojów, a każdy zwój wytwarza strumień indukcji pola magnetycznego F. Przyjmijmy, że transformator jest idealny, czyli cały strumień wytworzony przez uzwojenie pierwotne przechodzi przez n2 zwojów uzwojenia wtórnego. Do uzwojenia pierwotnego przyłożyliśmy zmienne napięcie U1. Pomijając straty na oporności uzwojeń możemy napisać: U 1= n 1 Na uzwojeniu wtórnym powstanie siła elektromotoryczna: U 2 = n 2 d dt d dt

5 Transformator Po porównaniu napięć na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym otrzymujemy: U2 U1 = n2 n1 Rysunek przedstawia zastosowanie transformatorów w energetyce. Jaki jest jego cel? Widzimy, że transformator może zarówno obniżać, jak i zwiększać napięcie prądu zmiennego. Oczywiście energia jest zachowana, czyli zwiększenie napięcia odbywa się kosztem zmniejszenia prądu, który możemy pobierać z transformatora.

6 Przykładami transformatorów obniżających napięcie mogą być wszelkiego rodzaju zgrzewarki i spawarki elektryczne. Napięcie w uzwojeniu wtórnym jest niewielkie, ale za to możemy z niego czerpać bardzo duży prąd.

7 Transformator W zależności od częstotliwości prądu elektrycznego, przenoszonej mocy i napięć pracy konstrukcje transformatorów bywają bardzo różne.

8 Cewka Ruhmkorffa Rysunek obok przedstawia tak zwaną cewkę Ruhmkorffa, a rysunek poniżej przebieg prądu w uzwojeniu pierwotnym i siły elektromotorycznej we wtórnym. Jak to działa?

9 Autotransformator Odmianą transformatora jest autotransformator, w którym część uzwojenia pierwotnego i wtórnego jest wspólna. Często stosujemy autotransformator z regulowaną przekładnią, będący bardzo wygodnym regulatorem napięcia prądu zmiennego.

10 Przetworniki elektroakustyczne

11 Mikrofon Mikrofony zamieniają falę akustyczną na przebiegi elektryczne. W mikrofonie dynamicznym do drgań pobudzana jest membrana, a w przymocowanej do niej cewce umieszczonej w polu magnetycznym indukuje się siła elektromotoryczna.

12 Mikrofon Mikrofony zamieniają falę akustyczną na przebiegi elektryczne. Doskonałą jakością charakteryzują się mikrofony wstęgowe, w których fale akustyczne pobudzają do drgań metalową wstęgę umieszczoną w polu magnetycznym.

13 Słuchawka Słuchawki zamieniają przebiegi elektryczne na falę akustyczną. Słuchawka magnetyczna zawiera stalową membranę umieszczoną w polu magnetycznym magnesu stałego, na które nałożone jest pole magnetyczne cewki pobudzającej membranę do drgań.

14 Słuchawka Słuchawki zamieniają przebiegi elektryczne na falę akustyczną. Słuchawka dynamiczna jest zbudowana w zasadzie identycznie jak mikrofon dynamiczny. Cewka w polu magnetycznym jest pobudzana do drgań przez prądy zmienne i przekazuje swoje drgania membranie.

15 Głośnik Głośniki również służą do zamiany przebiegów prądu zmiennego na falę akustyczną. Pierwsze głośniki miały konstrukcję słuchawek uzupełnionych o tubę (zwykle metalową). Dziś podobne rozwiązania stosuje się do głośników wysokotonowych i wysokosprawnych. Nazywa się je głośnikami tubowymi.

16 Głośnik Głośniki również służą do zamiany przebiegów prądu zmiennego na falę akustyczną. Obecnie najczęściej spotykane są głośniki o konstrukcji pokazanej na rysunku. Nazywamy je dynamicznymi.

17 W celu poprawienia jakości odtwarzania dźwięku głośniki często stosuje się w zespołach, w których poszczególne głośniki odtwarzają różne zakresy częstotliwości. Elementy RLC, które rozdzielają sygnał elektryczny pomiędzy poszczególne głośniki noszą nazwę zwrotnicy.

18 Gitara elektryczna przetworniki struna gitary magnes stały cewka wzmacniacz widok z boku Również przetworniki gitary elektrycznej działają na zasadzie prawa Faradaya. Drgająca struna o właściwościach magnetycznych wywołuje zmienny strumień magnetyczny, a ten z kolei siłę elektromotoryczną w cewkach przetwornika.

19 Miernik energii elektrycznej Współczesne mierniki energii elektrycznej działają na tej samej zasadzie, co urządzenia wynalezione i produkowane przy końcu XIXw!

20 Miernik energii elektrycznej Miernik zawiera dwie cewki napięciową (włączoną równolegle do obciążenia) i prądową (włączoną szeregowo). Zmienne pole magnetyczne wzbudza w obrotowym dysku prądy wirowe, co prowadzi do powstania sił powodujących jego obrót. Prędkość obrotów zależy nie tylko od wartości prądu i napięcia, ale także od przesunięcia fazy pomiędzy nimi.

21 Jak to działa?