Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Электромагнетизм → Электромагнитная индукция ↓


Трансформаторы и индуктивные цепи


В электромагнитной индукции трансформатор является одной из важнейших применений. Трансформатор - это устройство, использующее принципы электромагнитной индукции для преобразования электрической энергии из одной цепи в другую. Это включает в себя изменение уровней напряжения, что делает его незаменимым в электрических системах, особенно в распределении электроэнергии.

Основные принципы трансформаторов

Трансформаторы работают по принципу взаимной индукции. Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, он создает изменяющееся магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке, находящейся рядом с ней. Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, можно определить по уравнению:

V_s / V_p = N_s / N_p

Где:

  • V_s = напряжение во вторичной обмотке
  • V_p = напряжение в первичной обмотке
  • N_s = количество витков во вторичной обмотке
  • N_p = количество витков в первичной обмотке

Это уравнение показывает, что напряжение прямо пропорционально количеству витков. Если у вторичной обмотки больше витков, чем у первичной, трансформатор является повышающим. Если у вторичной обмотки меньше витков, он является понижающим.

Визуализация трансформаторов

Первичная обмотка Вторичная обмотка основной

Эта диаграмма показывает базовую настройку трансформатора. Синие линии представляют катушки, а красная линия представляет общий сердечник из ферромагнитного материала. Этот сердечник передает магнитное поле, созданное первичной обмоткой, во вторичную обмотку.

Индуктивные цепи и их компоненты

Индуктивные цепи - это цепи, содержащие индуктивные элементы в качестве основных. Индуктор - это пассивный двухполюсной электрический компонент, который сохраняет энергию в магнитном поле. Формула для индуктивности, которая описывает, насколько эффективно сохраняется энергия, такова:

V = L * (di/dt)

Где:

  • V - напряжение на индуктивности
  • L - индуктивность, измеряемая в Генри (Гн)
  • (di/dt) - скорость изменения тока через индуктор

Визуализация простой индуктивной цепи

л

Эта упрощенная диаграмма показывает символ индуктора в цепи, который характеризуется петлями, представляющими индуктивные свойства. Индукторы сопротивляются изменениям тока, что делает их важными для управления передачей энергии в цепи.

Применения и примеры

Трансформаторы и индуктивные цепи используются в различных приложениях:

  • Энергетическая сеть: Трансформаторы важны для повышения напряжения при передаче на дальние расстояния и минимизации потерь энергии.
  • Электроника: Индукторы используются в разных электронных устройствах для фильтрации сигналов, накопления энергии или управления электрическим током.
  • Двигатели: Трансформаторы и индуктивные цепи необходимы для работы электрических двигателей и других машин, преобразующих электрическую энергию в механическую.

Понимание эффективности трансформатора

Эффективность трансформатора - это отношение выходной мощности к входной мощности, обычно выраженное в процентах:

Эффективность (%) = (P_out / P_in) * 100

Из-за потерь энергии, таких как сопротивление и магнитные утечки в обмотках, ни один трансформатор не может быть 100% эффективным. Оптимизация этих процессов важна при проектировании эффективного трансформатора.

Визуализация эффективности трансформаторов

входная мощность выходная мощность

Зеленый прямоугольник представляет входную мощность, а красный прямоугольник - выходную мощность. Разница между ними представляет потери, что показывает, почему эффективность важна для функционирования трансформатора.

Продвинутые концепции трансформаторов

Помимо основных повышающих и понижающих трансформаторов, существуют также несколько продвинутых концепций:

  • Автотрансформаторы: Эти трансформаторы используют одну катушку, которая действует как первичная и вторичная обмотка с переменными точками вскрытия.
  • Трехфазные трансформаторы: Эти трансформаторы, используемые в крупных энергетических системах, настроены для работы с тремя переменными токами одновременно.
  • Изоляционные трансформаторы: Разработаны для электрической изоляции первичной и вторичной цепей, полезны для обеспечения безопасности и снижения шума в чувствительном оборудовании.

Заключение

Трансформаторы и индуктивные цепи - это основа современных энергетических систем, важны как для малых электронных приборов, так и для крупномасштабных энергетических сетей. Понимание их работы, эффективности и применения полезно для понимания как фундаментальных, так и продвинутых аспектов электромагнетизма.


Студент бакалавриата → 2.4.4


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (2.4.3)
Самоиндукция и взаимная индукция
Следующий (2.5) →
Уравнения Максвелла

Комментарии 



Трансформаторы и индуктивные цепи

https://www.physicsflow.com/ug/2.4.4?pfal=ru