Mõõtmise magnetilised ühikud

Cloud Computing - Computer Science for Business Leaders 2016 (Juuni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Mõõtmise magnetilised ühikud

DC elektrilised ahelad


küsimus 1

Elektrilisteks ahelateks on kolm põhikogust vastavalt pinge (E või V), vool (I) ja takistus (R), mis vastavad vastavalt üldistele põhjustele, mõjudele ja vastulausele .

I = E


R

efekt = põhjustada


opositsioon

Magnetilistes "ahelates" on ka koguseid, mis vastavad "põhjusele", "efektile" ja "opositsioonile". Määratle need kogused koos nende vastavate sümbolitega ja kirjuta omamoodi "Ohmide seaduse" võrrand, mis seob neid matemaatiliselt. Samuti määrake kindlaks mõõtühikud, mis on seotud iga kolme mõõtesüsteemiga: CGS ("vana" mõõdik), SI ("uus") ja inglise keel.

Avasta vastus Peida vastus

"Põhjus" = magnetootorjõud (MMF) = F

"Effect" = magnetvoog = Φ

"Opposition" = Reluctance = ℜ

See suhe on tuntud Rowlandi seaduse järgi ja see omab silmatorkavat sarnasust Ohmide seadusega elektriskeemides:

Φ = F


Järelevalveküsimus: algebralise manipuleerimine eespool kirjeldatud Rowlandi seaduse võrrandiga, et lahendada

F ja lahendada ℜ

.

Märkused:

Magnetism, mis on sageli kogenud püsimagnetite ja magnetilise kompassi kujul, on sama uudse üliõpilase jaoks sama ka "imelik" mõiste nagu elektrienergia. Nende hariduse hetkel peavad nad olema piisavalt tuntud pinge, voolu ja vastupidavusega, et mõistaksid neid analoogseid koguseid MMFi, voolu ja vastumeelsuse uuteks magnetkogusteks. Rõhutage põhiliste elektrikoguste analoogilisi sarnasusi õpilastega arutlusega. See mitte ainult ei aita õpilastel paremini mõista magnetismi, vaid suurendab ka nende arusaamist elektrikogustest.

2. küsimus

Kui me peaksime üles näitama takistuse "vastust" erinevate rakenduslike pingetalade tasemele, saame välja graafiku, mis näeb välja selline:

Kui me peaksime ferromagnetilise proovi "vastuse" graafikust rakendama erinevatel magnetitootjate jõudude tasemetel, saame graafiku, mis näeb välja midagi sellist:

Mida see graaf näitab teile, võrreldes takisti omaduste graafikuga "# 2"> Avasta vastus Peida vastus

Ferromagnetilise materjali MMF / voolukõver on suhteliselt mittelineaarne, erinevalt elektrilise takisti sooritusest.

Märkused:

Küsige oma õpilastelt, et vastata küsimuses esitatud V / I graafikule. Kuhu selles graafikus on vastupanu esindatud? Teie matemaatikaimad õpilased tunnevad (või võib-olla meenutada varasematest aruteludest), et graafiku kalle näitab ahela vastupanu. Mida väiksem on takistus, seda pindalaga pindala (vähemalt sel juhul, kui vool on vertikaalteljel ja pinge horisontaaltel). Krundi mis tahes punktis on kalle samad, mis näitab, et vastupidavus ei muutu pinge ja voolu laias valikus.

Nüüd suunake oma tähelepanu MMFi / voo graafile. Kus on graafikus näidatud vastumeelsus ? Millist järeldust me võime kujutada magnetvooluringi vastumeelsuse kohta, näidates näidatud MMF-i / voolukõvera kuju? Millisel hetkel on vastumeelsus suurim? Millisel hetkel on see kõige vähem?

Küsimus 3

Oletame, et rauatoru sektsiooni ümbritseb elektrijuhtme pikkus ja traat läbiv elektrivool:

Millised tegurid mõjutavad MMF-i, voogu ja vastupanuvõimet selles magnetvoolus "" # 3 "> Avasta vastus Peida vastus

MMF määratakse vooluhulga kaudu läbi traat spiraali ja pöörete arvu mähises ( F

= IN). Vastupidavus määratakse magnetvoogu tee ristlõikepindalaga, selle tee pikkusega, materjali tüübiga, millest torus on valmistatud, ja torus oleva vooluhulga . Magnetvoog määratakse MMFi ja vastumeelsuse järgi.

Järelevalveküsimus: kui sarnased on need suhted pingele, takistusele ja voolule elektriskealis? Pange tähele mis tahes sarnasusi ja mis tahes erinevusi.

Märkused:

Võib-olla on kõige huvitavam osa sellele küsimusele vastata, et magnetväljas (ℜ) muutub "vooluahelas" vooluhulk (Φ). Esialgu võib see tunduda üsna erinev elektrilistest ahelatest, kus takistus (R) on püsiv (olenemata voolust (I)).

Kuid elektritakistuse püsivus on midagi enamat kui iseenesestmõistetav. Paluge oma õpilastel mõelda elektriseadmetele (või nähtustele), kus vastupanu ei ole stabiilne mitmesuguste voolude puhul. Pärast mõnda arutelu peaksite leidma, et püsiva vastupanuvõime nähtus ei ole nii tavaline, nagu võiks arvata!

Kui õpilased on seda kontseptsiooni mõelnud, küsige neilt, mida see tähendab magnetvoo (Φ) ja MMFi (

F

) Teisisõnu, mis juhtub magnetilise vooluga, kui MMF on suurenenud?

Küsimus 4

Arvutage vastumeelsus (ℜ) magnetvooluringile, kus MMF ( F

) on 8, 9 amp-pööret ja voog (Φ) on 0, 24 veebikogust.

Avasta vastus Peida vastus

ℜ = 37, 08 amp-pööret ühe weberi kohta (At / Wb)

Märkused:

Siin pole midagi erilist, vaid lihtne arvutus. Selle küsimuse üheks punktiks on, et õpilased oleksid uurinud Rowlandi seadust ja õpiksid seda kasutama, nagu oleksid nad Ohmide seaduses.

Küsimus 5

Arvutage magnetilise vooluhulk (Φ) rauaosas, mille tõmbekiirus (ℜ) on 55 amprit pööret weberi ja rakendatud MMF ( F

) 2.2 võimendiga pöördeid.

Avasta vastus Peida vastus

Φ = 40 mWb

Märkused:

Siin pole midagi erilist, vaid lihtne arvutus. Selle küsimuse üheks punktiks on, et õpilased oleksid uurinud Rowlandi seadust ja õpiksid seda kasutama, nagu oleksid nad Ohmide seaduses.

Pidage meeles, et veebiklubide üksuse lühend on kahe tähega, mitte ainult ühega, nagu see kehtib ka enamiku üksuse lühendite kohta!

Küsimus 6

Arvutage magnetoimejõu (MMF või F) summa

), mis on vajalik 30 μWb magnetvoo (Φ) tekitamiseks rauakujul, mille vastupanus (ℜ) on 14 A / Wb.

Avasta vastus Peida vastus

F

= 420 uAt

Märkused:

Siin pole midagi erilist, vaid lihtne arvutus. Selle küsimuse üheks punktiks on, et õpilased oleksid uurinud Rowlandi seadust ja õpiksid seda kasutama, nagu oleksid nad Ohmide seaduses.

Pidage meeles, et veebiklubide üksuse lühend on kahe tähega, mitte ainult ühega, nagu see kehtib ka enamiku üksuse lühendite kohta!

7. küsimus

Arvuta rahaturufondide summa ( F

), mille on tekitanud 1300 pööret läbiv traat, mis kannab 3, 5 milliamperme voolu.

Avasta vastus Peida vastus

F

= 4, 55 amp-pööret

Märkused:

Siin pole midagi erilist, vaid lihtne arvutus. Üks selle küsimuse punktidest on see, et õpilased uurivad F-i arvutamise valemit

, nii lihtne kui see on.

Küsimus 8

Arvutage "pöörete arv" (mähised), et MMF ( F

) 5, 7 pöörde pöördega elektrivooluga 12 mA.

Avasta vastus Peida vastus

N = 475 pööret

Märkused:

Siin pole midagi erilist, vaid lihtne arvutus. Üks selle küsimuse punktidest on see, et õpilased uurivad F-i arvutamise valemit

, nii lihtne kui see on.

Küsimus 9

Arvutage elektrivoolu kogus, mis peaks läbima 850 pööret traadi spiraali, et saada MMF ( F

) 2, 1 võimendiribast.

Avasta vastus Peida vastus

I = 2, 471 mA

Märkused:

Siin pole midagi erilist, vaid lihtne arvutus. Üks selle küsimuse punktidest on see, et õpilased uurivad F-i arvutamise valemit

, nii lihtne kui see on.

Küsimus 10

Õhumärgise traat spiraali ("solenoid") vastupidavuse (ℜ) arvutamise valem on järgmine:

ℜ = l


μ 0 A.

Kus

l = mähisejoone lineaarne pikkus meetrites (m)

A = rullküve ristlõike pindala ruutmeetrites (m 2 )

μ 0 = vaba ruumi läbilaskvus = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Kasutades seda valemit ja Rowlandi seaduse valemit, arvutage magnetilise voolu (Φ) kogus, mis tekib 250-kordse traadi pikisuunalise õhukeseseadmega solenoidiga, ristlõikepindalaga 6, 5 ​​x 10 - 4 ruutmeetrit ja 5-liitrise mähisevoolu:

Avasta vastus Peida vastus

Φ = 5, 105 μWb

Märkused:

Kogu antud informatsiooniga on see ainult kontrollarvutus. Siiski on tore, et õpilastel oleks õhukassi solenoid-vastumeelsuse valem kasulik muude arvutuste jaoks, mis on selle küsimuse põhiosa.

Küsimus 11

Elektrit juhtivaid materjale võib hinnata vastavalt nende suhtelisele vastupanuvõimele koguse kohta, mida me nimetame eritakistuseks (ρ). Valem, mis käsitleb vastupidavust spetsiifilisele resistentsusele, on selline:

R = ρ l


A.

Kus

R = Elektriline takistus, oomides

ρ = eritakistus, ohm-cmil / ft või mõni muu ühikute kombinatsioon

l = juhi pikkus, jalad või cm (sõltuvalt ρ ühikutest)

A = juhi ristlõikepindala, cm või cm2 (olenevalt ühikutest ρ jaoks)

Magnetilisi materjale võib hinnata ka nende suhtelise vastumeelsuse järgi koguse järgi, mida me nimetame läbitavuseks (μ). Kirjutage valem, mis käsitleb magnetaine vastupidavust magnetilise aine läbilaskvusele, ja märkige kõik erinevused ja sarnasused, mida te selle vahel näete, ja elektrivoolu spetsiifilise takistusvalemi.

Avasta vastus Peida vastus

ℜ = l


μA

Märkused:

Paluge õpilastel kirjeldada kõigi kolme sõltumatu muutuja (μ, l ja A) suurenemise ja languse tagajärjel tekkivat magnetväljundit. Oluline on, et nad saaksid seda võrrandit kvalitatiivselt aru saada, justkui on oluline, et nad mõistaksid omamoodi Ohmide seadust ja spetsiifilist resistentsuse valemit.

Küsimus 12

Selgitage suhteline läbitavus (μ r ) ja absoluutne läbilaskvus (μ). Kuidas mõõteühikud nende kahe suuruse vahel erinevad "# 12"> Vastama vastus Peida vastus

μ r = ((μ) / (μ 0 ))

Absoluutne läbilaskvus mõõdetakse veebiserveri ühikutes ampermeetri kohta (Wb / Am), kuid suhtelisel läbilaskvusel pole ühtegi ühikut.

Märkused:

Paluge õpilastel selgitada, miks suhteline läbilaskvus (μ r ) on üksinda. Kas on olemas muid muutujaid, millega nad on oma teadusteooriates kokku puutunud?

Kas mõni teie õpilastest uurib vaba ruumi läbilaskvuse väärtust (μ 0 )? Kui jah, siis millise summa nad said?

Küsimus 13

Magnetvooluringi kaheks oluliseks muutujateks on B ja H. Selgitage, mida need kaks muutujat tähistavad MMFi ( F

) ja vooluhulk (Φ) ning seostage need võimaluse korral elektrienergiaga. Samuti määrake nende muutujate mõõtühikud CGS, SI ja ingliskeelsetes mõõtesüsteemides.

Avasta vastus Peida vastus

Väljavälja intensiivsust (H) nimetatakse ka "magnetiseerivaks jõuks" ja see on MMFi summa magnetvoo tee pikkuse ühiku kohta. Fluo tihedus (B) on magnetvoo kogus pindalaühiku kohta.

Märkused:

Kuigi elektroonikaseadmetes ei kasutata sageli väli intensiivsuse ja ruumite tihedusega samaväärseid elektrilisi muutujaid, on need olemas! Küsige oma õpilasi, kui keegi suudab kindlaks määrata, mis need muutujad on. Samuti küsige neilt, kus nad saaksid teavet magnetkoguste ja mõõtühikute kohta.

Te peaksite oma õpilastele mainima, et SI üksused loetakse siinkirjeldatud kõige kaasaegsemaks, SI süsteem on kõigis rakendustes metriliste ühikute rahvusvaheline standard.

Küsimus 14

Kui terasetootja avaldab oma viimaste sulamite magnetilise omaduse, teeb nad seda "B / H" graafiku kujul, kus magnetiseerimisjõu (H) funktsioonina joonistatakse voo tihedus (B):

Kas te näete harva voolu graafikut (Φ), mis on näidatud kui MMFi funktsioon (

F

), kuigi selline graafik tundub väga sarnane sama materjali "B / H kõveraga". Miks on see number "14"> vastuse avamine peida vastus

"B / H-kõver" ei sõltu isendi füüsilistest mõõtmetest, mis edastavad aine enda magnetilist omadust, selle asemel, et määrata selle ühe konkreetse osa .

Märkused:

See mõte võib õpilasi segi ajada, nii et arutelu on kasulik. Küsige oma õpilastelt, millised on "voogude tihedus" ja "magnetiseeriv jõud": need on väljundid voogu ja MMFi mõõtühiku kohta . Seega, kui tootja väidab, et nende uus terasest sulam lubab 0, 6 Tesla sujuva magnetiseerimisjõu puhul 100 amp-pööret / meetrit, siis see arv kehtib selle sulami mistahes suuruse kohta.

Selle kontseptsiooni tõestamiseks reduktiivse reduktsioonitehnikaga vähendage ad absurdum, küsige oma õpilastelt, kuidas see oleks, kui vasktootjad määraksid oma vasesulamite vastupidavuse oomides: "Alloy 123XYZ on takistusega 17 oomi." Mis kasulikkus see on avaldus? Mida see meile tähendab? Kuidas on avaldus "legeeritud 123XYZ-i takistus on 10, 5 oomi-cmil suu kohta" parem?

Küsimus 15

Võttes arvesse järgmisi võrrandeid, tuletame välja voolu tiheduse (B) ja välja intensiivsuse (H, mis on muidu tuntud kui magnetiseeriv jõud) mõttes ühtne võrrand, mis väljendab läbitavust (μ):

ℜ = F


Φ

ℜ = l


μA

H = F


l

B = Φ


A.

Avasta vastus Peida vastus

μ = B


H

Märkused:

See küsimus on algebralise asendamise ja manipuleerimise harjutus. Võib olla hea mõte juhtida tähelepanu sellele, et järgmine võrrand kehtib ainult "solenoidi" jaoks (traat spiraal).

ℜ = l


μA

Õhukambri solenoidi puhul on valem järgmine:

ℜ = l


μ 0 A.

Kus

l = mähisejoone lineaarne pikkus meetrites (m)

A = rullküve ristlõike pindala ruutmeetrites (m 2 )

μ 0 = vaba ruumi läbilaskvus = 4 π × 10 -7 (T · m / A)

Küsimus 16

Käsiraamatus saadud BH kõvera abil määratakse magnetiseerimisjõu (H) kogus, mis on vajalik magnetvoo tiheduse määramiseks 0, 2 T rauast torus ristlõikepindalaga 7 × 10-4 ruutmeetrit.

Selle vooluhulga määramiseks arvutage vajalikku vooluhulka, kui mähis on 250 pööret ja torus on keskmine voolu läbimõõt 45 cm. Samuti arvutage Toruse sees oleva magnetvoo (Φ) hulk.

Avasta vastus Peida vastus

H = 400 A / m

I = 720 mA

Φ = 1, 4 mWb

Märkused:

Ma sain magnetiseerimisjõu näidu 400 T / m 0, 2 T-le voolu tihedusest, Robert L. Boylestadi 9. väljaandest, lk 437.

  • ← Eelnevad töölehed

  • Töölehtede indeks

  • Järgmine tööleht →