Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Измерение тока. Виды и приборы. Принцип измерений и особенности

Измерение тока. Виды и приборы. Принцип измерений и особенности

Нагрузка в электрической цепи характеризуется силой тока, измерение тока в амперах. Силу тока иногда приходится измерять для проверки допустимой величины нагрузки на кабель. Для прокладки электрической линии применяются кабели разного сечения. Если кабель работает с нагрузкой выше допустимой величины, то он нагревается, а изоляция постепенно разрушается. В результате это приводит к короткому замыканию и замене кабеля.

Способы измерения тока

Для измерения силы тока в электрической цепи, необходимо один вывод амперметра или другого прибора, способного измерять силу тока, подключить к положительной клемме источника тока или блока питания, а другой вывод к проводу потребителя. После этого можно делать измерение тока.

Izmerenie toka skhemy

При измерениях необходимо соблюдать аккуратность, так как при размыкании действующей электрической цепи может возникнуть электрическая дуга.

Для измерения силы тока электрических устройств, подключаемых непосредственно к розетке или кабелю бытовой сети, измерительный прибор настраивается на режим переменного тока с завышенной верхней границей. Затем измерительный прибор подключают в разрыв провода фазы.

Все работы по подключению и отключению допускается производить только в обесточенной цепи. После всех подключений можно подавать питание и измерять силу тока. При этом нельзя касаться оголенных токоведущих частей, во избежание поражения электрическим током. Такие методы измерения неудобны и создают определенную опасность.

Значительно удобнее проводить измерения токоизмерительными клещами, которые могут выполнять все функции мультиметра, в зависимости от исполнения прибора. Работать такими клещами очень просто. Необходимо настроить режим измерения постоянного или переменного тока, развести усы и охватить ими фазный провод. Затем нужно проконтролировать плотность прилегания усов между собой и измерить ток. Для правильных показаний необходимо охватывать усами только фазный провод. Если охватить сразу два провода, то измерения не получится.

Токоизмерительные клещи служат только для замеров параметров переменного тока. Если их использовать для измерения постоянного тока, то усы сожмутся с большой силой, и раздвинуть их можно будет только, отключив питание.

Измерение тока рекомендуется делать в следующих случаях:
  • После прокладки нового кабеля необходимо измерить проходящий через него ток при всех работающих электрических устройствах.
  • Если к старой электропроводке подключена дополнительная нагрузка, то также следует проверить величину тока, которая не должна превышать допустимые пределы.
  • При нагрузке, равной верхнему допустимому пределу, проверяется соответствие тока, протекающего через электрические автоматы. Его величина не должна превышать номинальное значение рабочего тока автоматов. В противном случае автоматический выключатель обесточит сеть из-за перегрузки.
  • Измерение тока также необходимо для определения режимов эксплуатации электрических устройств. Измерение токовой нагрузки электродвигателей выполняется не только для проверки их работоспособности, но и для выявления превышения нагрузки выше допустимой, которая может возникнуть из-за большого механического усилия при работе устройства.
  • Если измерить ток в цепи работающего обогревателя, то он покажет исправность нагревательных элементов.
  • Работоспособность теплого пола в квартире также проверяется измерением тока.
Мощность тока

Кроме силы тока, существует понятие мощности тока. Этот параметр определяет работу тока, выполненную в единицу времени. Мощность тока равна отношению выполненной работы к промежутку времени, за которое эта работа была выполнена. Обозначают буквой «Р» и измеряют в ваттах.

Мощность рассчитывается путем перемножения напряжения сети на силу тока, потребляемого подключенными электрическими устройствами: Р = U х I. Обычно на электроприборах указывают потребляемую мощность, с помощью которой можно определить ток. Если ваш телевизор имеет мощность 140 Вт, то для определения тока делим эту величину на 220 В, в результате получаем 0,64 ампера. Это значение максимального тока, на практике ток может быть меньше при снижении яркости экрана или других изменениях настроек.

Приборы для измерения параметров электрического тока.

Для измерения силы тока используют амперметры. На принципиальных электрических схемах их изображают в виде кружка с буквой А внутри. Характерной особенностью амперметра является малое внутреннее сопротивление для того, чтобы его включение не π ι меняло значения силы измеряемого тока. Если измеряемая сила тока не превышает допустимую для данного амперметра, то ею включают в цепь последовательно с нагрузкой (рис. 6, а).
Если сила тока в цепи превышает допустимое для данного амперметра значение, то при измерениях постоянного тока применяют шунты RS (рис. 6, б), а переменного тока — трансформатора тока ТА (рис. 6, в).
Измерение силы тока
Рис. 6. Измерение силы тока:
а — общая схема; б — с применением шунта; в — с использованием трансформатора тока

Трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из тонких листов электротехнической стали, на котором намотаны две обмотки: первичная (зажимы 3 и 4) с небольшим числом витков из толстого провода и вторичная (зажимы 1 и 2) с большим числом витков тонкого провода.
При протекании по первичной обмотке трансформатора тока, амперметр, включенный во вторичную обмотку по схеме на рисунке 6, в, будет показывать значение тока, (здесь к — коэффициент трансформации трансформатора тока, который указан на его щитке: 5/80,5/100 и т. д.).
Напряжение измеряют с помощью вольтметров. Чтобы не вносить существенную погрешность в измерительную цепь, внутреннее сопротивление вольтметров делают достаточно большим (1000 Ом и более).

Читайте так же:
В бытовых электронагревательных приборах используется тепловое действие электрического тока

Рис. 7. Измерение напряжения:
Измерение напряжения
а — общая схема; б — с добавочным сопротивлением; в — с трансформатором напряжения

Вольтметр включают параллельно нагрузке (рис. 7, а). Если измеряемое напряжение превышает допустимое для данного вольтметра значение, то для расширения предела его измерения используют либо добавочное сопротивление (рис. 7, б) на постоянном токе, либо трансформатор напряжения ТН (рис. 7, в) на переменном токе. У трансформатора напряжения показание вольтметра во вторичной обмотке U2

к U1.
Мощность в цепях постоянного и переменного токов измеряют с помощью ваттметра. Ваттметр имеет две обмотки: токовую с малым сопротивлением и напряжения (зажимы U* и U). Звездочка в обозначении зажима означает начало обмотки.
Токовая обмотка включается, как амперметр, последовательно с нагрузкой (рис. 7), а обмотка напряжения — как вольтметр, параллельно. В цепях постоянного тока ваттметр измеряет полную мощность, а в цепях переменного тока — активную составляющую мощности P — UIcos φ (здесь φ — угол сдвига фаз между силой тока и напряжением).

Приборы для измерения расхода электрической энергии.

Как было показано ранее, расход электрической энергии равен произведению мощности потребителя (нагрузки) Р на время его работы W= Pt [кВт · ч] Существует несколько способов определения количества израсходованной электроэнергии. Наиболее простейших является косвенный способ, для которого необходимо знать мощность всех нагрузок и время их работы. Прямой метод подразумевает использование специальных счетчиков расхода электрической энергии. Наиболее распространены индукционные счетчики, принцип действия которых показан на рисунке 8. Алюминиевый диск 1 счетчика закреплен на вращающейся оси. С двух сторон диска размещены электромагниты 2 и 3. Диск находится в зазоре постоянного магнита 4.
При подключении катушки электромагнита 2 как вольтметра, т. е. параллельно нагрузке, а катушки электромагнита 3 как амперметра (последовательно с нагрузкой) они создают за счет вихревых токов электромагнитную вращающую силу FэM.
Измерение мощности
Рис. 8. Измерение мощности
Рис. 9. Принцип действия индукционного счетчика:
Принцип действия индукционного счетчика:
1 — диск; 2,3 — электромагниты; 4 — постоянный магнит

Из- за особенностей конструкции электромагнитная сила прямо пропорциональна мощности нагрузки Р. Под действием этой силы диск начинает вращаться с ускорением. Постоянный магнит 4 также создает электромагнитную силу, пропорциональную скорости вращения диска, но направленную в обратную сторону по отношению к силе.
По мере увеличения скорости вращения диска увеличивается тормозящая сила от постоянного магнита, при определенном значении которой силы уравновешивают друг друга. Диск начинает вращаться с постоянной частотой п, пропорциональной мощности нагрузки. Произведение скорости (или числа оборотов диска) на время будет соответствовать количеству расходуемой электроэнергии. Для подсчета числа оборотов используют шестеренным счетный механизм.
Схема подключения счетчика
Рис. 10. Схема подключения счетчика
На рисунке 10 показана стандартная схема подключения однофазного индукционного счетчика расхода электроэнергии. Линейный провод от питающей сети подключен к клемме 1 счетчика, а нулевой провод — к клемме 3.
Провода от нагрузки соединены соответственно с клеммами 2 и 4.
Кроме однофазных существуют и трехфазные индукционные счетчики расхода электроэнергии, позволяющие выполнять измерения непосредственно в трехфазных цепях. Для измерения расхода электроэнергии в одно- и трехфазных сетях начинают применять электронные счетчики, выполненные на базе микропроцессора. Их преимущества: высокая точность измерения, надежность, многофункциональность и возможность передачи информации на компьютер.

Измерение теплофизических свойств веществ и материалов

Теплофизические свойства принято подразделять на несколько групп. Первую группу составляют равновесные теплофизические свойства веществ, являющиеся функциями состояния. К этой группе относятся так называемые термодинамические свойства, которые, в свою очередь, подразделяются на термические и калорические. К термическим свойствам относятся плотность вещества, к калорическим свойствам относят внутреннюю энергию, энтальпию, энтропию, теплоемкость.

Ко второй группе теплофизических свойств веществ относят «переносные» свойства, такие как теплопроводность, вязкость, диффузия. Эти свойства характеризуют неравновесные процессы в физических средах. К теплофизическим свойствам относятся также некоторые оптические свойства, связанные с поглощением и испусканием теплового излучения.

Рассмотрим некоторые теплофизические свойства веществ и материалов, методы и средства их измерения и контроля.

Единицей количества теплоты Q является джоуль (Дж). Джоуль — это количество теплоты, эквивалентное механической работе (энергии) 1 Дж. В технике пока еще нередко применяется старая (внесистемная) единица количества теплоты — калория (кал). Соотношение между ними:

1 кал = 4,1868 Дж;

1 Дж = 1 Вт*с = 1 Н*м.

Тепловой поток Ф — это количество теплоты, проходящей через поперечное сечение за единицу времени Г:

Тепловой поток измеряется в единицах мощности (Дж/с), которые могут быть переведены в другие единицы мощности:

1 Дж/с = 1 Вт = 1 Н*м/с.

Для грубых практических расчетов можно принимать

Теплоемкость вещества С (ранее называвшаяся также водяным эквивалентом) означает изменение теплосодержания вещества (энтальпии) при изменении его температуры на 1 К:

Читайте так же:
Как подключить терморегулятор теплого пола через розетку

Единицей измерения теплоемкости является джоуль на кельвин; 1Дж*К -1 — это теплоемкость тела, температура которого повышается на 1К при подведении к нему количества теплоты 1Дж.

Напомним, что кельвин (К) — это 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, необходимой для нагревания 1 кг вещества на 1К.

Единица удельной теплоемкости — джоуль на килограмм-кельвин (Дж/(кг*К)).

Вблизи нуля Кельвина теплоемкость тел пропорциональна T 3 .

Алмаз, например, имеет теплоемкость, равную 3R при 1800 К.

Если в одной области вещества (газа, жидкости, твердого тела) энергия молекул больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, иными словами, выравнивание температур. Изменение температуры в пространстве характеризуется градиентом температуры.

Передача теплоты вследствие наличия такого свойства вещества, как теплопроводность, всегда происходит в направлении уменьшения температуры.

Теплопроводность — градиент температуры, равный скорости изменения температуры на единицу длины в направлении нормали к этой площадке.

Теплопроводность численно равна плотности теплового потока при градиенте температуры, равном единице.

Важными величинами теплофизических свойств веществ и материалов являются температурные коэффициенты линейного и объемного расширения.

Температурный коэффициент линейного расширения a1 — это изменение тела длиной в 1 м при изменении его температуры на 1К. Единица измерения— метр на метр-кельвин (м/(м*К)).

Температурный коэффициент объемного расширения av — это изменение объема тела (вещества) в 1м3 при изменении его температуры на 1К. Единица измерения — кубический метр на кубический метр-кельвин (м3/(м3*К)).

Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание двух соприкасающихся газов, жидкостей и твердых тел. Диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел; она возникает и продолжается, пока существует градиент плотности.

Методы и средства измерений и контроля теплофизических свойств веществ и материалов довольно разнообразны.

Рассмотрим принцип действия основного средства измерений теплофизических свойств веществ и материалов — калориметра.

Калориметр обычно работает таким образом, что после инициирования какого-либо процесса проба (образец) отдает калориметрическому устройству или получает от него некоторое неизвестное количество теплоты ΔQ. При этом специальными мероприятиями предотвращается теплообмен калориметрического устройства с окружающей средой. В соответствии с изменением энтальпии калориметра на ΔQ его температура повышается или понижается на ΔT. Это изменение температуры и является мерой количества теплоты ΔQ, участвовавшей в теплообмене. Таким образом, измерение количества теплоты сводится к определению разности температур.

На этом принципе построены калориметры для измерения теплоемкости, теплопроводности, коэффициентов теплопередачи и других теплофизических свойств веществ. Рассмотрим некоторые из них.

Теплоемкость твердых тел обычно исследуют как функцию температуры при давлении, равном атмосферному.

Метод непосредственного нагревания заключается в следующем. На исследуемом образце 5 (рис. 2.99, а) намотан электрический нагреватель 4. Образец помещен в цилиндр 3 из того же материала. Нагреватель одновременно служит термометром сопротивления. Образец подвешивается внутри сосуда 2, соединенного с вакуумной линией 1. Калориметр помещается в криостат, где создается стационарная температура.

Измерение теплоемкости веществ и материалов

Рис. 2.99. Измерение теплоемкости веществ и материалов:

а — конструкция калориметра непосредственного нагревания: 1 — вакуумная линия; 2 — сосуд; 3 — цилиндр; 4 — электрический нагреватель; 5 — исследуемый образец; б — конструкция ледяного калориметра: 1 — капилляр для подачи ртути; 2 — сосуд; 3 — термостатирующая спираль; 4 — приемный канал калориметра; 5 — калориметр; 6 — лед; 7 — ртуть; 8 — тающий лед; 9 — вода; 10 — металлические ребра; 11 — ампула с исследуемым веществом; I — электрод, II — ледяной калориметр; в — конструкция калориметра смешения: 1 — печь; 2— трубка; 3 — термопара; 4 — термостат; 5 — калориметр; 6 — платиновый нагреватель

Измерив разность температур образца до и после включения нагревателя, определив количество теплоты, подведенное к измеряемому образцу за счет работы нагревателя, определяют теплоемкость образца.

Метод смешения заключается в том, что в печи образец нагревается до нужной температуры, после чего его сбрасывают в расположенный под печью калориметр, в котором он остывает до температуры, близкой к комнатной. В калориметре измеряется теплота, отданная образцом при его остывании.

Ледяной калориметр (рис. 2.99, б) позволяет определить количество теплоты жидкого вещества с высокой точностью. Нагретую в электропечи до определенной температуры ампулу с исследуемым веществом 11 сбрасывают в ледяной калориметр II. Количество теплоты, введенное с ампулой в калориметр, определяется по массе расплавившегося льда б, намороженного на металлических ребрах 10, и теплоте плавления льда. Массу определяют по уменьшению объема системы лед 6 — вода 9 в калориметре 5, а это изменение объема определяют по количеству ртути 7, втянутой внутрь калориметра по приемному каналу калориметра 4 по капилляру для подачи ртути 1 при плавлении льда. Количество ртути 7 находят весовым методом по ее убыли в сосуде 2. Калориметр 5 окружен тающим льдом 8 для исключения притока теплоты извне.

Читайте так же:
Замена выключателя теплого пола

Метод смешения часто применяют для определения теплоемкости газа. Конструкция калориметра смешения для измерения теплоемкости газов представлена на рис. 2.99, в. Исследуемый газ предварительно подогревается в печи 1. Затем он поступает по трубке 2 в основной платиновый нагреватель б, состоящий из двух концентрично расположенных платиновых трубок, по которым пропускается электрический ток через токопроводы Z, и Z2. Температура газа, покидающего печь и поступающего в калориметр 5, измеряется термопарой 3, расположенной внутри основного нагревателя. Калориметр 5 окружен калориметрической жидкостью термостата 4, которая непрерывно перемешивается. Повышение температуры калориметра измеряется термометрами. Исследуемый газ, выходящий из калориметра, охлаждается до температуры калориметра.

Для определения теплопроводности веществ используют две группы методов: стационарные и нестационарные. В нестационарных методах в отличие от стационарных применяют изменяющиеся по определенному закону во времени температурные поля.

Один из методов определения теплопроводности металлов, нашедший широкое применение, является метод продольного теплового потока.

Конструкция установки для измерения теплопроводности металлов методом продольного теплового потока

Рис. 2.100. Конструкция установки для измерения теплопроводности металлов методом продольного теплового потока:

1 — нагреватель охранного цилиндра; 8 — термопары; 3 и 4 — холодильники; 5 — охранный цилиндр; 6 — образец; 7 — блок нагревателя

На рис. 2.100 изображена конструкция установки, построенная на этом методе. Вдоль длинного образца 6 с заданной площадью поперечного сечения создается равномерный тепловой поток с помощью блока нагревателя 7 или холодильника 4. Между двумя сечениями образца, расположенными на определенном расстоянии, измеряют с помощью термопар 2 разность температур. Защита образца от боковых тепловых потерь осуществляется с помощью охранного цилиндра 5, в котором создается температурное поле, повторяющее поле образца с помощью нагревателя охранного цилиндра 1 или холодильника 3. По измеренной разности температур определяют теплопроводность образца.

Для определения теплоты сгорания твердых, жидких и газообразных веществ, применяемых в теплосиловом хозяйстве, используют калориметры горения.

Известно, что при полном сгорании вещества выделяется некоторое количества теплоты О (теплота сгорания). Если разделить ее на массу т (или объем при нормальных условиях Vn), то получится (удельная) теплота сгорания:

Этот показатель нужен для определения коэффициентов полезного действия, расчетов экономности и расхода энергии в различных установках, а также для оптимального управления процессом горения.

Для быстро протекающих процессов горения твердых и жидких веществ разработана так называемая калориметрическая бомба Бертло (рис. 2.101). Сжигание малого, точно отмеренного количества вещества 4 происходит при постоянном объеме в герметической емкости в атмосфере возможно более чистого кислорода под давлением

3 МПа (30 ат). Заполненная емкость помещается в жидкостную ванну калориметра, которая и воспринимает выделяющееся тепло горения.

Устройство калориметрической бомбы Бертло

Рис. 2.101. Устройство калориметрической бомбы Бертло:

1 — клапан для подачи кислорода; 2 — запальное напряжение; 3 — клапан для отвода продуктов сгорания; 4 — исследуемое вещество; 5 — электрический запальник

Исследуемое вещество 4 помещают в чашечки из платины или кварца или в малые пластмассовые капсулы. На крышке, закрепляемой к корпусу емкости, расположены устройства, необходимые для измерения: клапаны для подачи кислорода 1 и отвода продуктов сгорания 3, держатели для проб и электрический запальник 5. Зажигание осуществляется подводом электричества к тонкой платиновой проволоке, причем подводимое для зажигания тепло также должно быть точно измерено для учета при определении теплоты сгорания вещества.

Твердые вещества обычно прессуют в брикеты (таблетки) малых размеров и взвешивают с высокой точностью. Плохо горящие вещества перемешивают с хорошо горящими жидкостями с известной теплотой сгорания.

При определении теплоты сгорания в калориметрической бомбе измеряют количество воды, образующейся при химических реакциях и находящейся в парообразном состоянии в продуктах сгорания.

Достижимая точность теплообменных калориметров сравнительно высокая. Их погрешность не превышает ±(0,25. 1) %. Сухие калориметры имеют погрешность от +(1 . 2) % верхнего предела диапазона измерений.

Действия электрического тока

Мы не обладаем возможностью увидеть электроны, бегущие по проводнику. Как же тогда можно обнаружить ток в проводнике? Наличие электрического тока можно обнаружить по косвенным признакам. Так как, ток, протекая по проводнику, оказывает воздействие на него.

Вот некоторые из признаков:

  1. тепловой;
  2. химический;
  3. магнитный.

Тепловое действие тока

Благодаря такому действию тока мы можем освещать помещения с помощью ламп накаливания. А, так же, используем различные нагревательные электроприборы – конвекторы, электроплиты, утюги (рис. 1).

Используя метровый кусок никелиновой проволоки (рис. 2), можно продемонстрировать нагревание проводника при протекании по нему электрического тока. Для заметного провисания нагретой проволоки из-за теплового увеличения длины и наблюдения красноватого ее свечения будет достаточно тока в 2 — 3 Ампера.

Кусок провода нагревается, когда по нему протекает электрический ток. Чем больше ток в проводнике, тем больше он нагреется. Длина нагретого проводника увеличивается.

Подробнее о выделившемся количестве теплоты можно прочитать в статье о законе Джоуля-Ленца (ссылка).

Примечание: Нихром, никелин, константан – сплавы металлов, обладающие большим удельным сопротивлением (ссылка). Проволоки, изготовленные из таких сплавов, используются в различных нагревательных электроприборах.

Химическое действие тока

Электрический ток, проходя через растворы некоторых кислот, щелочей или солей, вызывает выделение из них вещества. Это вещество осаждается на электродах – пластинках, опущенных в раствор и подключенных к источнику тока.

Читайте так же:
Применение теплового действия тока презентация

Такое действие тока используют в гальванопластике – покрытии металлом некоторых поверхностей. Применяют никелирование, омеднение, хромирование, а, так же, серебрение и золочение поверхностей.

С помощью раствора медного купороса можно продемонстрировать выделение вещества под действием тока. Водный раствор этой соли имеет голубоватый оттенок. Пропуская электрический ток (ссылка) через раствор, можно обнаружить выделение меди на одном из электродов (рис. 3).

На каком электроде будет выделяться медь

Медь в растворе купороса присутствует в виде положительных ионов. Тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому, ионы меди будут притягиваться к пластинке, имеющей заряд со знаком «минус». То есть, пластинке, подключенной к отрицательному выводу источника тока. Такую пластинку называют отрицательным электродом, или катодом.

Вторую пластинку, подключенную к положительному выводу батареи, называют анодом.

Примечание: Медный купорос можно найти в хозяйственном магазине. Его химическая формула (large CuSO_<4>). Он используется в сельском хозяйстве для опрыскивания листвы плодовых деревьев, кустарников и овощных культур – к примеру, томатов, картофеля. Входит в составы различных растворов, применяемых в борьбе с болезнями растений и насекомыми-вредителями.

Применение химического действия тока в медицине

Химическое действие тока применяют не только в гальванопластике.

Пропускание электрического тока через растворы вызывает в них движение заряженных частиц вещества – положительных и отрицательных ионов. Человеческое тело содержит жидкости, в которых растворены некоторые вещества. А значит, в таких жидкостях присутствуют ионы.

Прикладывая специальные электроды, смоченные растворами лекарств на отдельные участки тела, и пропуская через них маленькие токи, можно вводить в организм некоторые лекарственные препараты (рис. 4).

Химическое действие тока применяют в медицине

Такое введение лекарств называют электрофорезом и используется в физиопроцедурных кабинетах поликлиник и санаториев.

Магнитное действие тока

Медь сама по себе не притягивается к магниту. В этом можно убедиться с помощью небольшого магнита и кусочка медного провода (рис. 5а).

На рисунке 5 кусок медного провода подвешен к двум штативам с помощью тонких нитей, не проводящих электрический ток.

Однако, во время протекания электрического тока, медный проводник начинает взаимодействовать с магнитом — притягиваться, или отталкиваться от него (рис. 5б).

С магнитом взаимодействует не сам медный проводник, а ток, протекающий по этому проводнику.

Почему проводок с током взаимодействует с магнитом

Электрический ток — это большое количество электронов, бегущих по проводку от одного его края к другому краю. Электроны обладают зарядом.

Вокруг движущихся зарядов возникает магнитное поле. Благодаря этому проводок с током превращается в маленький магнитик. И начинает взаимодействовать с магнитом, притягиваясь к нему, или отталкиваясь от него.

При этом, проводок, как более легкий предмет, будет двигаться. А магнит продолжит оставаться на месте. Из-за того, что его масса значительно больше массы кусочка провода.

Направление движения проводка зависит от полярности его подключения к батарейке и, от того, как располагаются полюса магнита.

На магнитном действии тока основано действие электромагнита.

Самодельный электромагнит

Его легко изготовить из куска гибкой изолированной медной проволоки и железного гвоздя.

Гвоздь нужно обернуть кусочком бумаги – гильзой (рис. 6). Затем на гильзу нужно намотать 200 – 300 витков тонкого медного провода в изоляции. К выводам полученной катушки нужно подключить батарейку от карманного электрического фонаря.

Во время протекания тока, к гвоздю притягиваются различные мелкие железные предметы – скрепки, кнопки, гвоздики, железные стружки, опилки и т. п.

Отсоединив батарейку, увидим, что как только ток прекращается, гвоздь перестает притягивать к себе железные предметы.

Рамка с током и подковообразный магнит

Провод, обладающий достаточной жесткостью, можно изогнуть в виде плоской фигуры – прямоугольника, квадрата, окружности. Эластичные же провода навивают на жесткий каркас, изготовленный из подходящего материала – фанеры, картона, пластмассы и т. д. Такой изогнутый провод образует рамку. Проволочную рамку часто называют контуром.

Проволочная рамка, по которой течет электрический ток, может ориентироваться в магнитном поле.

Чтобы убедиться в этом, проведем такой эксперимент. Используем для него подковообразный магнит и проводник, изогнутый в виде прямоугольной рамки. Подвесим рамку к лапке штатива с помощью нити. Размеры рамки нужно выбрать так, чтобы она поместилась между полюсами магнита.

Сначала используем только подвешенную рамку (рис. 7а), без магнита. Подключим к рамке источник тока. Можно убедиться, что после подключения тока рамка продолжает висеть неподвижно. Отключим источник тока.

Теперь поместим магнит так, чтобы рамка находилась между его полюсами (рис. 7б) и, пропустим по цепи электрический ток. Легко заметить, что во время протекания тока рамка поворачивается и ориентируется по магнитному полю. А когда цепь размыкается, рамка возвращается в первоначальное положение.

Примечание: Если изменить полярность подключения источника к рамке, то она будет поворачиваться в противоположную сторону.

Читайте так же:
Объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна

Замечательное свойство рамки с током поворачиваться в магнитном поле, используют в различных измерительных приборах. Один из таких приборов – гальванометр.

Устройство гальванометра

Гальванометром прибор назвали в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани. Этот прибор способен измерять маленькие электрические токи (постоянные).

На схемах прибор обозначают кружком, внутри которого расположена большая латинская буква G. На некоторых схемах внутри круга находится стрелка, направленная вертикально вверх.

  • подковообразный магнит и
  • находящуюся внутри него рамку, содержащую витки тонкого медного провода (рис. 8).

Подвижная рамка находится на оси и может вокруг нее поворачиваться.

К рамке прикреплена стрелка. Она указывает, на какой угол рамка повернулась во время протекания в ней электрического тока.

Угол поворота отмечают по делениям шкалы.

Кто такой Луиджи Гальвани

Гальвани был одним из основателей учения об электричестве.

Обнаружил, что в местах контакта различных видов металлов возникает электрическое напряжение.

Проводил опыты с использованием железного ключа и серебряной монеты.

Изучал сокращения мышц под воздействием электричества и пришел к выводу, что мышцы управляются электрическими импульсами, поступающими по нервным волокнам из мозга.

В итальянском городе Болонья неподалеку от здания Болонского университета находится памятник Гальвани. Он находится на площади Piazza Luigi Galvani, носящей имя ученого.

В его честь, так же, назвали один из кратеров на обратной стороне Луны.

А Болонский лицей назван именем Гальвани еще с 1860-го года.

О приборах магнитоэлектрической системы

Такие приборы, содержащие проводящую рамку и небольшой магнит, называют приборами магнитоэлектрической системы. Они получили широкое распространение из-за своего сравнительно простого устройства.

Шкалы приборов можно градуировать в различных единицах измерения, в зависимости от измеряемых физических величин. На основе таких приборов изготавливают вольтметры, амперметры, омметры и т. п.

Количество теплоты и калориметр

В этом параграфе мы изучим несколько новых терминов. Определим их. Теплообмен – это явление перехода внутренней энергии одного тела во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы. Количество теплоты – это энергия, перешедшая от одного тела к другому при теплообмене.

На рисунке показан калориметр – прибор для измерения количества теплоты. Простейший калориметр состоит из двух стаканов: внутреннего алюминиевого и внешнего пластмассового, которые разделены воздушным промежутком.

Рассмотрим пример. Во внутренний стакан нальём 100 г воды. Измерим её температуру: 20 °С. Погрузим в воду горячее тело – металлический цилиндрик. Внутри калориметра начнётся теплообмен, и некоторое количество теплоты перейдёт от цилиндрика к воде, в результате чего её температура повысится (см. рисунок). Вычислим изменение температуры воды:

Δt°воды = 60 °С – 20 °С = 40 °С .

Зная, что масса воды 100 г, инженер-теплотехник скажет: вода получила 100 г · 40 °С = 4000 калорий теплоты. В отличие от теплотехники, в физике количество теплоты выражают в джоулях (как и любую другую энергию). Для этого применяют специальную формулу:

Q = c·m·Δt°Q – количество теплоты, Дж
с – удельная теплоёмкость, Дж/(кг°С)
m – масса тела или вещества, кг
Δt° – изменение температуры тела, °С

Удельная теплоёмкость вещества физическая величина, показывающая количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1 кг этого вещества на 1 °С.

Используя таблицу (см. далее), легко подсчитать, что вода внутри калориметра получила от цилиндрика 16,8 кДж теплоты:

Qводы = 4200 Дж/(кг°С) · 0,1 кг · 40 °С = 16800 Дж .

Формулу Q = cmΔt° применяют не только в том случае, когда вещество нагревается. Её также используют для подсчёта количества теплоты, которое отдают охлаждающиеся тела. Например, вода внутри отопительных батарей в квартире или классе.

Удельные теплоёмкости всех веществ измерены и занесены в специальные таблицы. Например, для воды в жидком состоянии с = 4200 Дж/(кг°С). Это значение показывает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С потребуется 4200 Дж теплоты. Можно сказать и иначе: каждый килограмм воды, остывая на 1 °С, отдаёт окружающим телам 4200 Дж тепловой энергии.

Удельные теплоёмкости некоторых веществ, Дж/(кг°С)
Алюминий920Вода4200
Железо460Лёд2100
Латунь400Масло подсолн.1700

Поясним, почему в определении теплообмена присутствуют слова «без совершения механической работы». Вспомним, что в § 5-е мы рассмотрели опыт с манометром и горячей гирей. Тогда внутренняя энергия гири уменьшалась. Часть этой энергии превращалась в механическую работу – удлинялся «столбик» жидкости в манометре. В опыте с калориметром внутренняя энергия цилиндрика также уменьшалась. Однако теперь она превращалась во внутреннюю энергию воды без совершения работы (см. рисунок; для наглядности цилиндрик изображён вне калориметра).

Калориметрические измерения показывают, что теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Это – одно из проявлений закона сохранения и превращения энергии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector