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自由能基础知识
电磁感应定律

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本帖最后由 爆浆电容 于 2015-8-26 00:10 编辑




电磁感应定律这是个非常复杂的问题,有兴趣和时间可以百度。
简单的概括,有两种情况:

1、感生电动势
磁通量变化产生感应电动势的现象。感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;计算公式:
E=-n*ΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律,E:感应电动势(V),n:感应线圈匝数,ΔΦ/Δt磁通量的变化率}
此公式适用于分析变压器等没有相对移动部件的情况。

2、动生电动势
动生电动势是因为导体自身在磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势。计算公式:
E=-BLVsinA(切割磁感线运动),其中角A为v或L与磁感线的夹角。{L:有效长度(m)}
此公式适用于发电机等线圈和磁铁有相对移动的情况。

然而这些并没有什么卵用。

下面来点干货。

对于感生电动势的应用,静态的装置有许多,其中比较典型的是
塞恩变压器
克莱门特•菲格拉的大功率静止发电机
此类的核心思想是:
将感应电流(多半是接负载输出的电流)引起的反相磁通量导入一个磁阻更小的回路中,以至于不影响初级的磁通量,这样就可以做到不影响输入电流了。
至于什么是磁阻,什么是反向磁通量,请自行百度。这文章仅仅起引导作用。

动生电动势的应用,机械装置比较多,典型的是科幻级的唐史密斯的装置:
唐史密斯
请在此页面搜索   400千瓦
这种装置一般要求有非常良好的隔磁材料。隔磁技术有两种:一种是高磁导率高饱和材料,比如手表后盖。一种是磁粉等特殊材料。
前者隔磁的原理是吸收大量磁力线,让磁力线不能渗透进入防护区。而后者则是扰乱和阻挡磁力线进入防护区。
很明显,前者将会导致机械装置被牢牢的吸引在磁铁上,完全不行。而后者,没有听说谁测试过,但是磁粉在这种运动情况下,退磁速度是相当快的。
总之,这不不建议制作的装置。
还有一个梦幻级的装置,稍后等我上传 附件。
接下来来点进阶的东西

基础不好的同学请看下一节,本节是进阶内容,晦涩难懂。

流言一:变压器空载和负载的时候磁通量不变。

如果你是高手,看到这个标题,请先冷静。
这里说的不变,指的是每周期空载电流峰值的时候 和 负载电流峰值的时候,变压器的磁通量不变。
这到底是不是真的?
既然磁通量没有变,那么为什么输入电流会增大?
为什么变压器过载会烧毁?

疑问重重,接下来,让我来回答这几个问题。

这是一个简单的实验:
实验器材:
1、电感表一个,最好是可调频率的电桥。
2、cd磁芯一副。
3、漆包线若干。
4、电胶布,剪刀,刮漆工具(可以用剪刀代替,如果你够高手)。
5、100欧姆可调电阻一只。
5、一张纸和一根笔。
实验步骤:
1、两边磁芯都绕上一个绕组,绕满,用电胶布固定,挂掉两段的清漆,标记为AB,待用。
2、将AB电感分开,用电感表测量A的电感,记录在纸上,值为A1.
3、将AB组成一个变压器,测量A的电感,记录为A2.
4、将AB组成一个变压器,短路B,测量A的电感,记录为A3.
5、将AB组成一个变压器,B接上可调电阻,电阻调到最大,测量A电感的值,记为A4。
6、将AB组成一个变压器,B接上可调电阻,电阻从最大调到0,观察A的电感值。


实验结果:
A2>A4>A3>A1
你想到了什么?
什么都没想到没关系。接下来我要讲的。在此之前,讲一个无量纲参数:相对磁导率u。
u,代表的是磁放大系数。就是,同一个线圈,通过一定的电流,用铁磁芯和空心时的磁场应强度比。
u,同时也和电感有关。当铁磁芯完全饱和时,相对磁导率为1,既和空心时候一样。我们都知道空心线圈电感小。

所以,电感减少,意味着相对磁导率减少,那么,更大电流,产生的磁场强度还是和之前一样。
如何证明这一点?看公式 E=-n*ΔΦ/Δt。
既然变压器的输出最高电压没变,匝数也没变,频率也没变,那么最大磁通量当然没变。

自然,你已经想明白了,电流变大,磁通量没变的原因是因为相对磁导率下降了。
那么,变压器过载又是怎么烧毁的呢?

真相只有简单的一个:P=IIR,I为平均电流,R为线圈直流电阻。
烧毁过程是这样的:
超载过后,线圈发热严重->直流电阻增加->变压器效率降低->发热更加严重。如此的恶性循环,最终导致变压器初级线圈过热烧毁。

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