O różnych urządzeniach elektrycznych
Ryszard J. Barczyński, 2018
Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego
Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Nie tylko prądnica
Choć prądnice stanowią bardzo bezpośrednie zastosowanie zjawiska indukcji
elektromagnetycznej Faradaya, to istnieje
jeszcze wiele innych zastosowań praktycznych...
Dzwonek elektryczny
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:
Na uzwojeniu wtórnym powstanie siła elektromotoryczna:
U
1=−n
1d dt U
2=− n
2d
dt
Transformator
Po porównaniu napięć
na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym otrzymujemy:
U
2U
1= n
2n
1Widzimy, 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.
Rysunek przedstawia zastosowanie transformatorów w energetyce. Jaki jest jego cel?
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.
Transformator
W zależności od częstotliwości prądu elektrycznego, przenoszonej mocy i napięć pracy konstrukcje transformatorów bywają bardzo różne.
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?
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.
Przetworniki
elektroakustyczne
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.
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.
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.
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.
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.
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.
W celu poprawienia jakości odtwarzania
dźwięku
głośnikiczęsto stosuje się w zespołach,
w których poszczególne głośniki odtwarzają
różne zakresy częstotliwości. Elementy RLC,
które rozdzielają sygnał elektryczny pomiędzy
poszczególne głośniki noszą nazwę zwrotnicy.
Gitara elektryczna
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.
widok z boku
wzmacniacz struna gitary
magnes stały cewka
przetworniki
