Магия электродинамики

| 07.07.2020

Семенчик Олег
Старший инженер-схемотехник

XIX век был насыщен событиями определившими технологическое будущее человечества и заложившими фундамент его современного состояния. В это время существенное развитие получил раздел физики изучающий электромагнитное поле – электродинамика. Многие мировые ученые такие как Эрстед, Ампер, Кулон, Вольта, Лаплас, Лоренц и Эйнштейн внесли свой значимый вклад, но среди них выделяют Фарадея и Максвела. Первый экспериментально открыл явление и закон электромагнитной (э.м.) индукции, ставшие первым ясным свидетельством непосредственной динамической взаимосвязи электрического и магнитного полей. Второй, впервые опубликовал полную систему уравнений «классической электродинамики», описывающую эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами.

Магия электродинамики

Особый интерес представляют закон э.м. индукции Фарадея, определяющий генерацию электрического поля переменным магнитным и описывающий обратный процесс — закон Ампера-Максвелла, определяющий генерацию магнитного поля переменным электрическим.

Магия электродинамики

Развитие электродинамики позволило в ХIХ веке создать первые трансформаторы, электрические генераторы и электродвигатели, а к концу века ввести в строй первую линию электропередач протяженностью в 170 км.

На данный момент 95% мирового производства электроэнергии генерируются в процессе преобразования различных видов энергии в электрическую, основанного на явлении э.м. индукции. «Сердцем» преобразования является электрический генератор, где кинетическая энергия преобразуется в электрическую.

Магия электродинамики

В общем случае современные электростанции преобразуют исходный вид энергии из невозобновляемых или возобновляемых источников в механическую энергию, используемую для вращения турбин, которые вращают систему магнитов, размещенных внутри гигантских медных катушек индуктивности для производства электричества. Формируемое переменное магнитное поле воздействует на электроны в медных проводниках, заставляя переходить их от атома к атому, что формирует электрическое поле в катушках и электрический ток на выходе генератора.  Турбины представляют собой набор лопастей или роторов, которые вращаются от энергии потока газа, воды, пара или ветра.

Для передачи электрической энергии на дальние расстояния используют повышающие напряжение трансформаторы для снижения потерь на сопротивлениях проводов линий электропередач.

В атомной электростанции энергия реактора нагревает теплоноситель первого закрытого контура, который нагревает воду в парогенераторе второго открытого контура.

Магия электродинамики

В тепловых электростанциях энергия газа, твердого или жидкого топлива вращает лопасти газовой/паровой турбины или поршневые агрегаты, на которых установлен генератор.

Магия электродинамики

Работа оборудования, производимого Армтел невозможна без электронных компонентов, где используются обратимые преобразования магнитного поля в электрический ток.  Любое из переговорных устройств систем IPN или DCN возможно привести к обобщённой структурной схеме, где сердцем энергетических и сигнальных преобразований будут являться трансформаторы и катушки индуктивности в различных исполнениях.

Магия электродинамики

Сигнальные и силовые трансформаторы применяются для преобразования переменного напряжения и гальванической развязки. Основной силовой преобразователь напряжения импульсами частотой в 100-400 кГц передает энергию входного постоянного напряжения +48V через трансформатор. Вторичные преобразователи импульсами частотой 500-2000 кГц передают энергию постоянного напряжения через катушки индуктивности, формируя пониженное напряжение для непосредственного питания микросхем. Гальваническая развязка подразумевает передачу сигнальной или силовой энергии посредством магнитного поля и обеспечивает отсутствие прямой электрической связи между внешними и внутренними цепями электронного устройства. Это обеспечивает безопасность устройства для пользователя и минимизацию возможных проблем от перепадов напряжения между системами заземления систем электропитания, разнесенных в пространстве.

Для передачи энергии звуковой частоты на внешний громкоговоритель отнесенный на десятки и сотни метров используется схема с повышением напряжения для снижения потерь на сопротивлении длинных линий.

Магия электродинамики

Катушки индуктивности применяется для накопления энергии в магнитном поле, подавления помех и фильтрации, ограничения переменного тока и повышения или понижения напряжения во вторичных преобразователях напряжения без гальванической развязки.

Магия электродинамики

Катушка индуктивности электродинамического громкоговорителя совместно с магнитной системой динамика обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую. Переменный электрический ток звуковой частоты через катушку, размещенную на гибком подвесе относительно постоянного магнита, создает условия для создания механической силы, называемой электродинамической. Изменение этой силы будет меняться пропорционально электрическому току через проводник катушки индуктивности. Колебания диффузора, размещенного вместе с катушкой сформируют соответствующие колебания воздушного пространства.

Магия электродинамики

Электрические компоненты, работающие на основе законов электродинамики играют важнейшую роль в уровне развития современной техники и образуют основу для современного мира в существующем виде.

Дополнительный материал:

Существует простой способ увидеть магнитное поле – поместить постоянный магнит в объём заполненный жидкостью с металлической стружкой. Стружка, пронизываемая магнитным полем будет стремиться разместиться на его магнитных линиях.

https://yadi.sk/i/zLTgQCz7MqdB4A