مقاله القا و مواد مغناطیسی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله القا و مواد مغناطیسی دارای ۲۸۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله القا و مواد مغناطیسی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله القا و مواد مغناطیسی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله القا و مواد مغناطیسی :

. القا
زمانی که پیچه ای در مدار قرار دهیم ، پیچه با تغییر شار گذرنده از آن نیروی محرک الکتریکی به وجود می آید . این پدیده خود القایش در هر مداری رخ می دهد و پیچه اثر آن را تقویت می کند . اگر تعداد حلقه ای پیچه برابر N و شار گذرنده از همه حلقه ها یکسان و برابر باشد نیروی محرک الکتریکی القایی برابر است با :

کمیت را شار دسته جمعی گذرندهاز پیچه می نامند و یکای آن وبر (wb) است .
– هنگامی که دو پیچه حامل جریان در نزدیکی همدیگر قرار داشته باشند شار گذرنده از پیچه ۱ از دو قسمت تشکیل می شود :

که در آن شار گذرنده از پیچه ۱ براثر جریان گذرنده از همین پیچه است و شار گذرنده از پیچه ۱ براثر میدان مغناطیسی تولید شده به وسیله جریان در پیچه ۲ است . هنگامی که جریان درپیچه ها تغییر می کند نیروی محرک الکتریکی خالصی که در پیچه ۱ ایجاد می شود برابر است با :

نیرو محرک خود القا در پیچه عبارت است از :

که در آن ضریب خودالقایی از رابطه زیر بدست می آید :

نیروی محرک القا شده در پیچه ۱ براثر تغییر جریان برابر است با :

که در آن ضریب القای متقابل M از رابطه زیر بدست می آید :

۲ مدارهای LR
در مداری که شامل القاگر و مقاومت باشد ، القا گر مانع از تغییر ناگهانی جریان می شود . تغییرات جریان در چنین مداری از لحظه بسته شدن کلید به صورت زیر است :

که در آن ثابت زمانی برابر است با :

هنگامی که باتری از مدار خارج می کنیم جریان به صورت زیر کاهش می یابد .

۳ انرژی ذخیره شده در القاگر
انرژی ذخیره شده در القاگر عبارت است از :

این انرژی در میدان مغناطیسی ذخیره می شود . چگالی انرژی در میدان مغناطیسی برابر است با :

۴ نوسان LC
در مدار LC ، بار ذخیره شده روی خازن به صورت زیر دارای نوسان های هماهنگ شده است :

که در ان بسامد زاویه ای طبیعی برابر است با :

مقدار بیشینه ( دامنه S) ثابت فاز است .
۵ خواص مغناطیسی ماده
مواد را می توان در سه گروه دسته بندی کرد : فرو مغناطیس ـ پارا مغناطیس ـ و دیامغناطیس .
– فرومغناطیس در میدان نایکنواخت به طرف ناحیه قوی تر میدان کشیده می شود . ماده پارامغناطیس هم به طرف ناحیه قوی تر میدان کشیده می شود ولی ضعیف تر از حالت قبل و ماده دیامغناطیس را آهن ربا از خود دور می کند و آن را به ناحیه ضعیف تر میدان می راند .

میدان مغناطیسی خارجی
پذیرفتاری مغناطیسی ـ میدان ناشی از خود ماده
میدان کل
تراوایی نسبی و نقشی مشابه ثابت دی الکتریکی دارد .
هردو کمیت بی بعد هستند .
=================================
مسائل
۱ سیم لوله ای را با ۵۰۰ دور سیم پیچی و ضریب خود القایی mH2/1 درنظر بگیرید .
الف) شار گذرنده از هر حلقه هنگامی که جریان برابر A2 است ؛ چقدر می شود ؟
ب) هنگامی که جریان با آهنگ تغییر می کند ، نیروی محرک القا شده در آن چقدر است ؟
حل :

الف)
ب)
۲ هنگامی که جریان گذرنده از یک القاگر باآهنگ تغییر می کند نیروی محرک خودالقایی آن برابر V12 است . ضریب خودالقایی آن چقدر است ؟
حل :

۳ پیچه دایره ای تختی را با ۵ دور سیم پیچی و شعاع cm4/2 حول یک سیم لوله به طول cm24 که دارای ۳۶۰ دور سیم پیچی به شعاع cm7/1 است قرار داده ایم . محور پیچه با محور سیم لوله زاویه ْ۱۰ می سازد . ضریب القای متقابل آنها چقدر است ؟
حل :

۴ چنبره ای با دور سیم پیچی و مقطعی راست گوشه را مطابق شکل ۱۱-۸ درنظر بگیرید . شعاع درونی را a و شعاع بیرونی را b و ارتفاع را با h فرض کنید . پیچه ای را با دور
سیم پیچی حول این چنبره قرار داده ایم :
الف) شار گذرنده از پیچه ب) ضریب القای متقابل را بدست آورید .
حل :
الف)

۵ دو سیم لوله با مشخصات زیر در نظر بگیرید :

فرض کنید در لحظه ای معین جریان گذرنده در پیچه اول A4/2 برابر و با آهنگ در حال افزایش است و جریان گذرنده از پیچه دوم A5/4 و با آهنگ در حال افزایش است .
کمیت های زیر را پیدا کنید :
الف) ب) ج) د) هـ) و)
حل :
الف)
ب)
ج)
د)
هـ)
و)
۶ در مدارهای شکل ۱۱-۱۶ فرض کنید که در ۰ = t کلید بسته و کلید باز است و کمیت های زیر را پیدا کنید :‌
الف) جریان در زمان ms50 = t-
ب) نیروی محرک emf در القاگر در زمان ms50 = t-
ج) زمان لازم برای آنکه جریان به مقدار %۸۰ نهایی برسد .
**************** شکل
حل :

الف)

ب)

۷ پیچه ای به مقاومت و ضریب خودالقایی mH 40 را در نظر بگیرید . جریان گذرنده از آن برابر A6 و با آهنگ تغییر می کند . اختلاف پتانسیل دو سرپیچه را در حالت های زیر بدست آورید .
الف) جریان در حال افزایش است ب) جریان در حال کاهش است .
حل :
الف)
ولتاژ دوسرپیچه
ب)
ولتاژ دو سرپیچه
۸ در یک مدار RL داریم : . کلید را در لحظه ۰= t می بندیم .
الف) چقدر طول می کشد تا جریان %۵۰ به مقدار نهایی اش افزایش یابد .
ب) پس از گذشت ۵ ثابت زمانی جریان به چه درصدی از مقدار نهایی می رسد ؟
حل :
الف)

ب)

۹ سیم لوله ای به طول cm18 و به شعاع cm2 را با تک لایه ای از سیم مسی تنگ هم پیچیده ( به قطر mm1 و مقاومت ویژه ) درست کرده ایم . ثابت زمانی آن را برآورد کنید .
حل :

اگر L‌ طول سیم باشد که دور سیم لوله پیچیده شده و N تعداد دورهای پیچیدن

۱۰ الف) شدت میدان مغناطیسی زمین در مجاورت سطح آن در حدود G1 است . چگالی انرژی مغناطیسی در این میدان چقدر است ؟
ب) سیم لوله ای به طول cm10 و شعاع cm1 را با ۱۰۰ دور سیم پیچی در نظر بگیرید . چگالی انرژی حالت (الف) چه جریانی در آن تولید می کند ؟
حل :
الف)
ب)

۱۱ در شکل ۱۱-۱۶ در لحظه ۰=t کلید را بسته و را باز در نظر بگیرید . کمیت های زیر را پس از گذشت یک ثابت زمانی پیدا کنید :
الف) اتلاف توان در مقاومت ب) آهنگ ذخیره انرژی در القاگر
ج) توانی که باتری تأمین می کند .
حل :

الف)

ب)

ج)

۱۲ یک مقاومت را به طور متوالی با القاگر mH40 = L و باتری V20 در نظر بگیرید . کلید را در لحظه ۰ = t می بندیم . در چه زمانی اتلاف توان در R با آهنگ ذخیره انرژی در L برابر خواهد شد . نتیجه را برحسب دوره های ثابت زمانی نیز بیان کنید .
حل :

۱۳ سیم لوله ای با مساحت مقطع A و طول ؟؟؟ را در نظر بگیرید .
الف) برای وقتی که جریان گذرنده از سیم لوله برابر I باشد ، چگالی انرژی درون آن را پیدا کنید .
ب) با مساوی قرار دادن انرژی کل درون سیم لوله ضریب خودالقایی را بدست آورید . نتیجه را با آنچه در مثال ۱۱-۱ آمده مقایسه کنید .
حل :
الف)
ب)

۱۴ خازنی به ظرفیت را با بار اولیه در نظر بگیرید . این خازن را در لحظه
۰ = t به دو سر القاگری به ضریب mH8 = L وصل کرده ایم .
الف) بسامد نوسان آن چقدر است ؟
ب) جریان بیشینه گذرنده از L چقدر است ؟
ج) زمانی را که برای نخستین بار انرژی به طور مساوی بین LC تقسیم می شود پیدا کنید .
حل :

الف)

ب)
ج)

۱۵ ضریب القا در مدار گیرنده یک دستگاه رادیویی AM برابر mH5 است . ظرفیت خازنی که در مدار قرار دارد ، برای دریافت توان از تا در چه گسترده ای باید تغییر کند .
حل :

۱۶ ضریب خودالقایی مؤثر دو القاگر متصل به هم را در حالت های زیر بدست آورید :
الف) همبندی متوالی ب) همبندی متوازی . از اتصال متقابل آنها صرف نظر کنید .
حل :
الف)

ب)

۱۷ دو سیم بلند موازی به شعاع مقطع a را که فاصله بین مرکزهایشان برابر d است درنظر بگیرید . این سیم ها جریان های مساوی در جهت های مخالف هستند . نشان دهید که اگر از شار درونی سیم ها صرف نظر شود ضریب خودالقایی در هر واحد طول است .
حل :

۱۸ یک سیم مستقیم بسیار بلند و حلقه ای مستطیلی را مطابق شکل ۱۱-۱۷ در یک صفحه درنظر بگیرید . ضریب القای متقابل آنها چقدر است ؟
*****************‌شکل
حل :

۱۹ نشان دهید که در مدار ( شکل ۱۱-۷ الف) LR همه انرژی ذخیره شده در القاگر به صورت انرژی گرمایی در مقاومت به مصرف می رسد .
******************‌شکل
حل :

۲۰ دو سیم لوله را به طوری که یکی در داخل دیگری است در نظر بگیرید . در این حال برای هریک از ضریب های . یک عبارت و برای ضریب M دو عبارت می توان نوشت . به فرض آنکه تمامی شار ناشی از یک سیم لوله از دیگری نیز بگذرد ، نشان دهید که می شود .
حل :

تست های پیام نور سالهای گذشته
۱ سیم درازی به طول ؟؟؟؟ حامل جریان i می باشد که به طور یکنواخت در سطح مقطع آن توزیع شده است . انرژی مغناطیسی ذخیره شده در واحد طول سیم برابر است . خودالقایی مربوط به شاری که فقط از سیم می گذرد کدام است ؟ ( نیم سال دوم ۸۵-۸۴ فیزیک )
الف) ب) ج) د)
۲ القاییدگی یک سیم لوله H60 = L و مقاومت آن است . اگر این سیم لوله را به یک باتری ۱۰۰ ولت وصل کنیم پس از چند ثانیه جریان به نصف مقدار نهایی می رسد ؟ (۶۹/۰=۲ Ln ) (نیم سال اول ۸۶-۸۵ فیزیک )
الف) ۱۴/۴ ب)۰۷/۲ ج)۲۳/۰ د)۳
۳ القاییدگی یک پیچه H6 و مقاومت آن است اگر نیروی محرکه الکتریکی برابر صد ولت به پیچه اعمال شود بعد از آنکه جریان به مقدار بیشینه رسید چه مقدار انرژی در میدان مغناطیسی ذخیره می شود ؟ ( نیم سال اول ۸۶-۸۵ فیزیک )
الف) j12 ب) j6 ج) j2 د)j24

پاسخ تشریحی تست های پیام نور سال های گذشته
۱) د ـ

۲) ب ـ

۳) الف ـ

فصل دوازدهم ـ مدارهای جریان متناوب
۱ مقدمه
۲ مقاومت در مدار جریان متناوب
۳ القاگر در مدار جریان متناوب
۴ خازن در مولد جریان متناوب
۵ فازور
۶ مدار متوالی RLC
۷. تشدید RLC‌ متوالی
۸ توان در مدار جریان متناوب
===================================
۱ مقدمه
یکی از کاربردهای مهم القای الکترومغناطیسی تولید برق در مدارها است . مولد برق تشکیل شده از پیچه ای با N دور سیم پیچی که با سرعت زاویه ای w در یک میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی در چرخش است .
(شار)
( نیروی محرک الکتریکی )

جریان
اختلاف پتانسیل
مقدار قله ای و زاویه فاز بین جریان و اختلاف پتانسیل است .
۲ مقاومت در مدار جریان متناوب
(مقدار قله ای)

مقدار میانگین طی یک چرخه کامل :‌

جذر این مقدار میانگین ؟؟؟؟ میانگین مربعی (rms) جریان یا جریان مؤثر می گویند :

۳ القاگر در میدان جریان متناوب

زاویه فاز
ولتاژ نسبت به جریان i به اندازه ْ۹۰ تقدم فاز دارد .
یا
را واکنایی ( بار آکتانس ) القاگر می نامند .
واحد آن اهم است . (واکنایی معیاری از مقاومت جزء مدار دو برابر عبور جریان ac است ) .
( توان لحظه ای )
۴ خازن در مدار جریان متناوب
ثابت
اگر مقدار ثابت را برابر صفر بگیریم .

(مقدار قله ای)

: ولتاژ دو سرخازن به اندازه ْ۹۰ نسبت به جریان تأخیر فاز دارد .
یا
واکنایی ( بار آکتانس ) خازن است :

۵ فازور
تا وقتی که سروکار ما با یک خازن یا القاگر منفرد است رابطه فازی میان جریان و اختلاف پتانسیل به سادگی بدست می آید . فازورها بردارهای چرخانی هستند که آن را برای نمایش کمیت هایی که به طور سینوسی برحسب زمان تغییر می کنند به کار می بریم . مثلاً تابع را

می توان با فازور که با بسامد زاویه ای w در خلاف جهت حرکت عقربه ساعت می چرخد نمایش داد . طول فازور برابر حداکثر مقدار است . مؤلفه بردار چرخان (فازور) در راستای محور قائم در هر لحظه تغییر جریان لحظه ای را برحسب زمان نشان می دهد .
۶ مدار متوالی RLC
یک مقاومت ، یک القاگر و یک خازن را به طور متوالی با یک چشمه جریان متناوب می بندیم .

ابتدا حاصل جمع ( برداری ) فازورهای ولتاژ را پیدا می کنیم .

با توجه به جهت های داریم :
پس طبق قضیه فیثاغورث

که می توان به صورت قانون اهم نوشت : یا
Z کیتی در ارتباط با مقاوت و واکنایی است که آن را پاگیری یا مقاومت ظاهری می گویند .

واحد آن اهم است . پاگیری مدار است که جریان متناوب گذرنده از مدار را بر اثر هر اختلاف پتانسیل متناوبی مشخص می کند . زاویه فاز بین از رابطه زیر مشخص می شود :

زاویه فاز مثبت یعنی اختلاف پتانسیل نسبت به جریان تقدم خواهد داشت .
۷ تشدید RLC متوالی ، جریان گذرنده از مدار متوالی RLC‌ با تغییر بسامد نیروی محرک به حالت تشدید در می آید .

Z تابعی از بسامد است هنگامی که مقدار مؤثر یا ریشه میانگین مربعی جریان I به بیشینه می رسد . این حالت در بسامدی به نام بسامد زاویه ای تشدید اتفاق می افتد که عبارت است از :

این همان بسامد زاویه ای طبیعی در نوسان های مدار LC است .
۸ توان در مدار جریان متناوب
توان میانگین یا مؤثر (rms)‌ خارج شده از چشمه عبارت است از :

کمیت را ضریب توان می نامند .
=======================================
مسائل
۱ القاگر mH40 = L را به چشمه ای با اختلاف پتانسیل قله ای V120 و بسامد Hz60 وصل کردیم
الف) جریان قله ای را پیدا کنید .
ب) اگر اختلاف پتانسیل قله ای بی تغییر بماند جریان قله ای درچه بسامدی به ۳۰ درصد مقدار مربوط به حالت (الف) خواهد رسید ؟
حل :
الف)

۲ خازنی به ظرفیت را به چشمه ای با بسامد Hz60 و ولتاژ مؤثر V24 وصل کرده ایم . کمیت های زیر را بدست آورید .
الف) بار قله ای خازن
ب) جریان قله ای گذرنده از سیم های رابط
حل :
الف)

ب)

۳ خازنی به ظرفیت را به چشمه ای با بسامد Hz80 و اختلاف پتانسیل قله ای V24 وصل کرده ایم . کمیت های زیر را پیدا کنید .
الف) جریان قله ای
ب) جریان در لحظه ای که اختلاف پتانسیل دارای مقدار قله است ؟
ج) جریان در لحظه ای که اختلاف پتانسیل دارای نصف مقدار قله ای مثبت است . ( دو جواب )
د) توان لحظه ای تحویل شده به خازن در زمان t = 1ms .
حل :‌

الف)

ب)

ج)

د)

۴ یک القاگر آرمانی با mH80 = L را به چشمه ای با اختلاف پتانسیل قله ای V60 وصل کرده ایم .
الف) اگر بسامد Hz50 باشد جریان در لحظه ms2 چقدر است ؟
ب) توان لحظه ای تحویل شده به القاگر در این زمان چقدر است ؟
ج) جریان قله ای در چه بسامدی به A8/1 خواهد رسید ؟
حل :

الف)

ب)

ج)

۵ یک مدار متوالی RLC را با مشخصات زیر در نظر بگیرید :

و چشمه ای با اختلاف پتانسیل مؤثر V60= V و بسامد . اگر اختلاف پتانسیل قله ای دو سر R برابر V 25 باشد مقدار L را بدست آورید . ( دو جواب )
حل :

الف)

۶ مقاومتی به مقدار را به طور متوالی به یک خازن و یک القاگر وصل کرده ایم اختلاف پتانسیل مؤثر دو سر چشمه برابر V240 و بسامد آن برابر است . با در دست داشتن V80 = VR کمیت های زیر را بیابید .
الف) Z ب) L ج)