Физика /1.Теоретическая физика
К.п.н. Мищик С.А.
Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф.Ушакова ,
Россия
Системные задачи электромагнитной индукции
прикладной физики морского флота
Системные задачи электромагнитной индукции физики морского
флота отражают целостно-системное моделирование основных элементов транспортных
объектов. При этом возникает ориентация на единство базисных характеристик
предметных и исполнительных условий относительно предмета содержания и способа
его реализации. Рассматриваются: магнитные потоки в роторе судового
электрического двигателя и судовых электромагнитных датчиках; максимальная электродвижущая сила индукции во
вращающейся катушке-роторе судового электрического двигателя; средняя электродвижущая сила, которая индуцируется в датчик-витке
связи при отключении соленоида судового электромагнитного автоматизированного
контроллера на
морском флоте.
В процессе решения системных задач электромагнитной индукции прикладной физики
морского флота необходимо применять основные положения теории деятельности, системного
анализа и теории формирования интеллекта.
Системный анализ предполагает
выполнение последовательности системных аналитических действий: выделить объект
анализа – задачу электромагнитной
индукции прикладной
физики морского флота (ЗЭМИПФМФ) как систему; установить порождающую среду ЗЭМИПФМФ;
определить уровни анализа ЗЭМИПФМФ; представить целостные свойства ЗЭМИПФМФ
относительно пространственных, и временных характеристик и их комбинаций; выделить
структуру уровня анализа ЗЭМИПФМФ; установить структурные элементы уровня
анализа ЗЭМИПФМФ; определить системообразующие связи данного уровня анализа ЗЭМИПФМФ;
представить межуровневые связи анализа ЗЭМИПФМФ; выделить форму организации ЗЭМИПФМФ;
установить системные свойства и поведение ЗЭМИПФМФ.
Задача 1
В судовом электрическом двигателе в однородном
магнитном поле напряженностью Н=79,6 кА/м помещена квадратная
рамка ротора, плоскость которой составляет с направлением магнитного поля угол α=45°.
Сторона рамки судового ротора а=4 см. Определить магнитный поток Ф, пронизывающий рамку
ротора в судовом электрическом двигателе.
Ответ: Ф
=113 мкВб .
Задача 2
В судовом электромагнитном датчике с магнитном полем,
индукция которого В = 0,05 Тл, вращается индикаторный стержень длиной ℓ=1
м . Ось вращения, проходящая через один из концов судового
индикаторного стержня, параллельна направлению магнитного поля. Найти магнитный
поток Ф в судовом электромагнитном датчике, пересекаемый индикаторным
стержнем при каждом обороте.
Ответ: Ф
= 157 мВб .
Задача 3
В судовом электрическом двигателе рамка ротора, площадь
которой S=16 см2, вращается в однородном магнитном поле с
частотой n = 2 с-1. Ось вращения находится в плоскости рамки
ротора и перпендикулярна к направлению магнитного поля судового электрического
двигателя. Напряженность магнитного поля H=79,6 кА/м. Определить зависимость
магнитного потока Ф, пронизывающего рамку ротора, от времени t и наибольшее значение Фmах
магнитного потока судового электрического двигателя.
Ответ: 
, Фтах=160
мВб.
Задача 4
В судовом электромагнитном датчике круговой
проволочный датчик-виток площадью S=0,01 м2 находится в
однородном магнитном поле, индукция которого В = 1 Тл. Плоскость датчика-витка
перпендикулярна к направлению магнитного поля. Определить среднюю э. д. с. индукции
Ecp,
возникающую в судовом электромагнитном датчике-витке при выключении поля в
течение времени t=10 мс .
Ответ: Ecp = 1 В .
Задача 5
В судовом электрическом двигателе в однородном магнитном
поле статора, индукция которого В=0,1 Тл, равномерно вращается катушка-ротора, состоящая из N=100
витков, проволоки. Частота вращения катушки-ротора n = 5с-1; площадь поперечного сечения катушки-ротора S=0,01
м2. Ось вращения перпендикулярна к оси катушки-ротора и направлению
магнитного поля судового статора. Определить максимальную э. д. с. индукции Emах
во вращающейся катушке-роторе судового электрического двигателя.
Ответ: Emax = 3,14 В .
Задача 6
В судовом электрическом двигателе в однородном
магнитном поле, индукция которого В = 0,8 Тл, равномерно вращается ротор-рамка
с угловой скоростью ω=15
рад/с. Площадь ротора-рамки S=150 см2. Ось вращения
находится в плоскости ротора-рамки и составляет угол α=30° с направлением
магнитного поля. Определить максимальную э. д. с. индукции Emах
во вращающейся рамке-роторе судового электрического двигателя.
Ответ: Emax = 0,09 В .
Задача 7
В судовом электромагнитном автоматизированном
контроллере горизонтальный датчик-стержень длиной ℓ=1 м вращается
вокруг вертикальной оси, проходящей через один из его концов. Ось вращения
параллельна магнитному полю, индукция которого В=50 мкТл. При какой
частоте вращения n датчика-стержня
в судовом электромагнитном автоматизированном контроллере разность потенциалов
на концах этого датчика-стержня U= 1 мВ?
Ответ: п
= 6,4 с-1.
Задача 8
В судовом электромагнитном автоматизированном
контроллере на соленоиде длиной ℓ=20 см и площадью поперечного
сечения S=30 см2 установлен проволочный датчик-виток связи. Соленоид состоит из N=320
витков, по которым следует сила тока I=3 А. Определить среднюю
э. д. с. Ecp , которая индуцируется датчик-витке связи при
отключении соленоида судового электромагнитного автоматизированного контроллера
в течение времени t = 1 мс .
Ответ: Ecp
=18 мВ.
Задача 9
В судовом электромагнитном автоматизированном
контроллере на соленоиде длиной ℓ=20 см и площадью поперечного
сечения S=30 см2 установлен
проволочный датчик-виток связи. Соленоид состоит из N=320 витков, по которым
следует сила тока I=3 А. Определить среднюю э. д. с. Ecp , которая
индуцируется датчик-витке связи при отключении соленоида судового
электромагнитного автоматизированного контроллера в течение времени t = 1
мс, если соленоид имеет железный сердечник с магнитной проницаемостью μ=400.
Ответ: Ecp
= 5,1 В.
Задача 10
В судовом электромагнитном автоматизированном
контроллере на соленоиде длиной ℓ=144 см и диаметром D=5 см
установлен проволочный датчик-виток
связи. Соленоид состоит из N=2000 витков, по которым следует
сила тока I=2 А. Определить среднюю э. д. с. Ecp , которая
индуцируется датчик-витке связи при отключении соленоида судового
электромагнитного автоматизированного контроллера в течение времени t = 2
мс, если соленоид имеет железный сердечник с магнитной проницаемостью μ=400.
Ответ: Ecp
= 1,57 В.
Литература: