Sheria ya Faraday

Uigizaji mitatu wa hali za kawaida za uingizaji wa kisumakuumeme. (1) Kitanzi cha mstatili kinaingia na kutoka katika eneo lenye uga wa sumaku, kikivutwa na mota au kuburutwa kwa kipanya. (2) Koili na sumaku yenye umbo la silinda zinakaribiana na kupitana. (3) Mkondo katika koili 1, unaodhibitiwa na swichi, reostati na chanzo cha mkondo mnyoofu au geu, huingiza mkondo katika koili 2. Katika yote, angalia fluksi ya sumaku, emf inayoingizwa, mwelekeo wa mkondo (sheria ya Lenz), nguvu ya sumaku inayozuia mwendo na mizani ya nishati.

Hali ya karibu-tuli (vipimo vidogo sana kuliko urefu wa wimbi), ambapo sheria ya Faraday, $\varepsilon = -\dfrac{d\Phi}{dt}$, ni sahihi kabisa. Kila hatua ya muda, saketi ($L\,\dfrac{di}{dt} + R\,i = \varepsilon$) na mwendo ($m\,\dfrac{dv}{dt} = F_{ext} + F_{mag}$, ambapo $F_{mag} = i\oint d\vec\ell\times\vec B$) hutatuliwa pamoja kwa mbinu ya nukta-kati fiche, inayohifadhi mizani ya nishati kikamilifu; sheria ya Lenz na uhifadhi wa nishati hutokana na hapo, bila mkunjo wowote ulioandaliwa mapema.

Kitanzi katika uga: fluksi ni tangamano la $B$ juu ya eneo la kitanzi; uingizaji binafsi unatokana na fomula ya Grover kwa mstatili. Uga unaweza kubadilika kwa muda (sumaku-umeme inayofuata thamani iliyochaguliwa kwa kiunzi cha muda cha 0.5 s): hapo emf ina pia kipengele $-N A\,\dfrac{dB}{dt}$, na kazi ya chanzo cha uga huonekana katika mizani ya nishati.

Sumaku na koili: sumaku iliyosumakishwa sawasawa ni sawa na solenoidi yenye mkondo wa uso $K = M = B_r/\mu_0$. Fluksi inayopita kwenye koili ni jumla, kwa ukokotoaji wa namba, ya uingizaji wa pamoja kati ya mizunguko yenye mhimili mmoja, inayotolewa na tangamano kamili za kiduaradufu; mistari ya uga huchorwa kwa kutangamanisha uga kamili wa silinda (Derby na Olbert).

Koili mbili: $L_1$ kwa fomula ya Nagaoka, $L_2$ kwa fomula ya Maxwell kwa koili fupi na $M$ kwa ukokotoaji uleule wa tangamano za kiduaradufu. Milinganyo $V = R_1 i_1 + \dfrac{d\lambda_1}{dt}$ na $0 = R_2 i_2 + \dfrac{d\lambda_2}{dt}$, ambapo $\lambda_1 = L_1 i_1 + M i_2$ na $\lambda_2 = M i_1 + L_2 i_2$, hutangamanishwa kikamilifu kila hatua (kipeo cha matriki). Swichi ikiwa wazi, saketi 1 inaigwa kwa ukinzani wa 10 kΩ (cheche). Muda katika uigizaji huu unakwenda polepole, kwa sababu viunzi vya muda $L/R$ ni vya milisekunde.

LED: ya rangi mbili na isiyo na ncha (LED mbili sambamba kinyume, nyekundu na kijani), pamoja na kinzani mfululizo. Kila kiungo hufuata mlinganyo wa Shockley, $i = I_s\,(e^{u/nV_T} - 1)$, pamoja na ukinzani wa ndani; volteji ya kupitisha ni takriban 1.8 V (nyekundu) na 2.0 V (kijani), na mwanga unaotolewa unalingana na mkondo. Saketi inakuwa si mstari: katika uigizaji 1 na 2 mkondo hupatikana kila hatua kwa kutatua mlinganyo wa diodi (uingizaji hupuuzwa, kwa sababu $L/R$ ni mdogo sana kuliko muda wa mipigo); katika uigizaji 3 milinganyo ya koili hutangamanishwa kwa mbinu ya TR-BDF2.

Marco P. M. de Souza