FREQUENCY DEPENDENCE OF INDUCTION CURRENTS LOCALIZATION

Research article

Chernykh A.G.

DOI:

https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.59.001

Issue: № 5 (59), 2017

Published:

2017/05/19

Черных А.Г.

ORCID: 0000-0003-4857-9560, Кандидат физико-математических наук, Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева

ЧАСТОТНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЛОКАЛИЗАЦИИ ИНДУКЦИОННЫХ ТОКОВ

Аннотация

Рассмотрена динамика изменения структуры индукционных токов с ростом частоты внешнего квазистационарного магнитного поля. Проведено численное решение системы уравнений Максвелла, описывающих физику задачи. Индукционные токи определяются амплитудой и фазовым сдвигом относительно внешнего поля. Из-за обратных связей, обусловленных уравнениями Максвелла индукционные токи имеют сложную структуру, особенностью которой является наличие радиальных координат и частот, при которых токи в скин-слое движутся в противофазе.

Ключевые слова: уравнения Максвелла, цилиндрический проводник, индукционные токи,  квазистационарное магнитное поле, фазовый сдвиг.

Chernykh A.G.

ORCID: 0000-0003-4857-9560, PhD in Physics and Mathematics, Krasnoyarsk State Pedagogical University named after V.P. Astafiev

FREQUENCY DEPENDENCE OF INDUCTION CURRENTS LOCALIZATION

Abstract

The dynamics of changes in the structure of induction currents with increasing frequency of the external quasistationary magnetic field is considered in the paper. A numerical solution of the system of Maxwell’s equations describing the physics of the problem is carried out. The induction currents are determined by the amplitude and the phase shift relative to the external field. Because of the feedbacks caused by Maxwell’s equations, induction current have a complex structure, and its distinctive feature is the presence of radial coordinates and frequencies at which the currents in the skin layer move in reverse phase.

Keywords: Maxwell’s equations, cylindrical conductor, induction currents, quasistationary magnetic field, phase shift.

Задача описания взаимодействия цилиндрического проводника с квазистационарным магнитным полем, параллельным оси проводника, рассмотрена в работах [1], [2, С. 310]. Показано, что индукционные токи определяются функциями Бесселя. Аргументом этих функций является величина

 где , r – радиальная координата , δ – толщина скин-слоя. Функции Бесселя неудобны для анализа полученных закономерностей, поэтому вычислены только две асимптотики: и   . Первая асимптотика – предельно низкие частоты ω внешнего поля – приводит к очевидному результату: плотность тока пропорциональна rω, индукционный ток сдвинут по фазе относительно внешнего поля на величину π/2. Вторая асимптотика – предельно большие ω – показывает, что индукционный ток локализован в тонком поверхностном слое толщиной δ. Фазовый сдвиг индукционных токов эта асимптотика не определяет. Цель данной работы – изучение динамики изменения параметров индукционных токов с ростом частоты внешнего поля.

Фазовый сдвиг индукционных токов эта асимптотика не определяет. Цель данной работы – изучение динамики изменения параметров индукционных токов с ростом частоты внешнего поля.

Рассмотрим ситуацию: проводник в форме сплошного длинного цилиндра, радиус которого a

, проводимость σ, помещен в однородное переменное магнитное поле , параллельное оси цилиндра.  Геометрия задачи симметрична относительно оси цилиндра, поэтому вихревые токи будут течь по окружностям в плоскостях, перпендикулярных его оси. Это означает, что параметры тока зависят от радиальной координаты r и ω. При гармонической зависимости внешнего магнитного поля от времени, напряженность поля удобно представить в комплексном виде:

Магнитное поле внутри проводящего цилиндра определяется уравнениями Максвелла в квазистационарном приближении [1], [2]. Зависимость магнитного поля от t и r

имеет вид

Толщина скин-слоя определяется формулой  В (1) входят функции Бесселя нулевого порядка [3, С. 112]:

Плотность вихревых токов имеет вид [4, С. 144]: здесь  – функция Бесселя первого порядка, определяемая рядом

Соотношения (2–4) определяют точное решение уравнений Максвелла в квазистационарном приближении. Выражение (3) приведем к виду, удобному для применения методов вычислительной математики. Рассмотрим  – ряд, являющийся знаменателем в формуле (3). В (2) учтем, что  и .

Введем безразмерную переменную

 примет вид

где

Ряды (7) и (8) знакопеременные, поэтому их можно численно суммировать с заданной точностью.

Проведем аналогичные преобразования выражения , стоящего в числителе (3). Используя соотношение (4), получим

Учтем, что . Введем величину относительного радиуса тогда С учетом (10) и (11) выражение (9) примет вид Это позволяет записать формулу для плотности вихревых токов  в виде Представим сумму, стоящую в числителе (13) в виде комплексной величины где здесь 

.

Используя выделенные действительные и мнимые части рядов, выражение (13) запишем в виде

Действительная часть выражения (17) описывает плотность вихревых токов от относительного радиуса и времени. Можно показать, что

где

Согласно формуле Эйлера Подстановка (18) и (20) в (17) дает Действительная часть (21) имеет вид Безразмерное соотношение

с точностью до постоянного множителя  определяет амплитуду плотности вихревых токов. Величина

определяет фазовый сдвиг плотности токов относительно внешнего поля.

Проведенное преобразование рядов, определяющих амплитуду плотности индукционного тока и фазовый сдвиг тока относительно внешнего поля, показало, что характеристики вихревого тока определяются безразмерными величинами z и h. Анализ зависимости амплитуды плотности индукционных токов и фазового сдвига тока относительно внешнего поля проведем на основе численно построенных графиков. Аргументом этих функций является величина

z, пропорциональная чистоте внешнего поля. Графики строятся при значении h, равных 0,25; 0,75; 0,95. Программа численного построения графиков опубликована в [5]. На рис. 1 показаны графики зависимости и  при . Из графика видно: индукционный ток отличен от нуля при . Плотность тока с ростом z сначала быстро растет, затем более медленно спадает до нуля. В интервале z, где ток отличен от нуля, есть два значения z, при которых фазовый сдвиг меняется от нуля до π. Это означает, что в окрестности этих z ток меняет направление движения на противоположное, — с ростом z структура токов сильно меняется.

Рис. 1 – Зависимость безразмерной амплитуды плотности индукционного тока и разности фаз между током и внешним магнитным полем от z , при : 1 – амплитуда плотности тока; 2 – разность фаз

На рис. 2 показаны графики зависимости  и  при .  

Рис. 2 – Зависимость безразмерной амплитуды плотности индукционного тока и разности фаз между током и внешним магнитным полем от z , при : 1 – амплитуда плотности тока; 2 – разность фаз

Графики на рис. 2 качественно повторяют графики на рис. 1. На рис. 3 показаны графики зависимости

 и  при .

Рис. 3 – Зависимость безразмерной амплитуды плотности индукционного тока и разности фаз между током и внешним магнитным полем от z, при : 1 – амплитуда плотности тока; 2 – разность фаз

Из графиков на рис. 3 видно, что при  амплитуда индукционных токов максимальна при . С ростом z амплитуда медленно убывает: токи концентрируются ближе к поверхности цилиндра. Скачок фазы при  означает, что ток в окрестности

 с ростом z меняет направление на противоположное.

Список литературы / References

1. Ландау Л. Д. Теоретическая физика: учеб. пособие. В 10 т. Т. 8. Электродинамика сплошных сред / Л. Д. Ландау, Л. П. Питаевский, Е. М. Лифшиц; под ред. Л. П. Питаевского. 4-е изд., стер. – М.: Физматлит, 2003. – 652 с.
2. Батыгин В. В. Сборник задач по электродинамике: учеб. пособие / В. В. Батыгин, И. Н. Топтыгин; под ред. М. М. Бредова. 3-е изд., испр. – Ижевск; М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002. – 640 с.
3. Никифоров А. Ф., Уваров В.Б. Специальные функции математической физики / под ред. А. А. Самарского. – М.: Наука, 1978. – 320 с.
4. Черных А. Г. Бесконтактное измерение электросопротивления проводников в переменном магнитном поле. Ч. 2 / А.Г. Черных // Физическое образование в вузах. – 2013. Т. 19. – № 3. – С. 138–150.
5. Черных А.Г. Расчет процесса самоорганизации вихревых индукционных токов в массивном проводнике цилиндрической формы при изменении частоты внешнего квазистационарного магнитного поля: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2017611384 Рос. Федерация / А.Г. Черных; заявл. 29.09.2016; опубл. 02.02.2017. Бюл. № 2.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Landau L. D. Teoreticheskaja fizika: ucheb. posobie. V 10 t. T. 8. Jelektrodinamika sploshnyh sred [Electrodynamics of Continuous Media, Second Edition: V. 8. Course of Theoretical Physics, 2nd ed.] / L. D. Landau, L. P. Pitaevskii, E. M. Lifshitz. – Published by USA.: Butterworth-Heinemann, 1984.
2. Batygin V. V. Sbornik zadach po jelektrodinamike: ucheb. posobie [Problems in Electrodynamics] / V. V. Batygin, I. N. Toptygin. – London: Academic Press, 1978.
3. Nikiforov A. F., Uvarov V. B. Specialnye funkcii matematicheskoj fizik [Special functions of mathematical physics] / pod red. A. Samarskogo [Ed. А. А. Samarsky]. – M.: Nauka, 1978. – 320 pp. [In Russian]
4. Chernykh A. G. Beskontaktnoe izmerenie ehlektrosoprotivleniya provodnikov v peremennom magnitnom pole. Ch 2 [Contactless measurement of electrical resistance in alternating magnetic field. Part 2] / A. G. Chernykh // Fizicheskoe Obrazovanie v VUZah [Physics in Higher Education]. – 2013 T. 19. –№ 3. – P. 138–150. [In Russian]
5. Chernykh A. G. Raschet processa samoorganizacii vihrevyh indukcionnyh tokov v massivnom provodnike cilindricheskoj formy pri izmenenii chastity vneshnego kvazistacionarnogo magnitnogo polya svidetelstvo o gos. registracii programmy dlya EhVM 2017611384 Ros. Federaciya [Calculation of the process of self organization of vortex induction currents in a massive conductor of cylindrical shape with a change in the frequency of an external quasistationary magnetic field: Registration of the computer program № 2017611384 Ros. Federation] / A. G. Chernykh; zayavl. 09.29.2016; publ. 02.02.2017. bul. № 2. [In Russian]

Индукционные токи. Токи Фуко — презентация онлайн

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1. Токи Фуко.

ФУКО, ЖАН БЕРНАР ЛЕОН (1819–1868),
французский физик. Родился 18 сентября 1819 в
Париже.

2. В 1855г Фуко обнаружил нагревание проводящего материала вихревыми индукционными токами.

3. Токи Фуко (вихревые токи)

–
индукционные токи, возникающие в
массивных сплошных проводниках,
помещенных в переменное магнитное
поле.
Массивные проводники – поперечные
размеры, которых соизмеримы с длиной
проводника.

4. Токи Фуко (вихревые токи)

До сих пор мы рассматривали
индукционные токи в линейных
проводниках.
Но индукционные токи будут возникать и
в толще сплошных проводников при
изменении в них потока вектора
магнитной индукции .
Они будут циркулировать в веществе
проводника (напомним, что линии –
замкнуты).
Так как электрическое поле вихревое и
токи называются вихревыми – токи Фуко.

5. Токи Фуко (вихревые токи)

В отличие от линейных проводников в массивных
проводниках токи (токи Фуко) замкнуты в объёме,
поэтому они называются вихревыми.
Они подчиняются правилу Ленца, т.е. их магнитное
поле направлено
таким образом, чтобы
противодействовать
изменению магнитного
потока, индуцирующего
вихревые токи.

6. Токи Фуко (вихревые токи)

Если медную пластину отклонить от положения
равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со
скоростью υ в пространство между полосами
магнита, то пластина практически остановится в
момент ее вхождения в магнитное поле.
Замедление движения связано с возбуждением в
пластине вихревых токов, препятствующих
изменению потока вектора магнитной индукции.
Поскольку
пластина
обладает
конечным
сопротивлением, токи индукции постепенно
затухают и пластина медленно двигается в
магнитном поле.
Если электромагнит отключить, то медная
пластина будет совершать обычные колебания,
характерные для маятника.

7. Токи Фуко (вихревые токи)

Токи Фуко, возбуждаемые
в массивных проводниках
при движении в магнитном
поле, препятствуют
изменению потока вектора
магнитной индукции.
Происходит замедление
движения – торможение
пластины.

8. Токи Фуко (вихревые токи)

Движение медной гребенки в
магнитном поле – эффект
торможения вихревыми токами
за счет уменьшения потоков Ф в
каждой части пластины
уменьшается. Вихревые токи в
каждой части пластины
возбуждаются меньшими
потоками. Индукционные токи
уменьшаются, уменьшается и
торможение

9.

Токи Фуко (вихревые токи)Тормозящее действие тока Фуко используется для
создания магнитных успокоителей – демпферов.
Если под качающейся в горизонтальной плоскости
магнитной стрелкой расположить массивную медную
пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи
Фуко будут тормозить колебание стрелки.
Магнитные успокоители такого рода используются в
сейсмографах, гальванометрах и других приборах.
Токи Фуко применяются в электрометаллургии для
плавки металлов.
Металл помещают в переменное магнитное поле,
создаваемое током частотой 500 2000 Гц.
В результате индуктивного разогрева металл
плавится, а тигль в котором он находится при этом
остается холодным.
Например, при подведенной мощности 600 кВт тонна
металла плавится за 40 – 50 минут.

10. Токи Фуко (вихревые токи)

Для уменьшения нагрева деталей, находящихся
в переменном магнитном поле, токами Фуко,
эти детали (сердечники трансформаторов,
якоря генераторов)
1) делают из тонких пластин, отделенных друг от
друга слоями изолятора,
2) устанавливают так,
чтобы вихревые токи
были направлены
поперек пластин.

11. Применение Токов Фуко.

Тормозящее
действие
тока
Фуко
используется для создания магнитных
успокоителей – демпферов.
Если под качающейся в горизонтальной
плоскости магнитной стрелкой расположить
массивную
медную
пластину,
то
возбуждаемые в медной пластине токи Фуко
будут
тормозить
колебание
стрелки.
Магнитные успокоители такого рода
используются
в
сейсмографах,
гальванометрах и других приборах.

12. Применение Токов Фуко.

Токи
Фуко
применяются
в
электрометаллургии для плавки металлов.
Металл
помещают
в
переменное
магнитное поле, создаваемое током частотой
500 2000 Гц.
В результате индуктивного разогрева
металл плавится, а тигль, в котором он
находится, при этом остается холодным.
Например, при подведенной мощности
600 кВт тонна металла плавится за 40–50
минут.

13. Скин-эффект

В проводах, по которым текут токи высокой
частоты (ВЧ), также возникают вихревые токи,
существенно изменяющие картину распределения
плотности тока по сечению проводника.
При этом вихревые токи по оси проводника
текут против направления основного тока, а
на поверхности – в том же направлении
Ток как бы вытесняется на поверхность. Это и
есть скин-эффект.
Это явление называется скин-эффектом (от англ. skin –
кожа, оболочка).
Впервые это явление описано в 1885–1886 гг. английским
физиком О. Хевисайдом, а обнаружено на опыте его
соотечественником Д. Юзом в 1886 г.

14. Скин-эффект

Провода для переменных токов высокой
частоты, учитывая скин-эффект, сплетают из
большого числа тонких проводящих нитей,
изолированных друг от друга эмалевым
покрытием – литцендратом.
ВЧ-токи используются для закалки
поверхностей деталей: поверхностный слой
разогревается быстро в ВЧ-поле,
закаливается и становится прочным, но не
хрупким, так как внутренняя часть детали не
разогревалась и не закаливалась.

15. Применение Токов Фуко.

16. Металлодетектор.

Металлоис
катель
(металлоде
тектор) это
электронн
ый прибор,
который
определяе
т

17.

Виды металлодетектора.1.Импульсные
металлоискатели
2.Индукционные
металлоискатели
3.Металлоискатели
выполненные на принципе
«приём-передача».
4.Металлоискатели
выполненные на принципе
изменения частоты.

19. Виды металлодетекторов по выполняемым задачам.

1.Грунтовый
3.Досмотровый
4.Арочный
2.Военный миноискатель
5.Глубинный

English     Русский Правила

Индукционные токи возбуждаются в массивных проводниках, движущихся в магнитных полях. Эти вихревые индукционные

Если медную пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью v в пространство между полосами магнита, то пластина практически остановится в момент ее вхождения в магнитное поле (Рис. 7). Замедление движения связано с возбуждением в пластине вихревых токов, препятствующих изменению потока вектора магнитной индукции.

Pис. 7

Тормозящее действие тока Фуко используется для создания магнитных успокоителей – демпферов.

Если под качающейся в горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебание стрелки. Магнитные успокоители такого рода используются в сейсмографах, гальванометрах и других приборах.

Токи Фуко применяются в электрометаллургии для плавки металлов. Металл помещают в переменное магнитное поле, создаваемое током частотой 500 2000

Гц. В результате индуктивного разогрева металл плавится, например, при подведенной мощности 600 кВт тонна металла плавится за 40–50 минут.

Если быстропеременный высокочастотный ток протекает по проводнику, то индуцируемые в проводнике вихревые токи препятствуют равномерному распределению плотности тока по поперечному сечению проводника. Плотность тока на оси провода оказывается меньше, чем у его поверхности. Ток как бы вытесняется на поверхность провода (рис. 8).

Это явление называется скин-эффектом (от англ. skin – кожа, оболочка).

При нарастании тока в проводе ЭДС индукции направлена против тока.

Электрическое поле самоиндукции максимально на оси провода, что приводит

к неравномерному распределению плотности тока.

Плотность тока убывает от поверхности к оси провода примерно по экспоненциальному закону

j = j0 exp( r), где коэффициент затухания

Например, для меди глубина проникновения тока – расстояние, на котором плотность тока

уменьшается в e раз, равна r частота берется в герцах. 0

При частоте = 50 Гц

	1		66			мм, где

r0 = 10 мм – ток

практически равномерно распределен по объему проводов, исключая очень толстые кабели. Но при высокочастотных колебаниях 100 МГц = 108 Гц глубина проникновения равна r0 7 10 3 мм – ток

почти целиком течет по поверхности провода.

По этой причине с целью уменьшения потерь поверхность высокочастотных контуров серебрят.

3. Вихревое электрическое поле
Закон Фарадея говорит, что изменение
потока вектора магнитной индукции вызывает
появление в замкнутом контуре электрического
тока.
Если контур замкнут, то в нем возникает ЭДС
индукции.	Электрическое поле способно
перемещать заряды по замкнутому контуру,
совершая при этом над ними работу.

Максвелл первым понял, что главное в явлении электромагнитной индукции это возникновение в пространстве электрического поля под действием переменного магнитного поля. Причем наличие проводников не является для этого обязательным.

Переменное магнитное поле может порождать вихревое электрическое поле и в свободном от проводников пространстве, в том числе и в вакууме.

Порождаемое переменным магнитным полем B электрическое поле Е является вихревым. Поскольку его работа по перемещению единичного положительного заряда по замкнутому контуру L,

	=	E, d l	, не равна нулю, а равна со
знаком

«минус» ЭДС ( закон Фарадея).

Математически это можно записать в виде уравнения

	E, d l		B, d S
где		t
	S – поверхность, ограниченная замкнутым

контуром l, а частная производная S/ t означает, что контур L и поверхность S не изменяются со временем.

Последнее уравнение может быть приведено к дифференциальной форме.

Для этого воспользуемся теоремой Стокса и преобразуем контурный интеграл от вектора E к поверхностному:

			B
E, d l		rot E, d S		t	, d S
		S	S

(ротором или вихрем называется величина, равная векторному произведению [ , С] и обозначается как rotС.)

Изменение индукции магнитного поля. Индукционный ток

В нашем мире все виды существующих сил, за исключением сил тяготения, представлены электромагнитными взаимодействиями. Во Вселенной, несмотря на удивительное разнообразие воздействий тел друг на друга, в любых веществах, живых организмах всегда встречается проявление электромагнитных сил . Как произошло открытие электромагнитной индукции (ЭИ), расскажем ниже.

Вконтакте

Открытие ЭИ

Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током в опытах Эрстеда впервые указал на связь электрических и магнитных явлений. Очевидно: электроток «окружает» себя магнитным полем.

Так нельзя ли добиться его возникновения посредством магнитного поля — подобную задачу поставил Майкл Фарадей. В 1821 году он отметил это свойство в своем дневнике о превращении магнетизма в .

Успех к ученому пришел не сразу. Лишь глубокая уверенность в единстве природных сил и упорный труд привели его через десять лет к новому великому открытию.

Решение задачи долго не давалось Фарадею и другим его коллегам, потому как они пытались получить электричество в неподвижной катушке, используя действие постоянного магнитного поля. Между тем, впоследствии выяснилось: изменяется количество силовых линий, пронизывающих провода, и возникает электроэнергия.

Явление ЭИ

Процесс появления в катушке электричества в результате изменения магнитного поля характерен для электромагнитной индукции и определяет это понятие. Вполне закономерно, что разновидность , возникающего в ходе данного процесса, называется индукционным. Эффект сохранится, если саму катушку оставить без движения, но перемещать при этом магнит. С использованием второй катушки можно и вовсе обойтись без магнита.

Если пропустить электричество через одну из катушек, то при их взаимном перемещении во второй возникнет индукционный ток . Можно надеть одну катушку на другую и менять величину напряжения одной из них, замыкая и размыкая ключ. При этом магнитное поле, пронизывающее катушку, на которую воздействуют ключом, меняется, и это становится причиной возникновения индукционного тока во второй.

Закон

Во время опытов легко обнаружить, что увеличивается число пронизывающих катушку силовых линий — стрелка используемого прибора (гальванометр) смещается в одну сторону, уменьшается – в иную. Более тщательное исследование показывает, что сила индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения числа силовых линий. В этом заключен основной закон электромагнитной индукции.

Данный закон выражает формула:

Она применяется, если за период времени t магнитный поток изменяется на одну и ту же величину, когда скорость изменения магнитного потока Ф/t постоянна.

Важно! Для индукционных токов справедлив закон Ома: I=/R, где — это ЭДС индукции, которую находят по закону ЭИ.

Замечательные опыты, проведенные когда-то знаменитым английским физиком и ставшие основой открытого им закона, сегодня без особого труда способен проделать любой школьник. Для этих целей используются:

• магнит,
• две проволочные катушки,
• источник электроэнергии,
• гальванометр.

Закрепим на подставке магнит и поднесем к нему катушку с присоединенными к гальванометру концами.

Поворачивая, наклоняя и перемещая ее вверх и вниз, мы меняем число силовых линий магнитного поля, пронизывающих ее витки.

Гальванометр регистрирует возникновение электричества с постоянно меняющимися в ходе опыта величиной и направлением.

Находящиеся же относительно друг друга в покое катушка и магнит не создадут условий и для возникновения электричества.

Другие законы Фарадея

На основе проведенных исследований были сформированы еще два одноименных закона:

1. Суть первого состоит в такой закономерности: масса вещества m , выделяемая электрическим напряжением на электроде, пропорциональна количеству электричества Q, прошедшему через электролит.
2. Определение второго закона Фарадея, или зависимости электрохимического эквивалента от атомного веса элемента и его валентности формулируется так: электрохимический эквивалент вещества пропорционален его атомному весу, а также обратно пропорционален валентности.

Из всех существующих видов индукции огромное значение имеет обособленный вид данного явления – самоиндукция. Если мы возьмем катушку, которая имеет большое количество витков, то при замыкании цепи, лампочка загорается не сразу.

На этот процесс может уйти несколько секунд. Очень удивительный на первый взгляд факт. Чтобы понять, в чем здесь дело, необходимо разобраться, что же происходит в момент замыкания цепи . Замкнутая цепь словно «пробуждает» электроток, начинающий свое движение по виткам провода. Одновременно в пространстве вокруг нее мгновенно создается усиливающееся магнитное поле.

Катушечные витки оказываются пронизанными изменяющимся электромагнитным полем, концентрирующимся сердечником. Возбуждаемый же в витках катушки индукционный ток при нарастании магнитного поля (в момент замыкания цепи) противодействует основному. Мгновенное достижение им своего максимального значения в момент замыкания цепи невозможно, оно «растет» постепенно. Вот и объяснение, почему лампочка не вспыхивает сразу. Когда цепь размыкается, основной ток усиливается индукционным в результате явления самоиндукции, и лампочка ярко вспыхивает.

Важно! Суть явления, названного самоиндукцией, характеризуется зависимостью изменения, возбуждающего индукционный ток электромагнитного поля от изменения силы текущего по цепи электротока.

Направление тока самоиндукции определяет правило Ленца. Самоиндукция легко сравнима с инерцией в области механики, поскольку оба явления обладают схожими характеристиками. И действительно, в результате инерции под влиянием силы тело приобретает определенную скорость постепенно, а не сиюминутно. Не сразу – под действием самоиндукции — при включении батареи в цепь появляется и электричество. Продолжая сравнение со скоростью, заметим, он так же не способен мгновенно исчезнуть.

Вихревые токи

Наличие вихревых токов в массивных проводниках может послужить еще одним примером электромагнитной индукции.

Специалисты знают, что металлические трансформаторные сердечники, якоря генераторов и электродвигателей никогда не бывают сплошными. При их изготовлении на отдельные тонкие листы, из которых они состоят, накладывается слой лака, изолирующий один лист от другого.

Нетрудно понять, какая сила заставляет человека создавать именно такое устройство . Под действием электромагнитной индукции в переменном магнитном поле сердечник пронизывают силовые линии вихревого электрополя.

Представим, что сердечник изготовлен из сплошного металла. Поскольку его электрическое сопротивление невелико, возникновение индукционного напряжения большой величины было бы вполне объяснимым. Сердечник бы в итоге разогревался, и немалая часть электрической терялась бесполезно. Кроме того, возникла бы необходимость принятия специальных мер для охлаждения. А изолирующие слои не позволяют достигать больших величин .

Индукционные токи, присущие массивным проводникам, называются вихревыми не случайно – их линии замкнуты подобно силовым линиям электрополя, где они и возникают. Чаще всего вихревые токи применяются в работе индукционных металлургических печей для выплавки металлов. Взаимодействуя с породившим их магнитным полем, они иногда становятся причиной занимательных явлений.

Возьмем мощный электромагнит и поместим между вертикально расположенными его полюсами, к примеру, пятикопеечную монету. Вопреки ожиданию, она не упадет, а будет медленно опускаться. Для прохождения нескольких сантиметров ей потребуются секунды.

Поместим, например, пятикопеечную монету между вертикально расположенными полюсами мощного электромагнита и отпустим ее.

Вопреки ожиданию, она не упадет, а будет медленно опускаться. Для прохождения нескольких сантиметров ей потребуются секунды. Передвижение монеты напоминает перемещение тела в вязкой среде. Почему такое происходит.

По правилу Ленца направления возникающих при передвижении монеты вихревых токов в неоднородном магнитном поле таковы, что поле магнита выталкивает монету вверх. Эту особенность используют для «успокоения» стрелки в измерительных приборах. Алюминиевая пластина, находящаяся между магнитными полюсами, прикрепляется к стрелке, и вихревые токи, возникающие в ней, способствуют быстрому затуханию колебаний.

Демонстрацию явления электромагнитной индукции поразительной красоты предложил профессор Московского университета В.К. Аркадьев. Возьмем свинцовую чашу, обладающую сверхпроводящей способностью, и попробуем уронить над ней магнит. Он не упадет, а будет словно «парить» над чашей. Объяснение здесь простое: равное нулю электрическое сопротивление сверхпроводника способствует возникновению в нем электричества большой величины, способных сохраняться продолжительное время и «удерживать» магнит над чашей. По правилу Ленца, направление магнитного поля их таково, что отталкивает магнит и не дает ему упасть.

Изучаем физику — закон электро-магнитной индукции

Правильна формулировка закона Фарадея

Вывод

Электромагнитные силы – это силы, которые позволяют людям видеть окружающий мир и чаще других встречаются в природе, например, свет — тоже пример электромагнитных явлений. Жизнь человечества невозможно представить без данного явления.

На рисунке показано направление индукционного тока,возникающего в короткозамкнутой проволочной катушке,когда относительно нее перемещают

магнит.Отметьте,какие из следующих утверждений правильные,а какие- неправильные.
А.Магнит и катушка притягиваются друг к другу.
Б. Внутри катушки магнитное поле индукционного тока направленно вверх.
В. Внутри катушки линии магнитной индукции поля магнита направлены вверх.
Г. Магнит удаляют от катушки.

1. Первый закон Ньютона?

2. Какие системы отсчета являются инерциальными и неинерциальными? Приведите примеры.
3. В чем состоит свойство тел, называемое инертностью? Какой величиной характеризуется инертность?
4. Какова связь между массами тел и модулями ускорений, которые они получают при взаимодействии?
5. Что такое сила и чем она характеризуется?
6. Формулировка 2 закона Ньютона? Какова его математическая запись?
7. Как формулируется 2 закон Ньютона в импульсной форме? Его математическая запись?
8. Что такое 1 Ньютон?
9. Как движется тело, если к нему приложена сила постоянная по модулю и направлению? Как направлено ускорение, вызванное действующей на него силой?
10. Как определяется равнодействующая сил?
11. Как формулируется и записывается 3 закон Ньютона?
12. Как направлены ускорения, взаимодействующих между собой тел?
13. Приведите примеры проявления 3 закона Ньютона.
14. Каковы границы применимости всех законов Ньютона?
15. Почему мы можем считать Землю инерциальной системой отсчета, если она двигается с центростремительным ускорением?
16. Что такое деформация, какие виды деформации вы знаете?
17. Какая сила называется силой упругости? Какова природа этой силы?
18. Каковы особенности силы упругости?
19. Как направлена сила упругости (сила реакции опоры, сила натяжения нити?)
20. Как формулируется и записывается закон Гука? Каковы его границы применимости? Постройте график, иллюстрирующий закон Гука.
21. Как формулируется и записывается закон Всемирного тяготения, когда он применим?
22. Опишите опыты, по определению значения гравитационной постоянной?
23. Чему равна гравитационная постоянная, каков ее физический смысл?
24. Зависит ли работа силы тяготения от формы траектории? Чему равна работа силы тяжести по замкнутому контуру?
25. Зависит ли работа силы упругости от формы траектории?
26. Что вы знаете о силе тяжести?
27. Как вычисляется ускорение свободного падения на Земле и других планетах?
28. Что такое первая космическая скорость? Как ее вычисляют?
29. Что называют свободным падением? Зависит ли ускорение свободного падения от массы тела?
30. Опишите опыт Галилео Галилея, доказывающий, что все тела в вакууме падают с одинаковым ускорением.
31. Какая сила называется силой трения? Виды сил трения?
32. Как вычисляют силу трения скольжения и качения?
33. Когда возникает сила трения покоя? Чему она равна?
34. Зависит ли сила трения скольжения от площади соприкасающихся поверхностей?
35. От каких параметров зависит сила трения скольжения?
36. От чего зависит сила сопротивления движению тела в жидкостях и газах?
37. Что называют весом тела? В чем заключается различие между весом тела и силой тяжести, действующей на тело?
38. В каком случае вес тела численно равен модулю силы тяжести?
39. Что такое невесомость? Что такое перегрузка?
40. Как вычислить вес тела при его ускоренном движении? Изменяется ли вес тела, если оно движется по неподвижной горизонтальной плоскости с ускорением?
41. как изменяется вес тела при его движении по выпуклой и вогнутой части окружности?
42. Каков алгоритм решения задач при движении тела под действием нескольких сил?
43. Какая сила называется Силой Архимеда или выталкивающей силой? От каких параметров зависит эта сила?
44. По каким формулам можно вычислить силу Архимеда?
45. При каких условиях тело, находящееся в жидкости плавает, тонет, всплывает?
46. Как зависит глубина погружения в жидкость плавающего тела от его плотности?
47. Почему воздушные шары наполняют водородом, гелием или горячим воздухом?
48. Объясните влияние вращения Земли вокруг своей оси на значение ускорения свободного падения.
49. Как изменяется значение силы тяжести при: а) удалении тела от поверхности Земли, Б) при движении тела вдоль меридиана, параллели

электрической цепи?

3. Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту.

4. Соединить на короткое время вольтметри источником электрической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его показания с вычислением по результатам опыта.

5. От чего зависит напряжение на зажимах источников тока?

6. Пользуясь результатами измерений, определить напряжение на внешней цепи (если работа выполнена I методом), сопротивление внешней цепи (если работа выполнена II методом).

6 вопрос во вложение вычисление

Помогите пожалуйста!

1. При каких условиях появляются силы трения?
2. От чего зависят модуль и направление силы трения покоя?
3. В каких пределах может изменяться сила трения покоя?
4. Какая сила сообщает ускорение автомобилю или тепловозу?
5. Может ли сила трения скольжения увеличить скорость тела?
6. В чем состоит главное отличие силы сопротивления в жидкостях и газах от силы трения между двумя твердыми телами?
7. Приведите примеры полезного и вредного действия сил трения всех видо

ИНДУКЦИОННЫЙ ТОК — это электрический ток, возникающий при изменении потока магнитной индукции в замкнутом проводящем контуре. Это явление носит название электромагнитной индукции. Хотите узнать какое направление индукционного тока? Росиндуктор — это торговый информационный портал, где вы найдете информацию про ток.

Определяющее направление индукционного тока правило звучит следующим образом: «Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван». Правая рука развернута ладонью навстречу магнит¬ным силовым линиям, при этом большой палец направлен в сторону движения проводника, а четыре пальца по-казывают, в каком направлении будет течь индукционный ток. Перемещая проводник, мы перемещаем вместе с проводчиком все электроны, заключенные в нем, а при перемещении в магнитном поле электрических зарядов на них будет действовать сила по правилу левой руки.

Направление индукционного тока, как и его величина, определяется правилом Ленца, в котором говорится, что направление индукционного тока всегда ослабляет действие фактора, возбудившего ток. При изменении потока магнитного поля через контур направление индукционного тока будет таким, чтобы скомпенсировать эти изменения. Когда магнитное поле возбуждающее ток в контуре создается в другом контуре, направление индукционного тока зависит от характера изменений: при увеличении внешнего тока индукционный ток имеет противоположное направление, при уменьшении — направлен в ту же сторону и стремиться усилить поток.

Катушка с индукционным током имеет два полюса (северный и южный), которые определяются в зависимости от направления тока: индукционные линии выходят из северного полюса. Приближение магнита к катушке вызывает появление тока с направлением, отталкивающим магнит. При удалении магнита ток в катушке имеет направление, способствующее притягиванию магнита.

Индукционный ток возникает в замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Контур может быть как неподвижным (помещенным в изменяющийся поток магнитной индукции), так и движущимся (движение контура вызывает изменение магнитного потока). Возникновение индукционного тока обуславливает вихревое электрическое поле, которое возбуждается под воздействием магнитного поля.

О том, как создать кратковременный индукционный ток можно узнать из школьного курса физики.

Для этого есть несколько способов:

• — перемещение постоянного магнита или электромагнита относительно катушки,
• — перемещение сердечника относительно вставленного в катушку электромагнита,
• — замыкание и размыкание цепи,
• — регулирование тока в цепи.

Основной закон электродинамики (закон Фарадея) гласит, что сила индукционного тока для любого контура равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через контур, взятой со знаком минус. Сила индукционного тока носит название электродвижущей силы.

Возникновение в проводнике ЭДС индукции

Если поместить в проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет , называемая ЭДС индукции .

ЭДС индукции возникнет в проводнике и в том случае, если сам проводник останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая проводник своими силовыми линиями.

Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый индукционным током.

Явление индуктирования ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией .

Электромагнитная индукция — это обратный процесс, т. е. превращение механической энергии в электрическую.

Явление электромагнитной индукции нашло широчайшее применение в . На использовании его основано устройство различных электрических машин.

Величина и направление ЭДС индукции

Рассмотрим теперь, каковы будут величина и направление индуктированной в проводнике ЭДС.

Величина ЭДС индукции зависит от количества силовых линий поля, пересекающих проводник в единицу времени, т. е. от скорости движения проводника в поле.

Величина индуктированной ЭДС находится в прямой зависимости от скорости движения проводника в магнитном поле.

Величина индуктированной ЭДС зависит также и от длины той части проводника, которая пересекается силовыми линиями поля. Чем большая часть проводника пересекается силовыми линиями поля, тем большая ЭДС индуктируется в проводнике. И, наконец, чем сильнее магнитное поле, т. е. чем больше его индукция, тем большая ЭДС возникает в проводнике, пересекающем это поле.

Итак, величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.

Зависимость эта выражается формулой Е = Blv,

где Е — ЭДС индукции; В — магнитная индукция; I — длина проводника; v — скорость движения проводника.

Следует твердо помнить, что в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, ЭДС индукции возникает только в том случае, если этот проводник пересекается магнитными силовыми линиями поля. Если же проводник перемещается вдоль силовых линий поля, т. е. не пересекает, а как бы скользит по ним, то никакой ЭДС в нем не индуктируется. Поэтому приведенная выше формула справедлива только в том случае, когда проводник перемещается перпендикулярно магнитным силовым линиям поля.

Направление индуктированной ЭДС (а также и тока в проводнике) зависит от того, в какую сторону движется проводник. Для определения направления индуктированной ЭДС существует правило правой руки.

Если держать ладонь правой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец указывал бы направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление действия индуктированной ЭДС и направление тока в проводнике.

Правило правой руки

ЭДС индукции в катушке

Мы уже говорили, что для создания в проводнике ЭДС индукции необходимо перемещать в магнитном поле или сам проводник, или магнитное поле. В том и другом случае проводник должен пересекаться магнитными силовыми линиями поля, иначе ЭДС индуктироваться не будет. Индуктированную ЭДС, а следовательно, и индукционный ток можно получить не только в прямолинейном проводнике, но и в проводнике, свитом в катушку.

При движении внутри постоянного магнита в ней индуктируется ЭДС за счет того, что магнитный поток магнита пересекает витки катушки, т. е. точно так же, как это было при движении прямолинейного проводника в поле магнита.

Если магнит опускать в катушку медленно, то возникающая в ней ЭДС будет настолько мала, что стрелка прибора может даже не отклониться. Если же, наоборот, магнит быстро ввести в катушку, то отклонение стрелки будет большим. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от скорости движения магнита, т. е. от того, насколько быстро силовые линии поля пересекают витки катушки. Если теперь поочередно вводить в катушку с одинаковой скоростью сначала сильный магнит, а затем слабый, то можно заметить, что при сильном магните стрелка прибора будет отклоняться на больший угол. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от величины магнитного потока магнита.

И, наконец, если вводить с одинаковой скоростью один и тот же магнит сначала в катушку с большим числом витков, а затем со значительно меньшим, то в первом случае стрелка прибора отклонится на больший угол, чем во втором. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от числа ее витков. Те же результаты можно получить, если вместо постоянного магнита применять электромагнит.

Направление ЭДС индукции в катушке зависит от направления перемещения магнита. О том, как определять направление ЭДС индукции, говорит закон, установленный Э. X. Ленцем.

Закон Ленца для электромагнитной индукции

Всякое изменение магнитного потока внутри катушки сопровождается возникновением в ней ЭДС индукции, причем чем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку, тем большая ЭДС в ней индуктируется.

Если катушка, в которой создана ЭДС индукции, замкнута на внешнюю цепь, то по виткам ее идет индукционный ток, создающий вокруг проводника магнитное поле, в силу чего катушка превращается в соленоид. Получается таким образом, что изменяющееся внешнее магнитное поле вызывает в катушке индукционный ток, которой, в свою очередь, создает вокруг катушки свое магнитное поле — поле тока.

Изучая это явление, Э. X. Ленц установил закон, определяющий направление индукционного тока в катушке, а следовательно, и направление ЭДС индукции. ЭДС индукции, возникающая в катушке при изменении в ней магнитного потока, создает в катушке ток такого направления, при котором магнитный поток катушки, созданный этим током, препятствует изменению постороннего магнитного потока.

Закон Ленца справедлив для всех случаев индуктирования тока в проводниках, независимо от формы проводников и от того, каким способом достигается изменение внешнего магнитного поля.

При движении постоянного магнита относительно проволочной катушки, присоединенной к клеммам гальванометра, или при движении катушки относительно магнита возникает индукционный ток.

Индукционные токи в массивных проводниках

Изменяющийся магнитный поток способен индуктировать ЭДС не только в витках катушки, но и в массивных металлических проводниках. Пронизывая толщу массивного проводника, магнитный поток индуктирует в нем ЭДС, создающую индукционные токи. Эти так называемые распространяются по массивному проводнику и накоротко замыкаются в нем.

Сердечники трансформаторов, магнитопроводы различных электрических машин и аппаратов представляют собой как раз те массивные проводники, которые нагреваются возникающими в них индукционными токами. Явление это нежелательно, поэтому для уменьшения величины индукционных токов части электрических машин и сердечники трансформаторов делают не массивными, а состоящими из тонких листов, изолированных один от другого бумагой или слоем изоляционного лака. Благодаря этому преграждается путь распространения вихревых токов по массе проводника.

Но иногда на практике вихревые токи используются и как токи полезные. На использовании этих токов основана, например, работа , и так называемых магнитных успокоителей подвижных частей электроизмерительных приборов.

Тема 11. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

11.1. Опыты Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца. 11.2. Величина ЭДС индукции.

11.3. Природа ЭДС индукции.

11.4. Циркуляция вектора напряжённости вихревого электрического поля.

11.5. Бетатрон.

11.6. Токи Фуко.

11.7. Скин-эффект.

С момента открытия связи магнитного поля с током (что является подтверждением симметрии законов природы), делались многочисленные попытки получить ток с помощью магнитного поля. Задача была решена Майклом Фарадеем в1831г. (Американец Джозеф Генри тоже открыл, но не успел опубликовать свои результаты. Ампер также претендовал на открытие, но не смог представить свои результаты).

ФАРАДЕЙ Майкл (1791 – 1867) – знаменитый английский физик. Исследования в области электричества, магнетизма, магнитооптики, электрохимии. Создал лабораторную модель электродвигателя. Открыл экстротоки при замыкании и размыкании цепи и установил их направление. Открыл законы электролиза, первый ввел понятия поля и диэлектрической проницаемости, в 1845 употребил термин «магнитное поле».

Кроме всего прочего М. Фарадей открыл явления диа и парамагнетизма. Он установил, что все материалы в магнитном поле ведут себя по-разному: ориентируются по полю (пара и ферромагнетики) или поперек

поля – диамагнетики.

Из школьного курса физики опыты Фарадея хорошо известны: катушка и постоянный магнит (Рис.11.1)

Рис. 11.1 Рис. 11.2

Если подносить магнит к катушке или наоборот, то в катушке возникнет электрический ток. Тоже самое с двумя близко расположенными катушками: если к одной из катушек подключить источник переменного тока, то в другой так же возникнет переменный ток

(Рис.11.2), но лучше всего этот эффект проявляется, если две катушки соединить сердечником (Рис.11.3).

По определению Фарадея общим для этих опытов является то, что: если поток

вектора индукции, пронизывающий замкнутый, проводящий контур меняется, то в контуре возникает электрический ток.

Это явление называют явлением электромагнитной индукции, а ток – индукционным. При этом, явление совершенно не зависит от способа изменения потока вектора магнитной индукции.

Итак, получается, что движущиеся заряды (ток) создают магнитное поле, а движущееся магнитное поле создает (вихревое) электрическое поле и, собственно индукционный ток.

Для каждого конкретного случая Фарадей указывал направление индукционного тока. В 1833 г. Ленц установил общееправило нахождения направления тока :

индукционный ток всегда направлен так, что магнитное поле этого тока препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение носит название правило Ленца.

Заполнение всего пространства однородным магнетиком приводит при прочих равных условиях к увеличению индукции в µ раз. Этот факт подтверждает то, что

индукционный ток обусловлен изменением потока вектора магнитной индукции B , а не потока вектора напряженностиH .

11.2. Величина ЭДС индукции.

Для создания тока в цепи необходимо наличие электродвижущей силы. Поэтому явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции E i . Наша

задача , используя законы сохранения энергии, найти величинуE i и выяснить ее

Рассмотрим перемещение подвижного участка 1 – 2 контура с током в магнитном поле

B (Рис. 11.4).

Пусть сначала магнитное поле B отсутствует. Батарея с ЭДС равнойE 0 создает

ток I 0 . З а времяdt , батарея совершает работу

dA = E ·I0 dt(11.2.1)

– эта работа будет переходить в тепло которое можно найти по закону Джоуля-Ленца:

Q = dA = E 0 I0 ·dt = I0 2 ·Rdt,

здесь I 0 = E R 0 , R- полное сопротивление всего контура.

Поместим контур в однородное магнитное поле с индукцией B . ЛинииB ||n и связаны с направлением тока правилом буравчика. ПотокФ , сцепленный с контуром – положителен.r

Каждый элемент контура испытывает механическую силу d F . Подвижная сторона рамки будет испытывать силуF 0 . Под действием этой силы участок1 – 2

будет перемещаться со скоростью υ = dx dt . При этом изменится и поток магнитной

индукции.

Тогда в результате электромагнитной индукции ток в контуре изменится и станет

результирующая). Эта сила за времяdt произведет работуdA: dA = Fdx = IdФ.

Как и в случае, когда все элементы рамки неподвижны, источником работы является E 0 .

При неподвижном контуре эта работа сводилась только лишь к выделению тепла. В нашем случае тепло тоже будет выделяться, но уже в другом количестве, так как ток изменился. Кроме того, совершается механическая работа. Общая работа за время dt , равна:

E 0 Idt = I2 R dt + I dФ

Умножим левую и правую часть этого выражения на

Получим

Полученное выражение мы вправе рассматривать как закон Ома для контура, в котором кроме источника E 0 действуетE i , которая равна:

ЭДС индукции контура (E i )	равна скорости изменения потока магнитной

индукции, пронизывающей этот контур.

Это выражение для ЭДС индукции контура является совершенно универсальным, не зависящим от способа изменения потока магнитной индукции и носит название

закон Фарадея.

Знак (-) – математическое выражение правила Ленца о направлении индукционного тока:индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим полем

противодействовать изменению начального магнитного поля.

Направление индукционного тока и направление d dt Ф связаныправилом буравчика (Рис. 11.5).

Размерность ЭДС индукции: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Если контур состоит из нескольких витков, то надо пользоваться понятием

потокосцепления (полный магнитный поток):

Ψ = Ф·N,

где N – число витков. Итак, если

E i = –∑						∑Ф i
i= 1
∑ Ф = Ψ
Ei = −

11.

3. Природа ЭДС индукции.

Ответим на вопрос, что является причиной движения зарядов, причиной возникновения индукционного тока? Рассмотрим рисунок 11.6.

1) Если перемещать проводник в однородном магнитном поле B , то под действием силы Лоренца, электроны будут отклоняться вниз, а положительные заряды вверх – возникает разность потенциалов. Это и будетE i -сторонняя сила , под действием

которой течет ток. Как мы знаем, для положительных зарядов

F л = q + ; для электроновF л = –e — .

2) Если проводник неподвижен, а изменяется магнитное поле, какая сила возбуждает индукционный ток в этом случае? Возьмем обыкновенный трансформатор (Рис.11.7).

Как только мы замкнули цепь первичной обмотки, во вторичной обмотке сразу возникает ток. Но ведь сила Лоренца здесь ни причем, ведь она действует на движущиеся заряды, а они в начале покоились (находились в тепловом движении – хаотическом, а здесь нужно направленное движение).

Ответ был дан Дж. Максвеллом в 1860 г. : всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле (Е»). Оно и является причиной возникновения индукционного тока в проводнике. То естьЕ» возникает только при наличии переменного магнитного поля (на постоянном токе трансформатор не работает).

Сущность явления электромагнитной индукции совсем не в появлении индукционного тока (ток появляется тогда, когда есть заряды и замкнута цепь), а в возникновении вихревого электрического поля(не только в проводнике, но и в окружающем пространстве, в вакууме).

Это поле имеет совершенно иную структуру, нежели поле, создаваемое зарядами. Так как оно не создается зарядами, то силовые линии не могут начинаться и заканчиваться на зарядах, как это было у нас в электростатике. Это поле вихревое, силовые линии его замкнуты.

Раз это поле перемещает заряды, следовательно, оно обладает силой. Введем

вектор напряженности вихревого электрического поля E » . Сила с которой это поле действует на заряд

F «= q E «.

Но когда заряд движется в магнитном поле, на него действует сила Лоренца

F » = q .
Эти силы должны быть равны в силу закона сохранения энергии:
q E » = − q , отсюда,
E» = − [ vr , B] .
здесь v r — скорость движения зарядаq относительноB . Но	для явления
электромагнитной индукции важна скорость изменения магнитного поля B . Поэтому
можно записать:
E » = − ,

Определение понятия индукционного тока | Авторская платформа Pandia.ru

Физика | Эта статья также находится в списках: магнитное поле, работа | Постоянная ссылка

Русский физик Э. X. Ленц дал правило для определения направления индукционного тока. Индукционный ток всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле затрудняет или тормозит вызывающее индукцию движение. Например, при приближении катушки к магниту возникающий индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле будет противоположно магнитному полю магнита. В результате между катушкой и магнитом возникают силы отталкивания. Правило Ленца вытекает из закона сохранения и превращения энергии. Если бы индукционные токи ускоряли вызывающее их движение, то создавалась бы работа из ничего. Катушка сама собой после небольшого толчка устремлялась бы навстречу магниту, и одновременно индукционный ток выделял бы в ней теплоту. В действительности же индукционный ток создается за счет работы по сближению магнита и катушки. Почему возникает индукционный ток? Глубокое объяснение явления электромагнитной индукции дал английский физик Джемс Клерк-Максвелл — творец законченной математической теории электромагнитного поля.

Чтобы лучше понять суть дела, рассмотрим очень простой опыт. Пусть катушка состоит из одного витка проволоки и пронизывается переменным магнитным полем, перпендикулярным к плоскости витка. В катушке, естественно, возникает индукционный ток. Исключительно смело и неожиданно истолковал этот эксперимент Максвелл. При изменении магнитного поля в пространстве, по мысли Максвелла, возникает процесс, для которого присутствие проволочного витка не имеет никакого значения. Главное здесь — возникновение замкнутых кольцевых линий электрического поля, охватывающих изменяющееся магнитное поле.

Под действием возникающего электрического поля приходят в движение электроны, и в витке возникает электрический ток. Виток — это просто прибор, позволяющий обнаружить электрическое поле. Сущность же явления электромагнитной индукции в том, что переменное магнитное поле всегда порождает в окружающем пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Такое поле называется вихревым. До сих пор мы имели дело с электрическим полем, создаваемым неподвижными электрическими зарядами.

Силовые линии такого поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, т. е. не замкнуты. Такое поле, напомним, называется потенциальным: работа сил этого поля при перемещении электрического заряда не зависит от формы пути. Вихревое поле не потенциально. Работа по перемещению электрического заряда в вихревом поле зависит от формы пути. Но все же это электрическое поле. Оно обладает главными свойствами электрического поля — способностью действовать на электрический заряд.

Твитнуть Правообладателям

Сообщить о нарушении

Архивы pandia.ru

Алфавит: А • Б • В • Г • Д • Е • З • И • К • Л • М • Н • О • П • Р • С • Т • У • Ф • Ц • Ч • Ш • Э Я

Авто История · Термины Бытовая техника Климатическая · Кухонная Бизнес и финансы Инвестиции · Недвижимость Все для дома и дачи Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария Дети Беременность · Прочие материалы Животные и растения Компьютеры Интернет · IP-телефония · Webmasters Красота и здоровье Народные рецепты Новости и события Общество · Политика · Финансы Образование и науки Право · Математика · Экономика Техника и технологии Авиация · Военное дело · Металлургия Производство и промышленность Cвязь · Машиностроение · Транспорт Страны мира Азия · Америка · Африка · Европа Религия и духовные практики Секты · Сонники Словари и справочники Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые Строительство и ремонт Материалы · Ремонт · Сантехника



Воздействие токов высокой частоты и индукционного нагрева на здоровье.

14 октября 2013

По утверждению Теслы, год, проведенный им в Питсбурге, был потерян для исследовательских работ в области многофазных токов. Возможно, что это утверждение близко к истине, но возможно и то, что именно этот год стал началом дальнейших творческих успехов изобретателя. Дискуссия с инженерами завода Вестингауза не прошла бесследно. Обоснование предложенной им частоты переменного тока в 60 периодов требовало более тщательного анализа экономической эффективности применения как меньших, так и более высоких частот. Научная добросовестность Теслы не позволяла ему оставить этот вопрос без тщательной проверки.

Возвратившись в 1889 году из Европы, он принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду (10 кГц). Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду.

Исследования показали, что по мере увеличения частоты переменного тока можно значительно уменьшить объем железа в электромагнитных электродвигателях, а начиная с определенной частоты, можно создавать электромагниты, состоящие из одних только обмоток, вообще без железа в катушках. Двигатели, созданные из таких электромагнитов без железа, были бы чрезвычайно легкими, но во многих других отношениях неэкономичны, и уменьшение затрат металла не окупалось бы из-за значительного увеличения потребления электроэнергии.

Исследуя широкий диапазон частот переменного тока первоначально в пределах, которые могли бы быть применены в многофазной системе (25-200 периодов в секунду), Тесла вскоре перешел к изучению свойств и возможностей практического использования токов повышенных (10-20 тысяч периодов в секунду) и высоких (20-100 тысяч периодов в секунду) частот. Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы. Хорошо знакомый с мировой литературой по электрофизике и электротехнике, Тесла изучил работу знаменитого американского физика Джозефа Генри, высказавшего еще в 1842 году предположение, что при некоторых электрических разрядах (в том числе и разряде лейденской банки) имеются не только «главные разряды», но и встречные, причем каждый последующий несколько слабее предыдущего. Так было впервые замечено существование затухающего двухстороннего электрического разряда.

Тесла знал и о том, что спустя одиннадцать лет после Генри английский физик лорд Кельвин экспериментально доказал, что электрический разряд конденсатора есть процесс двухсторонний, продолжающийся до тех пор, пока энергия его не будет израсходована на преодоление сопротивления среды. Частота этого двухстороннего процесса достигает 100 миллионов колебаний в секунду. Искра между шариками разрядника, кажущаяся однородной, в действительности состоит из нескольких миллионов искр, проходящих в короткий промежуток времени в обе стороны.

Кельвин дал математическое выражение процесса двухстороннего разряда конденсатора. Позднее Феддерсон, Шиллер, Кирхгоф, Гельмгольц и другие исследователи не только проверили правильность этого математического выражения, но и значительно дополнили теорию электрического разряда. Знаком был Тесла и с работами Антона Обербанка, наблюдавшего явление электрического резонанса, то есть процесс резкого возрастания амплитуды (размаха) колебаний при приближении частоты внешнего колебания к частоте собственные внутренних колебаний системы.

Хорошо известны были ему и опыты Герца и Лоджа, занимавшихся изучением электромагнитных волн. Особенно большое впечатление на Теслу произвели эксперименты Генриха Герца, подтвердившие теоретические предположения Джемса К. Максвелла о волновой природе электромагнитных явлений. Надо заметить, что в работах Герца Тесла впервые нашел указание на явление так называемых «стоячих электромагнитных волн», то есть волн, накладывающихся одна на другую так, что они в одних местах усиливают друг друга, создавая «пучности», а в других уменьшают до нуля, создавая «узлы».

Зная все это, Никола Тесла в 1891 году закончил конструирование прибора, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и особенно радиотехники. Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения он решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. На основании этого известного явления Тесла создал свой резонансный трансформатор.

Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.

Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.

Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты.

Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонансного трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований радиотехники, а мысли Теслы об огромной роли конденсатора и вообще емкости и самоиндукции в развитии электротехники оправдались.

При создании резонансного трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек — погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.

Едва начав опыты с токами высокой частоты, Никола Тесла ясно представил себе огромные перспективы, открывавшиеся перед человечеством при широком использовании токов высокой частоты. Направление работ Теслы свидетельствует о необычайно разносторонних выводах, которые он сделал из своего открытия.

Прежде всего, он пришел к убеждению, что электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы. Взаимодействуя друг с другом, они либо усиливаются, либо ослабляются, либо вызывают новые явления, происхождение которых мы иногда приписываем совершенно другим причинам. Но не только электромагнитные излучения играют огромную роль в самых различных явлениях природы. Тесла интуицией большого ученого понял значение различных излучений еще до замечательных открытий радиоактивных элементов. Когда позднее, в 1896 году, Анри Беккерель, а затем Пьер и Мария Кюри открыли это явление, Тесла нашел в этом подтверждение своих предвидений, высказанных им еще в 1890 году.

Огромное значение переменных токов в развитии промышленности, получившей, наконец, необходимый ей электродвигатель, стало ясно Николе Тесле при первом же знакомстве с преимуществами трехфазного тока, требующего для его передачи всего лишь три провода. Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн. Эта проблема привлекла внимание Теслы, стала предметом его занятий еще в конце 1889 года.

Однако практическое применение токов высокой частоты для самых разнообразных целей требовало изучения на первый взгляд самых различных, не связанных между собой вопросов. Эти-то эксперименты в широком масштабе и начал проводить в своей лаборатории Никола Тесла.

Начав систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла должен был прежде всего разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током. Эта частная, вспомогательная, но весьма важная задача привела его к открытиям, заложившим основу электротерапии — обширной области современной медицины.

Ход мыслей Николы Теслы был чрезвычайно оригинален. Известно, рассуждал он, что постоянный ток низкого напряжения (до 36 вольт) не оказывает вредных действий на человека. По мере повышения напряжения возможность поражения быстро возрастает.

С увеличением напряжения, поскольку сопротивление тела человека практически неизменно, сила тока так же увеличивается и достигает при 120 вольтах угрожающей величины. Более высокое напряжение становится опасным для здоровья и жизни людей.

Иное дело ток переменный. Для него предел опасного напряжения значительно выше, чем для постоянного, и этот предел отодвигается с повышением частоты. Известно, что электромагнитные волны очень высокой частоты не оказывают никакого болезненного действия на человека10. Пример тому свет, воспринимаемый при нормальной яркости здоровым глазом без всяких болезненных ощущений. В пределах каких же частот и напряжений переменный ток опасен? Где начинается зона безопасного тока?

Шаг за шагом исследовал Тесла действие переменного электрического тока на человека при разных частотах и напряжениях. Опыты он проводил на самом себе. Сначала через пальцы одной руки, затем через обе руки, наконец, через все тело пропускал он токи высокого напряжения и высокой частоты. Исследования показали, что действие электрического тока на человеческий организм складывается из двух составляющих: воздействия тока на ткани и клетки нагревом и непосредственного воздействия тока на нервные клетки.

Оказалось, что нагревание далеко не всегда вызывает разрушительные и болезненные последствия, а воздействие тока на нервные клетки прекращается при частоте свыше 700 периодов, аналогично тому, как слух человека не реагирует на колебания свыше 2 тысяч в секунду, а глаз — на колебания за пределами видимых цветов спектра.

Так была установлена безопасность токов высоких частот даже при высоких напряжениях. Более того, тепловые действия этих токов могли быть использованы в медицине, и это открытие Николы Теслы нашло широкое применение; диатермия, лечение УВЧ и другие методы электротерапии есть прямое следствие его исследований. Тесла сам разработал ряд электротермических аппаратов и приборов для медицины, получивших большое распространение как в США, так и в Европе. Его открытие было затем развито другими выдающимися электриками и врачами.

Однажды, занимаясь опытами с токами высокой частоты и доведя напряжение их до 2 миллионов вольт, Тесла случайно приблизил к аппаратуре медный диск, окрашенный черной краской. В то же мгновение густое черное облако окутало диск и тотчас поднялось вверх, а сам диск заблестел, словно чья-то невидимая рука соскоблила всю краску и отполировала его.

Удивленный Тесла повторил опыт, и снова краска исчезла, а диск сиял, поддразнивая ученого. Повторив десятки раз опыты с разными металлами, Тесла понял, что он открыл способ их очистки токами высокой частоты.

«Любопытно, — подумал он, — а не подействуют ли эти токи и на кожу человека, не удастся ли с их помощью снимать с нее различные, трудно поддающиеся удалению краски».

И этот опыт удался. Кожа руки, окрашенная краской, мгновенно стала чистой, как только Тесла внес ее в поле токов высокой частоты. Оказалось, что этими токами можно удалять с кожи лица мелкую сыпь, очищать поры, убивать микробы, всегда в изобилии покрывающие поверхность тела человека. Тесла считал, что его лампы оказывают особое благотворное действие не только на сетчатку глаза, но и на всю нервную систему человека. К тому же лампы Теслы вызывают озонирование воздуха, что также может быть использовано в лечении многих болезней. Продолжая заниматься электротерапией, Тесла в 1898 году сделал обстоятельное сообщение о своих работах в этой области на очередном конгрессе Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало.

В лаборатории Тесла пропускал через свое тело токи напряжением в 1 миллион вольт при частоте 100 тысяч периодов в секунду (ток достигал при этом величины в 0,8 ампера). Но, оперируя с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла был очень осторожен и требовал от своих помощников соблюдения всех им самим выработанных правил безопасности. Так, при работе с напряжением в 110- 50 тысяч вольт при частоте в 60-200 периодов он приучил их работать одной рукой, чтобы предотвратить возможность протекания тока через сердце. Многие другие правила, впервые установленные Теслой, прочно вошли в современную технику безопасности при работе с высоким напряжением.

Создав разнообразную аппаратуру для производства опытов, Тесла в своей лаборатории начал исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в которой его больше всего интересовали возможности практического использования токов высокой частоты и высокого напряжения. Работы его охватывали все многообразие явлений, начиная от вопросов генерирования (создания) токов высокой частоты и кончая детальным изучением различных возможностей их практического использования. С каждым новым открытием возникали все новые и новые проблемы.

Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн? Эта задача и стала предметом исследований в лаборатории Теслы в начале 1890 года.

Вскоре он накопил огромное количество фактов, позволивших перейти к обобщениям. Однако осторожность Теслы заставила его проверять десятки и сотни раз каждое свое утверждение. Он повторял сотни раз каждый опыт, прежде чем делал из него какие-либо выводы. Необычайность всех открытий Николы Теслы и огромный авторитет его привлекли внимание руководителей Американского института электроинженеров, вновь, как и три года назад, пригласивших Теслу прочесть лекцию о своих работах. Тесла избрал тему: «Опыты с переменными токами весьма высокой частоты и их использование для искусственного освещения».

По традиции, установившейся с первых лет существования института, было разослано ограниченное число приглашений лишь самым выдающимся электротехникам. Перед такой избранной аудиторией 20 мая 1892 года Тесла и прочел одну из своих самых вдохновенных лекций и продемонстрировал опыты, уже осуществленные им в своей лаборатории.

— Нет ничего, что в большей степени могло бы привлечь внимание человека и заслужило бы быть предметом изучения, чем природа. Понять ее огромный механизм, открыть ее созидательные силы и познать законы, управляющие ею, — величайшая цель человеческого разума, — этими словами начал Тесла свое выступление.

И вот он уже демонстрирует перед слушателями результаты своих исследований в новой, еще никем не изученной области токов высокой частоты.

— Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых различных целей, — убежденно говорит ученый и тут же показывает замечательный опыт. Он выдвигает гениальное положение о возможности передачи электроэнергии без проводов и в доказательство заставляет как обычные лампы накаливания, так и специально им созданные лампы без нитей внутри светиться, внося их в переменное электромагнитное поле высокой частоты. — Освещение лампами подобного рода, — говорит Тесла, — где свет возникает не под действием нагрева нитей протекающим током, а вследствие особых колебаний молекул и атомов газа, будет проще, чем освещение современными лампами накаливания. Освещение будущего, — подчеркивал ученый, — это освещение токами высокой частоты.

Особенно подробно остановился Тесла на описании своего резонансного трансформатора как источника волн весьма высокой частоты и снова подчеркнул значение разряда конденсатора в создании таких колебаний. Тесла правильно оценил большое будущее этой важнейшей детали современных радиотехнических средств. Он выразил эту мысль следующими словами:

— Я думаю, что разряд конденсатора будет в будущем играть важную роль, так как он не только предоставит возможность получать свет более простым способом в том смысле, какой указывает изложенная мною теория, но окажется важным и во многих других отношениях.

Подробно изложив результаты экспериментов с токами высокой частоты, получаемыми с помощью резонансного трансформатора, Тесла завершил лекцию словами, свидетельствующими о его ясном представлении значения дальнейшего изучения явлений, над которыми его работы едва приоткрыли завесу тайны:

— Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. И когда свет получится из окружающей нас среды и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами.

Одно созерцание этой великолепной перспективы подымает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет наши сердца величайшей радостью.

Под бурные аплодисменты Тесла закончил свое замечательное выступление. Необычайность всего показанного и особенно смелые выводы ученого, видевшего революционные последствия своих открытий, поразили слушателей, хотя далеко не все поняли содержание лекции так глубоко, как того хотелось бы Николе Тесле.

Agarwood Induction: текущие разработки и перспективы на будущее

Introduction

Agarwood (также известный как gaharu в Юго-Восточной Азии, oud на Ближнем Востоке, chen xiang в Японии, 0 jinkoh в 90 и 90 гг. agar в Индии) представляет собой высокоценную ароматическую темную смолистую сердцевину видов Aquilaria (Liu Y.Y. et al., 2017). Образование агарового дерева обычно связано с ранением и грибковым поражением Aquilaria деревьев (Liu Y. et al., 2013; Mohamed et al., 2014). Смола выделяется деревьями в качестве защитной реакции и откладывается вокруг ран в течение многих лет после травмы, где накопление летучих соединений в конечном итоге образует агаровое дерево (Subasinghe and Hettiarachchi, 2013).

Агаровое дерево широко используется в качестве лечебной парфюмерии, традиционной медицины, религиозных целей и ароматических пищевых ингредиентов (Liu Y. et al., 2013). Некоторые из самых ранних известных применений агарового дерева были записаны в древней литературе, религиозных писаниях и медицинских текстах. Слово «алоэ», означающее агаровое дерево, было найдено у санскритского поэта Калидаса, которого можно датировать ок. 4–5 века н.э. (Ли и Мохамед, 2016). Между тем, использование агарового дерева в рецептах традиционной китайской медицины того же периода также было зарегистрировано. Китайская медицина использует его как естественное седативное, болеутоляющее, пищеварительное и ветрогонное средство (Ye et al., 2016; Liu Y.Y. et al., 2017).

Древесина агарового дерева пользуется высоким спросом во всем мире в качестве сырья для благовоний, парфюмерии и медицины, при этом Ближний Восток и Восточная Азия являются двумя основными регионами потребления (Antonopoulou et al., 2010). Поскольку богатство стран-потребителей в последние десятилетия постепенно увеличивалось, рыночный спрос на агаровое дерево начал превышать его предложение. Мировые цены на агаровую древесину могут варьироваться от 20 до 6 000 долларов США за килограмм древесной щепы в зависимости от ее качества или 10 000 долларов США за килограмм самой древесины (Abdin, 2014). Кроме того, стоимость эфирного масла агарового дерева может достигать 30 000 долларов США за килограмм. Ежегодный мировой рынок агарового дерева оценивается в диапазоне 6–8 миллиардов долларов США (Akter et al., 2013), однако большое количество сделок не зарегистрировано.

Aquilaria принадлежит к семейству покрытосеменных Thymelaeaceae, которое является эндемичным для Индомалайской области. На сегодняшний день задокументировано в общей сложности 21 видов Aquilaria , и 13 из них признаны видами, производящими агаровую древесину (Lee and Mohamed, 2016). Однако разрушительная эксплуатация агарового дерева сильно повлияла на дикую популяцию всех 90 005 видов Aquilaria 90 006. Как следствие, этот род теперь внесен в список исчезающих видов и находится под защитой Конвенции о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения (СИТЕС), из-за резкого сокращения видов в дикой природе (Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения). [СИТЕС], 2004 г.; Ли и Мохамед, 2016 г.). Высокий спрос на качественный агар в сочетании с истощением дикой природы Aquilaria деревьев означает, что цена на агаровое дерево будет продолжать расти. В качестве альтернативы, массовое выращивание и большие плантации деревьев Aquilaria , которые служат устойчивым источником для получения агаровой древесины, в значительной степени решили проблему нехватки агаровой древесины на мировом рынке.

Поскольку здоровое дерево Aquilaria не образует агарового дерева, что делает его практически бесполезным, нехватка встречающегося в природе агарового дерева побудила к разработке методов искусственного агарового дерева. Попытки искусственно вызвать образование агарового дерева можно проследить еще в 300 г. н.э. в китайской истории, где было зафиксировано, что отложение смолы, сопровождающееся изменением цвета внутренних тканей, может произойти в течение года при повреждении деревьев (Лопес-Сэмпсон и др.). Пейдж, 2018). Помимо механического повреждения, в настоящее время в производстве агаровой древесины все чаще используются химические методы, методы индуцирования насекомых и патогенов (Liu Y. et al., 2013; Mohamed et al., 2014; Kalita, 2015). Все эти методы индукции в любом случае имитируют естественные процессы образования агарового дерева, которые имеют свои сильные и слабые стороны. В этой статье мы стремимся обеспечить более полное освещение существующих методов индукции и перспективы их развития с использованием достижений биотехнологии. Чтобы лучше понять процесс образования агарового дерева, также будет разработан молекулярный механизм путей биосинтеза вторичных метаболитов, лежащих в основе производства смолы.

Индукционные подходы к агаровому дереву

Неизбирательный сбор агарового дерева из естественных местообитаний серьезно затруднил естественное восстановление деревьев Aquilaria , тем самым угрожая выживанию вида в дикой природе. Чтобы удовлетворить высокий рыночный спрос, но защитить вид от исчезновения, в странах Азии были созданы массовые плантации из деревьев Aquilaria , чтобы обеспечить устойчивое производство агаровой древесины (Azren et al. , 2018). Поскольку формирование агаровой древесины в естественной среде является очень длительным процессом, который может занимать до 10 лет, разработке эффективной индукционной технологии уделяется большое внимание, поскольку крайне важно обеспечить стабильный выход агаровой древесины из одомашненных Аквилария деревьев.

Естественно, что образование агаровой древесины часто связано с физическими повреждениями деревьев Aquilaria , вызванными ударом молнии, выпасом скота, нашествием вредителей и болезней (Rasool and Mohamed, 2016; Wu et al., 2017). Эти события подвергают внутреннюю часть деревьев воздействию патогенных микробов, которые вызывают защитный механизм Aquilaria , чтобы инициировать производство смолы. Этот естественный процесс образования агарового дерева в значительной степени вдохновил на разработку различных методов искусственной индукции (таблица 1). Например, многие традиционные методы индукции, такие как установка гвоздей, прокалывание отверстий, сжигание, ломание ствола и удаление коры, основаны на концепции физического ранения деревьев (Mohamed et al. , 2010; Azren et al., 2018). Хотя это экономически эффективно и требует только персонала с небольшими научными знаниями о агаровой древесине или вообще без них, эти методы индукции обычно приводят к низкому качеству и сомнительному выходу агаровой древесины.

Таблица 1. Сильные и слабые стороны различных методов индуцирования агарового дерева.

По мере углубления понимания взаимодействий Aquilaria и грибов в стимулировании образования агарового дерева методы индукции постепенно перешли от простого механического ранения к преднамеренному ранению в сочетании с применением биологического инокулята (Jong et al., 2014). Было обнаружено, что многие чистые культуры штаммов грибов, выделенных из натурального агарового дерева, являются эффективными биологическими агентами, вызывающими образование агарового дерева у здоровых людей.0005 Aquilaria деревьев (Cui et al., 2013; Siburian et al., 2015; Sangareswari Nagajothi et al., 2016). Сообщается, что зараженные грибком деревьев Aquilaria откладывают смолу агарового дерева вокруг зараженных участков в качестве барьера для предотвращения дальнейшего проникновения грибка (Cui et al. , 2013; Rasool and Mohamed, 2016). Одним очевидным преимуществом использования грибкового инокулята является то, что он, как правило, считается безопасным для обработки и экологически чистым. Тем не менее, грибковая инокуляция обычно приводит к локализованному и непостоянному качеству агаровой древесины из-за использования различных грибковых консорциумов. В качестве решения требуется трудоемкий процесс лунок и длительное время инкубации, чтобы максимально увеличить площадь колонизированной поверхности на дереве и получить агаровую древесину лучшего качества (Mohamed et al., 2014).

Вместо того, чтобы полагаться на внешние стимулы для запуска реакций растений, будь то механическое повреждение или биологический инокулят, были разработаны некоторые подходы к индукции для прямого и специфического введения сигнальных молекул в деревья Aquilaria для инициации путей биосинтеза смолы агарового дерева (Liu Y. et и др., 2013; Ву и др., 2017). Химические индукторы обычно состоят из фитогормонов, солей, минералов и веществ биологического происхождения (Zhang et al. , 2012; Liu Y. et al., 2013; Van Thanh et al., 2015). Кроме того, подходящие методы доставки часто разрабатываются вместе с химическими препаратами для облегчения крупномасштабного процесса индукции, например, сосуд, оснащенный трансфузионной иглой (Yang et al., 2014c). На сегодняшний день было разработано несколько подходов к индукции, основанных на концепции химической индукции, таких как набор культивированного агарового дерева (CA-kit), метод индукции агарового дерева из цельного дерева (Agar-Wit) и биологический метод индукции агарового дерева (Agar-bit). СА-кит представляет собой комбинированный метод, основанный на физическом ранении и химической индукции, при котором индуцирующее средство вводят в Aquilaria через аэрационное устройство, введенное в рану (Blanchette and Heuveling, 2009). Этот метод приводит к удовлетворительному выходу и качеству, но процедуры несколько традиционны. С другой стороны, Agar-Wit представляет собой химическую обработку с помощью транспирации для формирования общей раны на дереве, где предварительно загруженный индуктор в наборе для переливания распространяется через транспирацию растения (Liu Y. et al., 2013). С помощью этого метода можно достичь большей площади покрытия агаровой древесины, но, к сожалению, образуется больше разложившихся тканей. Точно так же в методе Agar-bit используется идея распределения индуцирующего реагента путем транспирации растений, за исключением того, что реагенты вводятся непосредственно в стволы дерева (Wu et al., 2017).

Благодаря методу химической индукции трудоемкий процесс образования отверстий может быть сведен к минимуму, поскольку требуется меньше участков индукции для доставки индукторов по растениям посредством процесса транспирации. Было показано, что правильно составленный индуктор способен производить искусственную агаровую древесину, качество которой близко к качеству, полученному из природного источника (Liu Y. et al., 2013). Несмотря на быстрые результаты и высокие выходы, применение химических индукторов по-прежнему вызывает скептицизм в отношении токсичности как для человека, так и для окружающей среды. Требуются дополнительные оценки химических индукторов для проверки их эффективности на полях, а также для популяризации их использования. Химические индукторы, несомненно, более подходят для массового производства с более простым контролем качества, чем биологический инокулят, который имеет большой потенциал для замены традиционных методов индукции и использования биологического инокулята в производстве агаровой древесины.

Основные составляющие агарового дерева

Основной привлекательностью агарового дерева является его чрезвычайно высокая рыночная стоимость. Тем не менее, цена на агаровое дерево в значительной степени определяется его качеством, которое оценивается исключительно на основе человеческого опыта и вековых практик каждой страны. Отсутствие стандартной системы оценки качества может быть связано со сложным внешним видом продаваемого агарового дерева и личным интересом. Принятая в настоящее время на рынке оценка качества агаровой древесины была подробно рассмотрена Liu Y.Y. et al. (2017). В последнее время все большее внимание привлекает анализ метаболитов агарового дерева, поскольку некоторые исследования показали, что существует корреляция качества агарового дерева с выходом его смолы и составляющими метаболита (Pasaribu et al. , 2015; Liu Y.Y. et al., 2017). Было проведено множество исследований для выяснения состава метаболитов агарового дерева, полученного дикими или искусственно индуцированными методами (Chen et al., 2012; Gao X. et al., 2014; Hashim et al., 2014). Был сделан вывод, что состав смолы агарового дерева в основном состоит из смесей сесквитерпенов и 2-(2-фенилэтил)хромонов (ПЭК) (Naef, 2011; Chen et al., 2012; Subasinghe and Hettiarachchi, 2015; рисунок 1). . Между тем было показано, что составляющими эфирного масла агарового дерева в основном являются сесквитерпеноиды (Fazila and Halim, 2012; Hashim et al., 2014; Jayachandran et al., 2014). Вместе все эти основные соединения и некоторые малолетучие ароматические метаболиты образуют уникальное и ароматное свойство агарового дерева.

Рисунок 1. Основной молекулярный скелет сесквитерпенов (A) и 2-(2-фенилэтил)хромонов (B) .

Количество и типы компонентов метаболита агарового дерева в каждом опубликованном исследовании варьируются в зависимости от источника агарового дерева, используемых методов экстракции и подходов к анализу (Fazila and Halim, 2012; Jong et al. , 2014; Pasaribu et al., 2015). Тем не менее, согласно обзору Naef (2011), на сегодняшний день в агаровой древесине из разных источников было идентифицировано более 150 соединений. Среди этих соединений есть 70 сесквитерпенов и около 40 типов РЕС, которые были обнаружены в агаровой древесине, и их структура была выяснена (Naef, 2011). В различных исследованиях было обнаружено, что несколько сесквитерпенов чаще присутствуют в агаровой древесине, включая аромадендрен, агароспирол, β-агарофуран, гвайол и (-)-аристолен (Fazila and Halim, 2012; Liu Y. et al., 2013; Jayachandran et al. ., 2014; Jong et al., 2014; рис. 2). Сообщается, что некоторые сесквитерпены являются видоспецифичными, например, джинко-эремол и epi -γ-эудесмол, который присутствует только в A. malaccensis , тогда как баймуксинал существует только в A. crassna и A. sinensis (Naef, 2011; Liu Y. et al., 2013; Jong et al. ., 2014; Хашим и др., 2016). Стоит отметить, что в исследовании Pasaribu et al. (2015), было обнаружено, что содержание аромадендрена выше в агаровой древесине более высокого качества, и поэтому он был предложен в качестве эффективного химического маркера для классификации агаровой древесины. Помимо аромадендрена, Jayachandran et al. (2014) позже предложили дополнительный маркер валентен, который может иметь важное значение для классификации масла агарового дерева.

Рисунок 2. Химическая структура соединений сесквитепена, которые обычно присутствуют в смоле агарового дерева.

Производные РЕС, как и другие основные составляющие аромата агарового дерева, вносят важный вклад в сладкий, фруктовый и стойкий аромат агарового дерева при сжигании. Эти соединения могут быть обнаружены только методами экстракции сверхкритическим диоксидом углерода и растворителем, но никогда не присутствуют в экстракте гидродистилляции (Yoswathana, 2013; Jong et al., 2014). По сравнению с сесквитерпеновыми компонентами в агаровой древесине типы РЕС, определяемые с помощью ГХ-МС, относительно ограничены. Структурные исследования показали, что все ранее описанные РЕС в агаровой древесине имеют один и тот же основной скелет (молекулярная масса: 250) и аналогичные заместители, то есть либо гидрокси-, либо метокси-группы (Mei et al., 2013). Процентное содержание 2(2-фенилэтил)хромона и 2-(2-4-метоксифенилэтил)хромона в агаровой древесине высокого качества, такой как kanankoh может достигать 66,47 %, что в подавляющем большинстве случаев выше, чем у низкокачественного агарового дерева jinkoh , который содержит всего 1,5 % (Ishihara et al., 1993). Кроме того, было предложено, чтобы присутствие определенных производных РЕС в агаровой древесине было полезным при оценке качества продуктов из агаровой древесины (Shimada et al., 1982). Существует 17 типов производных хромона, специфичных для агарового дерева и являющихся потенциальными маркерами для целей аутентификации (Naef, 2011). Было показано, что замещенные хромоны, такие как агаротетрол и изоагаротетрол (рис. 3), имеют положительную корреляцию с качеством агарового дерева, приобретаемого на рынке, за некоторыми исключениями (Shimada et al. , 19).86).

Рисунок 3. Химическая структура производных 2-(2-фенилэтил)хромона, обычно присутствующих в смоле агарового дерева.

Типы и производные основных соединений в агаровом дереве чрезвычайно широки и разнообразны, что указывает на различные ароматические свойства агарового дерева из разных видов и региональных источников. Лучшее понимание метаболитов агарового дерева определенно облегчит идентификацию общепринятых биомаркеров для классификации агарового дерева. После публикации всестороннего обзора Naef (2011) об основных компонентах агарового дерева в более поздних исследованиях продолжают обнаруживаться новые соединения (Wu et al., 2012a; Yang et al., 2014b; Wang et al., 2015). ). Количество обнаруженных соединений в агаровой древесине, безусловно, в будущем будет увеличиваться.

Пути биосинтеза компонентов агаровой древесины

Формирование агаровой древесины может быть связано с механизмом самозащиты деревьев Aquilaria в ответ на биотические и абиотические стрессы (Gao et al. , 2012b; Singh and Sharma, 2015). Стресс запускает защитные реакции видов Aquilaria , которые, в свою очередь, инициируют биосинтез вторичных метаболитов и накопление смолы агарового дерева. Ранее мы упоминали, что сесквитерпены и производные РЕС являются основными составляющими агарового дерева. Следовательно, крайне важно понять метаболический путь регуляции и биосинтеза сесквитерпенов и производных хромона в видов Aquilaria для эффективного стимулирования образования агарового дерева.

Обычно предполагалось, что в растениях предшественники изопреноидов для биосинтеза сесквитерпенов, тритерпенов и стеролов образуются в результате метаболического пути мевалоновой кислоты (MVA) в цитозоле. В пластидах путь 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфата (DXP), известный как метилэритритолфосфат (MEP), обеспечивает предшественники для производства монотерпенов, дитерпенов и каротиноидов (Rohmer, 1999; Dong et al., 2015). ; Сингх и Шарма, 2015). Эти два пути биосинтеза предшественника гомоаллильного изопреноида С5, то есть изопентенилпирофосфата (IPP) и его электрофильного аллильного изомера диметилаллилпирофосфата (DMAPP). Обмен IPP и DMAPP наблюдался между пластидами и цитозолем даже при пространственном разделении двух путей (Dong et al., 2015). Производство предшественников IPP и DMAPP из пирувата и ацетил-КоА включает ряд ферментов в соответствии с соответствующим путем (рис. 4). Гены, кодирующие эти ферменты, были идентифицированы из видов Aquilaria с помощью анализа секвенирования транскриптома (Xu et al., 2013; Ye et al., 2016). Эти изопреновые звенья C5 позже будут направлены на образование C15 фарнезилпирофосфата (FPP) посредством последовательных реакций конденсации в присутствии FPP-синтазы (FPS) (Rohmer, 1999; Yang et al., 2013; Ye et al., 2016). . FPS является одним из ключевых лимитирующих ферментов, ответственных за биосинтез сесквитерпена (Gaffe et al., 2000; Yang et al., 2013; Liu X. M. et al., 2017). Гены, кодирующие FPS, были клонированы из Aquilaria microcarpa ( Am-FaPS-1 ) (Kenmotsu et al., 2011) и Aquilaria sinensis ( AsFPS1 ) (Yang et al., 2013). Сообщалось, что уровень транскрипта AsFPS1 выше в стебле и корнях, чем в листьях, что позволяет предположить, что синтез сесквитерпена у видов Aquilaria имеет тенденцию быть тканеспецифическим. Кроме того, было показано, что экспрессия Am-FaPS-1 повышается при воздействии метилжасмоната (MeJA), дрожжевого экстракта и Ca ²⁺ -ионофор A23187, что указывает на то, что два первых химических вещества эффективны для инициации пути биосинтеза сесквитерпена, тогда как Ca ²⁺ может действовать как сигнальная молекула во время процесса активации (Kenmotsu et al., 2011). Это дает ключ к разгадке искусственной индукции образования агарового дерева с помощью экзогенных химически индуцированных подходов путем запуска пути биосинтеза сесквитерпена в деревьях Aquilaria .

Рисунок 4. Схематическая взаимосвязь между индуцированными раной механизмами передачи сигнала для биосинтеза сесквитерпена и регуляции в Aquilaria видов для производства агарового дерева. Внешние раздражители запускают сигнальный путь Ca ²⁺ и индуцируют защитные реакции видов Aquilaria через путь перекиси водорода (H ₂ O ₂ ), сигналы этилена (ET), сигналы жасмоновой кислоты (JA) и сигналы салициловой кислоты (СК). Обработка MeJA запускает производство H ₂ O ₂ , что может вызвать запрограммированную гибель клеток (PCD) и увеличить синтез сесквитерпена. Эти сигнальные молекулы активируют факторы транскрипции, такие как MYB, MYC и WRKY, которые будут связываться с цис -элемент на промоторе генов биосинтеза терпенов в путях мевалоновой кислоты (MVA) и метилэритритолфосфата (MEP), а также нижестоящих генов терпенсинтазы ( TP s). Прямые и косвенные взаимодействия показаны сплошной и пунктирной линиями соответственно. AACT , ацетил-КоА-С-ацетилтрансфераза; HMGS , гидроксиметилглутарил (HMG)-CoA-синтаза; HMGR , ГМГ-КоА-редуктаза; MK , мевалонаткиназа; MPK , фосфомевалонаткиназа; MDD , мевалонатдифосфатдекарбоксилаза; DXP , 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфат; DXS , DXP-синтаза; DXR , DXP-редуктоизомераза; CMK , 4-(цитидин-50-дифосфо)-2-C-метил-D-эритритолкиназа; MCS , 2-C-метил-D-D-эритритол-2,4-циклодифосфатсинтаза; HDS , (E)-4-гидрокси-3-метилбут-2-енилдифосфатсинтаза; IDS , изопентенилдифосфатсинтаза; GPS , геранилдифосфатсинтаза; GGPS , геранилгеранилдифосфатсинтаза.

На заключительном этапе производства сесквитерпенов ферменты, ответственные за диверсификацию сесквитерпенов, в основном происходят из классов сесквитерпенсинтаз (SesTP) и зависимых от цитохрома P450 монооксигеназ (P450). Ферменты SesTP отвечают за катализ образования мультициклических каркасных комплексов из FPP с последующей окислительной функционализацией полученных каркасов ферментами цитохрома P450. Гидроксильные группы, добавленные P450, могут служить молекулярными ручками для дальнейших модификаций, таких как алкилирование, этерификация и добавление остатков сахара (Pateraki et al., 2015). Кроме того, никогда не сообщалось о ферментах Р450, которые осуществляют стереоспецифическое гидроксилирование углеводородных скелетов, что важно для новых хиральных структур и дальнейших модификаций молекул сесквитерпена.0005 Aquilaria видов на данный момент. Точно так же NADPH-зависимые цитохром P450 оксидоредуктазы (POR) в Aquilaria , которые действуют как окислительно-восстановительные партнеры каталитической активности P450, в основном не изучены. Сообщалось о нескольких исследованиях по выделению генов, кодирующих SesTP, из Aquilaria , которые можно рассматривать как ранние попытки изучения SesTP, участвующих в формировании агаровой древесины (Kumeta and Ito, 2010; Xu et al., 2013). В исследовании Кумета и Ито (2010) пять генов, кодирующих сесквитерпенсинтазы, которые имеют очень похожие аминокислотные последовательности, были выделены из Аквилария красная . Три из этих генов были успешно экспрессированы в Escherichia coli и ферментативно преобразовали FPP в δ-гуаен в качестве основного продукта. Кроме того, было обнаружено, что три других гена сесквитерпенсинтазы ( ASS1 , ASS2 и ASS3 ), идентифицированные из A. sinensis с помощью секвенирования транскриптома, также кодируют ферменты, которые также продуцируют δ-гуаин (Xu et al., 2013). Выделение генов SesTP описано также в 9 работах.0005 A. malaccensis , где была выяснена временная и пространственная экспрессия двух SesTP , о которых сообщалось в исследовании, т. е. гвайена ( AmGuaiS1 ) и сесквитерпенсинтазы ( AmSesTPS1 ) (Azzarina et al., 20 6 al., 20006). ). Было обнаружено, что AmSesTPS1 сильно экспрессируется через 6 часов ранения, в то время как AmGuaiS1 индуцируется через 2 часа ранения с величиной в 18 и 5,5 раз выше, чем у нераненого контроля, соответственно. Недавно новый ген сесквитерпенсинтазы ( As-sesTPS ) был выделен из A. sinensis , где рекомбинантный As-sesTPS катализировал FPP в неролидол (Ye et al., 2018). Анализ экспрессии показал, что уровень транскрипта As-sesTPS был намного выше в агаровой древесине, чем в здоровой древесине, что указывает на то, что ген может участвовать в формировании агаровой древесины. Несмотря на то, что многие сесквитерпеновые соединения были обнаружены в агаровой древесине, о соответствующих SesTP, ответственных за их продукцию, еще не сообщалось из Аквилария . По этой причине пути биосинтеза сесквитерпенов, участвующие в функционализации терпенов в Aquilaria , требуют дальнейшего уточнения.

С другой стороны, хромоны представляют собой большую группу вторичных метаболитов с широким спектром потенциальных терапевтических показаний к иммуномодуляции, воспалению, раку, диабету, неврологическим состояниям, бактериальным и вирусным инфекциям (Khadem and Marles, 2011; Yang et al., 2012; Тауфик и др., 2014). Хромон получают из полициклического органического соединения, а именно бензопиранового кольца, с замещением кетогруппы в его оксимном кольце. Обычно считается, что образование хромонов происходит в результате конвергенции множественных путей биосинтеза вторичных метаболитов, включая путь пентакетида, путь шикимовой кислоты и добавление азотистого фрагмента из аминокислот или других источников (Khadem and Marles, 2011). Благодаря обширным фармакологическим свойствам, связанным с его бициклической кольцевой структурой, хромоны использовались в качестве привилегированного каркаса при разработке новых лекарств (Reis et al., 2017). РЕС представляют собой небольшой класс хромонов, которые содержат фенилэтильный заместитель у C ₂ бензопиранового кольца хромона, который оказался структурно уникальным в семействе (Ibrahim, Mohamed, 2015). До сих пор было обнаружено, что РЕС присутствуют только у нескольких видов растений, например, Bothriochloa ischaemum (Wang et al., 2001), Imperata цилиндрическая (Liu X. et al., 2013), Cucumis. melo L. (Ibrahim, 2014), Gyrinops salicifolia (Shao et al., 2016) и Aquilaria видов (Wu et al., 2012b; Yang et al., 2014a). Недавно гипотетическая схема пути биосинтеза РЕС была предложена Liao et al. (2018) на основе углубленного анализа химических компонентов агаровой древесины с использованием методов ГХ-ЭЛ-МС и УЭЖХ-ЭСИ-МС/МС. В их исследовании было обнаружено, что РЕС являются основными составляющими смолы агарового дерева, которая состоит в основном из 2-(2-фенилэтил)хромонов типа флиндерсии (FTPEC). Кроме того, выясняется, что образование FTPECs, возможно, катализируется поликетидсинтазой типа III (PKs) посредством конденсации аналогов дигидроциннамоил-КоА и малонил-КоА с 2-гидроксибензоил-КоА с образованием каркаса РЕС, который впоследствии будет катализироваться. гидроксилазы или O -метилтрансфераз (ОМТ) с образованием структурно разнообразных ФПЭК (Liao et al., 2018). Недавнее исследование показало, что солевой стресс может индуцировать биосинтез РЕС в каллусов A. sinensis (Wang et al., 2016). Транскриптомный анализ этих индуцированных солью каллусов A. sinensis выявил несколько генов-кандидатов с повышенной экспрессией, потенциально участвующих в биосинтезе РЕС, включая три гена, кодирующих ОМТ (флавонол-ОМТ 1, флавонол-3-ОМТ и кофеил-КоА-ОМТ). ) и ген поликетидсинтазы типа III кодирует халконсинтазу 1 (AsCHS1).

Несмотря на недавний прогресс, достигнутый в понимании биосинтеза РЕС, необходимы огромные усилия для экспериментального определения недостающих стадий в этом сложном пути биосинтеза РЕС. Даже при недостаточном знании подробного пути биосинтеза ПЭК искусственный синтез хромонов и некоторых их производных все же возможен благодаря развитию химических процессов (Goel and Makrandi, 2006; Tawfik et al., 2014). Агаровое дерево является богатым источником производных ПЭК, что заслуживает дальнейшего изучения, чтобы раскрыть структуру новых соединений хромона и улучшить понимание механизма его биосинтеза на молекулярном уровне.

Сигнально-регулирующий механизм образования агаровой древесины

В природе вероятность получения агаровой древесины Aquilaria чрезвычайно низка (1–2%), где ее можно обнаружить только на патогенно зараженных или поврежденных деревьях (Cui et al. ., 2013; Чхипа, Кошик, 2017). Следовательно, разумно предположить, что существует индуцируемый раной процесс передачи сигнала, вызывающий экспрессию сесквитерпенсинтаз до образования агарового дерева. Чтобы прояснить взаимосвязь передачи сигнала раны и регуляции образования агаровой древесины, недавно в исследованиях привлекли внимание высокопроизводительные исследования образования агаровой древесины (таблица 2). Схематическая диаграмма предполагаемого механизма передачи сигнала биосинтеза и регуляции сесквитерпена в Вид Aquilaria представлен на рисунке 4.

Таблица 2. Избранные публикации по передаче сигналов и регуляции образования агаровой древесины.

Сигнальный путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) был предложен в качестве индуцированного раной сигнального механизма для образования агарового дерева у A. sinensis , который фосфорилирует нижележащие факторы транскрипции (TF), такие как MYB или WRKY, что в конечном итоге приводит к экспрессия генов сесквитерпенсинтазы ( ASS с) (Xu et al., 2013). Сигнальный каскад МАРК состоит из трех последовательно активируемых компонентов [киназ киназ МАРК (МАРКК), киназ МАРК (МАРКК) и МАРК], что является высококонсервативным сигнальным механизмом у эукариот, опосредующим внеклеточные сигналы нижестоящим реагирующим генам (Sinha et al., 2011; Сюй С. и др., 2017). Сюй и др. (2013) сообщили, что в общей сложности 41 unigene из анализа транскриптома раненых A. sinensis аннотированы как связанные с сигнальным путем MAPK, а 25 — с сигнальными путями кальция, которые могут играть роль в индуцированном ранением образовании агаровой древесины. В растениях ионы кальция (Ca ²⁺ ) являются важными внутриклеточными молекулами вторичного мессенджера для регуляции многих путей передачи сигналов, реагирующих на внешние раздражители (Tuteja and Mahajan, 2007). Более ранние исследования на других растениях показали, что ТФ являются важными регуляторами сигнальных путей, реагирующих на стресс, для передачи сигналов в различные клеточные центры для активации механизмов адаптации/защиты растений от неблагоприятных условий окружающей среды, включая такие ТФ, как bZIP, ERF, EIN3, MYB, MYC и WRKY (Ambawat et al., 2013; Phukan et al., 2016; Schmiesing et al., 2016). Гиперэкспрессия AaWRKY1 в Было обнаружено, что Artemisia annua положительно регулирует экспрессию гена аморфа-4,11-диенсинтазы ( ADS ) и значительно увеличивает выработку артемизинина (Ma et al., 2009). Также было показано, что экспрессия хлопкового TF GaWRKY активирует гены сесквитерпенсинтазы для биосинтеза (+)-δ-кадинена и сесквитерпена госсипола (Xu et al. , 2004).

Помимо механических повреждений, МеЖ является эффективным стимулятором повышения содержания сесквитерпенов в Aquilaria (Xu et al., 2013, 2016; Xu Y.H. et al., 2017). Предыдущие исследования показали, что тепловой шок может увеличить экспрессию генов, участвующих в биосинтезе жасмоновой кислоты (ЖК), включая алленоксидциклазу ( AOC ), алленоксидсинтазу ( AOS ), липоксигеназу ( LOX ) и 12 -оксофитодиеноатредуктазы 3 ( OPR3 ), которые впоследствии приводят к продукции ЖАК и накоплению сесквитерпена в A. sinensis суспензионная культура клеток (Xu et al., 2016). Коронатин-нечувствительный белок 1 (AsCOI1) A. sinensis , действующий как рецептор в сигнальном пути MeJA, был клонирован и охарактеризован (Liao et al., 2015). Исследование экспрессии AsCOI1 показало, что ген экспрессируется по тканеспецифичному паттерну, который является самым высоким в стебле, за которым следуют корень и листья. Полученные данные показывают, что производство смолы из-за внешних раздражителей может быть более чувствительным у стебля Aquilaria 9. 0006 . Ген AsCOI1 чувствителен к раннему лечению MeJA, механическим повреждениям и тепловому стрессу. Применение MeJA в A. sinensis повысило уровень экспрессии 17 генов, связанных с передачей сигналов раны, в том числе TF WRKY4 и MYB4 , протеинкиназ CAPK s, MAPK

6 s и NADK

0. оксидаза , noxB и некоторые регуляторы, относящиеся к сигнальным молекулам МеЖ, этилену и перекиси водорода (Xu et al., 2013). Интересно, что перекись водорода (H 9Было обнаружено, что 0157 2 O ₂ ), продуцирующая НАДФН-оксидазу noxB, значительно активируется при лечении MeJA (Xu et al., 2013; Gong et al., 2017), что согласуется с выводами о том, что MeJA запускает H ₂ O ₂ производство в растениях (Orozco-Cardenas et al., 2001; Hung et al., 2006). Исследование суспензионных культур A. sinensis показало, что H ₂ O ₂ может индуцировать запрограммированную гибель клеток (PCD) и синтез сесквитерпена за счет повышенной экспрессии генов ASS за счет эндогенного накопления салициловой кислоты (СК) (Liu et al. , 2015). Между тем, было описано, что экспрессия ключевой сесквитерпенсинтазы ASS1 , чувствительной к жасмонату, в A. sinensis регулируется TF AsMYC2 (Xu Y. H. et al., 2017). В качестве немедленно-раннего гена, реагирующего на лечение MeJA, AsMYC2 связывается с промотором ASS1 , содержащим мотив G-box, чтобы инициировать экспрессию ASS1 . Точно так же гомолог AsMYC2 в 9Было показано, что 0005 Arabidopsis (MYC2) реагирует на MeJA и повышает экспрессию двух сесквитерпенсинтаз ( TPS11 и TPS21 ) при лечении (Hong et al., 2012). Кроме того, обработка МеЖ успешно индуцировала синтез 3 сесквитерпенов, а именно α-гуаина, α-гумулена и δ-гуаина в культуре клеток A. crassna (Ito et al., 2005; Kumeta and Ito, 2010).

В отличие от пути биосинтеза сесквитерпена, биосинтез и регуляция PECs остаются почти неизвестными. В исследовании Wang et al. (2016), сорок один ПЭК был произведен в Каллусы A. sinensi при обработке солью. С помощью высокопроизводительного анализа транскриптома было получено в общей сложности 18 069 дифференциально экспрессируемых транскриптов между контролем и обработанными NaCl каллусов A. sinensis , индуцированных 24- или 120-часовым засоленным стрессом. Сообщается, что многие дифференциально экспрессируемые гены участвуют в передаче гормонального сигнала; включая гены, кодирующие каскады MAPK, рецептороподобные киназы, факторы передачи сигнала Ca ²⁺ и факторы транскрипции (Wang et al., 2016).

Тем не менее, темпы исследований не только остановились на поиске эффективных индукторов и лежащего в их основе процесса передачи сигнала, но также распространились на их механизм посттранскрипционной регуляции. Путем глубокого секвенирования мРНК из контрольных здоровых и раненых образцов A. sinensis Gao et al. (2012a) идентифицировали десять чувствительных к стрессу микроРНК из 74 предполагаемых консервативных микроРНК, и их предшественники, образующие шпильки, также были подтверждены. Паттерн экспрессии показал, что шесть из этих чувствительных к стрессу миРНК были активированы, включая миР159., миР168, миР171, миР396, миР397 и миР408, тогда как миР160 и миР398 подавлялись и сохраняли свой сниженный уровень через 2 дня (Gao et al., 2012a). Различные ответы miRNAs реагировали на лечение, и эффект длился в течение различных промежутков времени, отражая разнообразие их позиций в посттранскрипционной регуляции ответа на рану у A. sinensis . Среди идентифицированных miRNAs представляет интерес miR398 со сниженной регуляцией, где было продемонстрировано, что она негативно регулирует вызываемое патоген-ассоциированным молекулярным паттерном (PAMP) отложение каллозы и врожденный иммунитет растений против бактерий (Li et al., 2010). Противоположно реагирующие miR160 и miR398 в A. sinensis предположил, что они могут быть важными регуляторами и играть более отчетливую роль в формировании агаровой древесины.

Дальнейшее исследование профиля микроРНК у раненых A. sinensis показало, что некоторые из наиболее консервативных микроРНК, такие как семейства miR159 и miR396, быстро повышались и снижались в ранний период лечения, что подразумевает их функцию в предшествующем ответе на рану (Gao Z. H. et др., 2014). МиР396b2 с пониженной экспрессией в поврежденных тканях A. sinensis 9Предполагалось, что 0006 участвует в биосинтезе и накоплении компонентов агаровой древесины. Считалось, что мишень miR396b2, обладающая активностью глутамил-тРНК-редуктазы, связывает НАДФ и продуцирует НАДФН. NADPH является кофактором для двух ключевых ферментов биосинтеза терпенов, то есть 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфата (DXR) и 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (HMGR) (Nagegowda, 2010). Кроме того, растительные P450, которые окислительно функционализируют терпеновые каркасы, также нуждаются в восстановителях для своей каталитической активности, которая обычно обеспечивается НАДН или НАДФН. Несмотря на отсутствие секвенированного генома, высокопроизводительный анализ транскриптома обеспечивает реальный подход к изучению общих изменений экспрессии генов на Aquilaria видов, реагирующих на различные стрессы. Дальнейшее изучение функций идентифицированных регуляторных последовательностей поможет раскрыть механизм регуляции образования агаровой древесины.

Будущие перспективы технологии индукции агаровой древесины

Предыдущие исследования показали, что на формирование агаровой древесины может влиять множество факторов. Наряду с чрезвычайно сложным составом смолы агарового дерева считается, что образование агарового дерева представляет собой сложный процесс, который включает в себя множество физиологических изменений, происходящих на Aquilaria деревьев, чтобы справиться с внешними раздражителями в виде биотических или абиотических. Весь этот процесс формирования агарового дерева в любом случае неотделим от экспрессионной реакции деревьев на пусковые факторы. Следовательно, дальнейшее совершенствование технологии индукции агаровой древесины должно быть сосредоточено на двух аспектах, которые заключаются в дальнейшем повышении эффективности индукции и отборе более чувствительных линий Aquilaria для производства смолы в рамках программы селекции.

Для повышения эффективности индукции решающую роль играет метод индукции. Концепцию доступных в настоящее время подходов к индукции можно резюмировать так: либо обеспечить внешние стимулы для активации производства сигнальных молекул растениями, что в конечном итоге приводит к биосинтезу смолы, либо обойти внешние стимулы путем прямого введения сигнальных молекул растениям. В любом случае, общая задача состоит в том, чтобы увеличить выход и качество агаровой древесины, а также уменьшить вмешательство человека (например, в процесс просверливания отверстий) в процессе индукции. Поскольку вышеупомянутый метод физического повреждения и метод биологической индукции имеют свои неизбежные недостатки непостоянного качества агаровой древесины и требуют интенсивной рабочей силы, метод химической индукции можно рассматривать как многообещающий подход для дальнейшей оптимизации (таблица 1). Всестороннее понимание образования агарового дерева на молекулярном уровне с помощью высокопроизводительного омического подхода, такого как транскриптомный и метаболомный, кажется более выгодным для более целенаправленного и направленного улучшения индукционной рецептуры, чем эксперименты, основанные на пробах и ошибках.

Благодаря сочетанию с омическими подходами, такими как технология секвенирования отдельных молекул в реальном времени (SMRT), которая предлагает более длинные длины считывания и сильно непрерывные сборки de novo (Rhoads and Au, 2015), она, как правило, особенно полезна для нерешенных проблем в геном и транскриптом немодельных видов Aquilaria , геномы которых недоступны. С помощью более длинных прочтений можно легко получить повторяющуюся некодирующую регуляторную последовательность генов, контролирующих производство смолы агарового дерева. Интеграция на основе сходства/идентичности последовательностей может использоваться для установления наборов данных перекрестных ссылок между последовательностями запроса и их гомологичными ссылками из различных общедоступных баз данных и генетических ресурсов, где структуры геномной последовательности, признаки домена, промоторные области и генная онтология для мотивов могут быть назначенным (Mochida and Shinozaki, 2011). Развитие технологии секвенирования сделало будущие исследования полногеномного секвенирования видов Aquilaria , чтобы было легче восполнить недостаток полногеномной информации в текущей ситуации. Интеграция данных на основе последовательности генома важна для анализа глобальных изменений транскриптома с помощью полногеномных микрочипов. Анализ экспрессии гена индуцированного Aquilaria в целом может быть изучен в широких скоординированных тенденциях с помощью этого подхода, который неразличим при отдельных анализах. Профили экспрессии, полученные таким образом, помогут идентифицировать потенциальные биомаркерные гены, продуцирующие агаровое дерево, которые являются важными индикаторами для последующего применения индукции агарового дерева.

Интеграция подходов системной биологии и омики, включая геномику, транскриптомику, протеомику, метаболомику и функциональный анализ; предоставить потенциальное решение для понимания мультигенной природы биосинтеза смолы в Aquilaria . На основе большого количества ранее проведенных экспериментов по индукции агарового дерева, исследований транскриптомов и метаболитов (Naef, 2011; Gao X. et al., 2014; Ye et al., 2016; Wu et al. , 2017) комплексный омический анализ может действительно служат платформой для построения более полной картины механизма биосинтеза смолы агарового дерева, включающего различные слои омиксов. Развитие высокопроизводительной масс-спектрометрии (МС), микрочипов и технологий секвенирования (ДНК и РНК) позволило интегрировать такие данные в системную биологическую структуру с помощью интегрированной омики, которая помогла бы предсказывать межгенные взаимодействия, идентифицировать драйверы гены и молекулярные признаки образования агарового дерева (рис. 5). Точно так же потенциальные сигнальные молекулы для образования агаровой древесины могут быть предсказаны после резкого увеличения доступности данных. Экспериментально подтвержденные эффективные сигнальные молекулы могут быть добавлены в существующий рецепт химического индуктора для дальнейшего повышения эффективности индукции. Более того, предварительное определение состава смолы или качества агарового дерева возможно при глубоком понимании ключевых показателей качества и конкретных путей, связанных с образованием агарового дерева, путем комплексного выяснения различных профилей метаболитов и транскриптов при различных методах индукции. Будущее повышение эффективности индукции агарового дерева должно сопровождаться разработкой системы мониторинга для раннего обнаружения невосприимчивых деревьев, что позволит избежать вырубки Aquilaria деревьев, которые были безуспешно индуцированы. Этого можно достичь, отслеживая экспрессию набора генов, участвующих в биосинтезе смолы агарового дерева.

Рисунок 5. Схематическое изображение применения омических подходов при разработке индукторов агаровой древесины. PacBio, Pacific Biosciences; Illumina, секвенирование Illumina; Пиросек, пиросеквенирование; RNAseq, секвенирование РНК; 2D-PAGE, 2-мерный электрофорез в полиакриламидном геле; DIGE, дифференциальный гель-электрофорез; ChIP seq, секвенирование иммунопреципитации хроматина; ГХ-МС, газовая хроматография-масс-спектрометрия; ЖХ-МС, жидкостная хроматография-масс-спектрометрия; ЯМР, ядерно-магнитный резонанс.

Помимо эффективного индуктора, реактивность деревьев Aquilaria на стимуляцию является еще одним определяющим фактором для производства агаровой древесины. Зная, что степень реакции растений на стимулы в значительной степени зависит от их генетического состава, ожидается, что использование высокочувствительной линии Aquilaria в качестве мишени для индукции приведет к дальнейшему увеличению выхода удового дерева, а не только к оптимизации рецепта индуктора. Традиционно селекционное разведение, основанное на фенотипическом отборе, применялось для создания новых линий растений с желательными признаками. Современные технологии связывают эти полезные свойства растений с генетическими (вариации ДНК/РНК) или биохимическими (характерные метаболиты) маркерами, что позволяет проводить отбор с помощью маркеров (MAS). Подход MAS предлагает большие перспективы для отбора элитных линий Aquilaria , так как эти биомаркеры можно применять для прогнозирования фенотипических характеристик до того, как эти особенности станут более заметными. Такие биомаркеры также можно использовать для разработки быстрых и целенаправленных диагностических тестов, которые помогут программе отбора. В качестве альтернативы для получения высокопродуктивной линии комбинированный подход генной инженерии (например, технология редактирования генома CRISPR-Cas9) с культурой ткани может дать возможность манипулировать ключевыми генами-регуляторами Aquilaria участвует в производстве агарового дерева, что поможет точно настроить или перенаправить метаболический поток в нужное русло. В целом, интегрированная и высокопроизводительная стратегия предоставит достаточно информации для постоянного совершенствования методов индукции агарового дерева, что превосходит традиционный способ установления метода индукции, основанный на визуальном наблюдении и личном опыте. Более глубокое понимание основных соединений и механизма биосинтеза смолы агарового дерева значительно облегчило бы контроль стабильности выхода, качества и цены агарового дерева в будущем.

Вклад авторов

CT, NI, II и ZZ внесли свой вклад в концепцию обзорной статьи. CT написал первый черновик и разделы рукописи. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Universiti Kebangsaan Malaysia за финансирование в рамках гранта MI-2018-009, предоставленного ZZ.

Сокращения

ДМАПП, диметилаллилпирофосфат; DXP, 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфат; FPP, фарнезилпирофосфат; FPS, синтаза FPP; FTPEC, 2-(2-фенилэтил)хромон флиндерсиевого типа; HMGR, 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА; IPP, изопентенилпирофосфат; JA, жасмоновая кислота; MAPK, митоген-активируемая протеинкиназа; MAS, маркерная селекция; MeJA, метилжасмонат; МЭП, метилэритритолфосфат; МВА, мевалоновая кислота; НАДФН, дигидроникотинамид-адениндинуклеотидфосфат; ОМТ, O -метилтрансфераза; P450, зависимая от цитохрома P450 монооксигеназа; PAMP, патоген-ассоциированный молекулярный паттерн; PCD, запрограммированная гибель клеток; ПЭК, 2-(2-фенилэтил)хромон; ПК, поликетидсинтазы; ПОР – НАДФН-зависимая оксидоредуктаза цитохрома Р450; SA, салициловая кислота; SesTP, сесквитерпенсинтаза; SMRT, технология секвенирования отдельных молекул в реальном времени; ТФ – фактор транскрипции.

Ссылки

Abdin, MJ (2014). Промышленность по производству агаровой древесины: в Бангладеш еще не используется. Междунар. Дж. Экон. Управление науч. 3, 163–166. doi: 10.2139/ssrn.2430055

CrossRef Full Text | Google Scholar

Актер С., Ислам М. Т., Зулкефели М. и Хан С. И. (2013). Производство агарового дерева — многопрофильная область, которую предстоит исследовать в Бангладеш. Междунар. Дж. Фарм. Жизнь наук. 2, 22–32. doi: 10.3329/ijpls.v2i1.15132

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Амбават С., Шарма П., Ядав Н. Р. и Ядав Р. К. (2013). Гены фактора транскрипции MYB как регуляторы реакции растений: обзор. Физиол. Мол. биол. Растения. 19, 307–321. doi: 10.1007/s12298-013-0179-1.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Антонопулу М., Комптон Дж., Перри Л.С. и Аль-Мубарак Р. (2010). «Торговля и использование агарового дерева (уда) в Объединенных Арабских Эмиратах», в: TRAFFIC Southeast Asia. (Женева: Секретариат СИТЕС).

Google Scholar

Азрен П. Д., Ли С. Ю., Эманг Д. и Мохамед Р. (2018). История и перспективы индукционной технологии производства агаровой древесины из культурной аквиларии в Азии: обзор. Дж. Для. Рез. 30, 1–11. doi: 10.1007/s11676-018-0627-4.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Аззарина А.Б., Мохамед Р., Ли С.Ю. и Назре М. (2016). Временная и пространственная экспрессия генов терпенсинтазы, связанная с образованием агарового дерева у Aquilaria malaccensis Lam. Н. З. Дж. Для. науч. 46:12. doi: 10.1186/s40490-016-0068-9.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Бланшетт Р. и Хёвелинг В. Б. Х. (2009 г.). Культивируемый агар. Патент США № 7638145. Миннесота: Миннесотский университет.

Google Scholar

Chen, H.Q., Wei, J.H., Yang, J.S., Zhang, Z., Yang, Y., Gao, Z.H., et al. (2012). Химические составляющие агарового дерева, происходящего из эндемичных растений рода Aquilaria. Хим. Биодайверы. 9, 236–250. doi: 10.1002/cbdv.201100077.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чхипа, Х., и Кошик, Н. (2017). Грибковое и бактериальное разнообразие, выделенное из Aquilaria malaccensis дерево и почва, индуцирует образование агароспиролов в течение 3 месяцев после искусственного заражения. Фронт. микробиол. 8:1286. doi: 10.3389/fmicb.2017.01286.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Конвенция о международной торговле видами, находящимися под угрозой исчезновения [СИТЕС] (2004 г.). «Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения. Рассмотрение предложений по изменению приложений-I и -II Aquilaria вид. и Gyrinops spp.», в Протоколах тринадцатого совещания Конференции Сторон. Бангкок.

Google Scholar

Цуй Дж., Го С., Фу С., Сяо П. и Ван М. (2013). Влияние инокуляции грибов на формирование агилавуда у Aquilaria sinensis . Подбородок. науч. Бык. 58, 3280–3287. doi: 10.1007/s11434-013-5856-5.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Донг Л., Йонгедейк Э., Боумистер Х. и Ван Дер Крол А. (2015). Потенциал биосинтеза монотерпенов в субклеточных компартментах растений. Новый Фитол. 209, 679–690. дои: 10.1111/nph.13629.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Фазила, К. Н., и Халим, К. Х. К. (2012). Влияние замачивания на выход и качество агарового масла. Дж. Троп. За. науч. 24, 557–564.

Google Scholar

Gaffe, J., Bru, J.P., Causse, M., Vidal, A., Stamitti-Bert, L., Carde, J.P., et al. (2000). LEFPS1, ген фарнезилпирофосфата томатов, сильно экспрессируется во время раннего развития плодов. Физиол. 123, 1351–1362. doi: 10.1104/pp.123.4.1351

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гао X., Се M., Лю С., Го X., Чен X., Чжун З. и др. (2014). Хроматографический анализ метаболитов в натуральном и искусственном агаровом дереве с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометрии в сочетании с хемометрическими методами. Ж. Хроматогр. Б Аналитик. Технол. Биомед. Жизнь наук. 967, 264–273. doi: 10.1016/j.jchromb.2014.07.039.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гао З. Х., Ян Ю., Чжан З., Чжао В. Т., Мэн Х., Джин Ю. и др. (2014). Профилирование микроРНК при лечении ран у Aquilaria sinensis для выявления возможных микроРНК, участвующих в образовании агарового дерева. Междунар. Дж. Биол. науч. 10, 500–510. doi: 10.7150/ijbs.8065.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гао З. Х., Вэй Дж. Х., Ян Ю., Чжан З., Сюн Х. Ю. и Чжао В. Т. (2012a). Идентификация консервативных и новых микроРНК в Aquilaria sinensis на основе данных секвенирования малых РНК и данных о последовательности транскриптома. Ген 505, 167–175. doi: 10.1016/j.gene.2012.03.072.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гао З. Х., Вэй Дж. Х., Ян Ю., Чжан З. и Чжао В. Т. (2012b). Отбор и проверка эталонных генов для изучения стрессозависимого образования агарового дерева Aquilaria sinensis . Plant Cell Rep. 31, 1759–1768. дои: 10.1007/s00299-012-1289-х.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гоэль С.С. и Макранди Дж.К. (2006). Синтез 2-(2-фенилэтил)хромонов. Indian J. Chem. 45Б, 535–536. doi: 10.1002/chin.200623140

CrossRef Full Text | Google Scholar

Гонг Б., Ян Ю., Вен Д. и Ши К. (2017). Перекись водорода, продуцируемая НАДФН-оксидазой: новый нижестоящий сигнальный путь в индуцированной мелатонином устойчивости к стрессу у Solanum lycopersicum. Физиол. Завод. 160, 396–409. doi: 10.1111/ppl.12581.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хашим Ю., Исмаил Н. и Аббас П. (2014). Анализ химических соединений масла агарового дерева разных видов методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХМС). МИУМ инж. Дж. 15, 55–60. doi: 10.31436/iiumej.v15i1.469.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хашим, Ю.З., Керр, П.Г., Аббас, П., и Мохд Саллех, Х. (2016). Аквиларии виды (агаровое дерево) как источник полезных для здоровья соединений: обзор традиционного использования, фитохимия и фармакология. Ж. Этнофармакол. 189, 331–360. doi: 10.1016/j.jep.2016.06.055.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Hong, G.J., Xue, X.Y., Mao, Y.B., Wang, L.J., and Chen, X.Y. (2012). Arabidopsis MYC2 взаимодействует с белками DELLA, регулируя экспрессию гена сесквитерпенсинтазы. Растительная клетка 24, 2635–2648. doi: 10.1105/tpc.112.098749.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хун, К.Т., Хсу, Ю.Т., и Као, Ч.Х. (2006). Перекись водорода участвует в индуцированном метилжасмонатом старении листьев риса. Физиол. Завод. 127, 293–303. doi: 10.1111/j. 1399-3054.2006.00662.x.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ибрагим, С. Р. (2014). Новый хромон и триглицерид из семян Cucumis melo. Нац. Произв. коммун. 9, 205–208.

Реферат PubMed | Google Scholar

Ибрагим, С. Р., и Мохамед, Г. А. (2015). Встречающиеся в природе 2-(2-фенилэтил)хромоны, выяснение структуры и биологическая активность. Нац. Произв. Рез. 29, 1489–1520. дои: 10.1080/14786419.2014.9.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Исихара М., Цунея Т. и Унеяма К. (1993). Компоненты летучего концентрата агарового дерева. Дж. Эссент. Масляный Рез. 5:3. дои: 10.1080/10412905.1993.9698221.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ито М., Окимото К. И., Ягура Т., Хонда Г., Киучи Ф. и Шимада Ю. (2005). Индукция продукции сесквитерпеноидов метилжасмонатом в Культура суспензии клеток Aquilaria sinensis . Дж. Эссент. Масляный Рез. 17, 175–180. doi: 10.1080/10412905.2005.9698867

CrossRef Full Text | Google Scholar

Джаячандран К., Секар И., Партибан К. Т., Амиртам Д. и Суреш К. К. (2014). Анализ различных сортов масла агарового дерева ( Aquilaria malaccensis Lamk.) с помощью ГХ-МС. Indian J. Nat. Произв. Ресурс. 5, 44–47.

Google Scholar

Йонг П. Л., Паскаль Т. и Рози М. (2014). Газохроматографический масс-спектрометрический анализ экстрактов агарового дерева из зрелых и ювенильных растений Aquilaria malaccensis . Междунар. Дж. Агрик. биол. 16, 644–648.

Google Scholar

Калита, Дж. (2015). Ассоциация Zeuzera conferta Уокер на формации агарового дерева в Aquilaria malaccensis Lamk. Asian J. Plant Sci. Рез. 5, 4–9.

Google Scholar

Kenmotsu, Y., Ogita, S., Katoh, Y., Yamamura, Y., Takao, Y., Tatsuo, Y., et al. (2011). Индуцированное метилжасмонатом усиление экспрессионной активности Am-FaPS-1, предполагаемого гена фарнезилдифосфатсинтазы из Аквилария микрокарпа . J. Nat. Мед. 65, 194–197. doi: 10.1007/s11418-010-0451-4.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хадем С. и Марлес Р. Дж. (2011). Хромоновые и флавоноидные алкалоиды: возникновение и биологическая активность. Молекулы 17, 191–206. doi: 10.3390/молекулы17010191.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кумета Ю. и Ито М. (2010). Характеристика δ-гуаенсинтаз культивируемых клеток Aquilaria, ответственных за образование сесквитерпенов в агаровом дереве. Физиол. 154, 1998–2007 гг. doi: 10.1104/стр.110.161828.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ли, С.Ю., и Мохамед, Р. (2016). «Происхождение и одомашнивание Aquilaria, важного рода, производящего агаровое дерево», в Agarwood: Science Behind the Fragrance , ed. Р. Мохамед. (Берлин: Springer Singapore), 1–20. doi: 10.1007/978-981-10-0833-7_1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю. , Чжан К., Чжан Дж., Ву Л., Ци Ю. и Чжоу Дж. М. (2010). Идентификация микроРНК, участвующих в патоген-ассоциированном молекулярном паттерне, запускаемом врожденным иммунитетом растений. Физиол. 152, 2222–2231. doi: 10.1104/стр.109.151803.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ляо Г., Донг В.-Х., Ян Дж.-Л., Ли В., Ван Дж., Мэй В.-Л. и др. (2018). Наблюдение за химическим профилем образования агаровой древесины в течение одного года и предположение о биосинтезе 2-(2-фенилэтил)хромонов. Молекулы 23:1261. doi: 10,3390/молекулы23061261.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ляо Ю., Вэй Дж., Сюй Ю. и Чжан З. (2015). Клонирование, экспрессия и характеристика гена COI1 (AsCOI1) из Aquilaria sinensis (Lour.) Gilg. Акта. фарм. Грех. Б. 5, 473–481. doi: 10.1016/j.apsb.2015.05.009.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Лю Дж. , Сюй Ю., Чжан З. и Вэй Дж. (2015). Перекись водорода способствует запрограммированной гибели клеток и накоплению салициловой кислоты при индуцированной продукции сесквитерпенов в суспензиях культивируемых клеток Аквилария китайская . Функц. биол. растений 42, 337–346. дои: 10.1071/FP14189.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Liu, X.M., Tao, T.T., Meng, X.X., Zhang, W.W., Chang, J., and Xu, F. (2017). Клонирование и анализ экспрессии гена фарнезилдифосфатсинтазы (FPPS) из Chamaemelum nobile. Нет. Бот. Хорти Агробо. Клуж-На. 45:2. дои: 10.15835/nbha45210858.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Лю Х., Чжан Б.-Ф., Ян Л., Чжоу Г.-Х. и Ван З.-Т. (2013). Два новых хромона и новый флавоновый гликозид из Imperata cylindrica. Подбородок. Дж. Нат. Мед. 11, 77–80. doi: 10.1016/S1875-5364(13)60012-6.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Лю Ю., Чен Х., Ян Ю., Чжан З. , Вэй Дж., Мэн Х. и др. (2013). Техника получения агарового дерева из цельного дерева: новый эффективный метод получения высококачественного агарового дерева из культивируемых деревьев Aquilaria sinensis . Молекулы 18, 3086–3106. doi: 10.3390/молекулы 18033086.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лю, Ю. Ю., Вэй, Дж. Х., Гао, З. Х., Чжан, З., и Лю, Дж. К. (2017). Обзор оценки качества и классификации агарового дерева. Подбородок. Трава. Мед. 9, 22–30. doi: 10.1016/S1674-6384(17)60072-8.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Лопес-Сэмпсон, А., и Пейдж, Т. (2018). История использования и торговли агаровым деревом. Экон. Бот. 72, 107–129. doi: 10.1007/s12231-018-9408-4.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ma, D., Pu, G., Lei, C., Ma, L., Wang, H., Guo, Y., et al. (2009 г.). Выделение и характеристика AaWRKY1, фактора транскрипции Artemisia annua, который регулирует ген аморфа-4,11-диенсинтазы, ключевой ген биосинтеза артемизинина. Физиол клеток растений. 50, 2146–2161. doi: 10.1093/pcp/pcp149.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Мэй, В.-Л., Ян, Д.-Л., Ван, Х., Ян, Дж.-Л., Цзэн, Ю.-Б., Го, З.-К., и др. др. (2013). Характеристика и определение 2-(2-фенилэтил)хромонов в агаровой древесине методом ГХ-МС. Молекулы 18, 12324–12345. doi: 10.3390/молекулы181012324.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Мочида К. и Шинозаки К. (2011). Достижения в области инструментов омики и биоинформатики для системного анализа функций растений. Физиол клеток растений. 52, 2017–2038. doi: 10.1093/pcp/pcr153.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Мохамед Р., Джонг П. Л. и Камзия А. К. (2014). Грибковая инокуляция индуцирует агаровое дерево у молодых Aquilaria malaccensis деревьев в питомнике. Дж. Для. Рез. 25, 201–204. doi: 10.1007/s11676-013-0395-0.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Мохамед Р. , Джонг П. Л. и Зали М. С. (2010). Разнообразие грибов в поврежденных стеблях Aquilaria malaccensis . Грибковые водолазы. 43, 67–74. doi: 10.1007/s13225-010-0039-z.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Наеф, Р. (2011). Летучие и полулетучие компоненты агаровой древесины, зараженной сердцевины видов Aquilaria: обзор. Аромат Аромат. Дж. 26, 73–87. дои: 10.1002/ffj.2034.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Nagegowda, DA (2010). Метаболизм летучих терпеноидов растений: гены биосинтеза, регуляция транскрипции и субклеточное разделение. ФЭБС Письмо. 584, 2965–2973. doi: 10.1016/j.febslet.2010.05.045.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ороско-Карденас, М.Л., Нарваес-Васкес, Дж., и Райан, Калифорния (2001). Перекись водорода действует как вторичный мессенджер для индукции защитных генов у растений томатов в ответ на ранение, системин и метилжасмонат. Растительная клетка 13, 179–191. doi: 10.1105/tpc.13.1.179

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Пасарибу Г.Т., Валуйо Т.К. и Пари Г. (2015). Анализ химических соединений, определяющих качества древесины агара. Индонезийский J. For. Рез. 2:7. doi: 10.20886/ijfr.2015.2.1.1-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Патераки И., Хескес А. и Хамбергер Б. (2015). Цитохромы P450 для функционализации терпенов и метаболической инженерии. Доп. Биохим. англ. Биотехнолог. 148: 207-239. doi: 10.1007/10_2014_301

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Фукан, У. Дж., Джина, Г. С., и Шукла, Р. К. (2016). Факторы транскрипции WRKY: молекулярная регуляция и реакция растений на стресс. Фронт. Растениевод. 7:760. doi: 10.3389/fpls.2016.00760.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Расул С. и Мохамед Р. (2016). «Понимание формирования агарового дерева и связанных с ним проблем», в Агаровое дерево: наука об аромате , изд. Р. Мохамед. (Берлин: Springer), 39–56. doi: 10.1007/978-981-10-0833-7_3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейс Дж., Гаспар А., Милхазес Н. и Борхес Ф. (2017). Хромон как привилегированная основа для открытия лекарств: последние достижения. J. Med. хим. 60, 7941–7957. doi: 10.1021/acs.jmedchem.6b01720.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Роудс А. и Ау К. Ф. (2015). Секвенирование PacBio и его приложения. Геном. протеом. Биоинформ. 13, 278–289. doi: 10.1016/j.gpb.2015.08.002.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ромер, М. (1999). Открытие независимого от мевалоната пути биосинтеза изопреноидов у бактерий, водорослей и высших растений. Нац. Произв. 16, 565–574. doi: 10.1039/a709175c

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Сангаресвари Нагаджоти М., Тангамуту Партибан К., Умеш Канна С., Картиба Л. и Сараванакумар Д. (2016). Грибковые микробы, связанные с образованием агарового дерева. 900:05 утра. Дж. Растениевод. 7, 1445–1452. doi: 10.4236/ajps.2016.710138

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Schmiesing, A., Emonet, A., Gouhier-Darimont, C., and Reymond, P. (2016). Факторы транскрипции MYC арабидопсиса являются мишенью гормонального перекрестного взаимодействия салициловой кислоты и жасмоновой кислоты в ответ на экстракт яиц Pieris brassicae. Физиол растений. 170:2432. doi: 10.1104/pp.16.00031

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Шао Х., Мэй В.-Л., Донг В.-Х., Гай К.-Дж., Ли В., Чжу Г.-П. и др. (2016). 2-(2-фенилэтил)хромоновые производные агарового дерева, происходящие из Gyrinops salicifolia . Молекулы 21:E1313. doi: 10.3390/молекулы21101313.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Шимада Ю., Томинага Т. и Киосава С. (1986). Исследования на агаловом дереве. (Дзинко). IV: корреляция между классификацией агалового дерева на рынке и производными хромона. Якугаку Дзаси Дж. Фарм. соц. Япония. 106, 391–397. doi: 10.1248/yakushi1947.106.5_391

CrossRef Полный текст | Академия Google

Шимада Ю., Томинага Т., Кониши Т. и Киосава С. (1982). Исследования на агаровом дереве (Джинко). I. Строение производных 2-(2-фенилэтил)хромона. Хим. фарм. Бык. 30, 3791–3795. doi: 10.1248/cpb.30.3791.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Сибурян Р. Х., Сирегар У. Дж., Сирегар И. З. и Сантосо Э. (2015). Выявление морфологических признаков Aquilaria microcarpa при взаимодействии с Fusarium solani . Междунар. J. Sci. Базовое приложение Рез. 20:119–128.

Google Scholar

Сингх Б. и Шарма Р. А. (2015). Растительные терпены: защитные реакции, филогенетический анализ, регуляция и клиническое применение. 3 Биотех. 5, 129–151. doi: 10.1007/s13205-014-0220-2.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Синха А.К., Джагги М., Рагурам Б. и Тутеджа Н. (2011). Передача сигналов митоген-активируемой протеинкиназы у растений в условиях абиотического стресса. Сигнал завода. Поведение 6, 196–203. doi: 10.4161/psb.6.2.14701.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Subasinghe, SMCUP, and Hettiarachchi, D.S. (2015). Характеристика смолы типа агарового дерева Gyrinops walla Gaertn, произрастающего в отдельных популяциях Шри-Ланки. Ind. Культуры Prod. 69, 76–79. doi: 10.1016/j.indcrop.2015.01.060.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Subasinghe, U., and Hettiarachchi, D. (2013). Производство смолы агарового дерева и качество смолы Gyrinops walla Gaertn. Междунар. Дж. Агр. науч. 3, 357–362.

Google Scholar

Тауфик Х. А., Эвис Э. Ф. и Эль-Хамули В. С. (2014). Синтез хромонов и их применение за последние десять лет. Междунар. Дж. Рез. фарм. хим. 4, 1046–1085.

Google Scholar

Тутея, Н., и Махаджан, С. (2007). Сеть сигнализации кальция в растениях: обзор. Сигнал завода. Поведение 2, 79–85. doi: 10.4161/psb.2.2.4176

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ван Тан Л., Ван До Т., Сон Н. Х., Сато Т. и Козан О. (2015). Влияние биологических, химических и механических обработок на содержание сесквитерпенов в стволах посаженных деревьев Aquilaria crassna . Агролес. Сист. 89, 973–981. doi: 10.1007/s10457-015-9829-3.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ван, С. Л., Хван, Т. Л., Чанг, М. И., Сун, П. Дж., Шу, К. В., Ченг, М. Дж., и др. (2015). Новые флавоны, производное 2-(2-фенилэтил)-4H-хромен-4-она и противовоспалительные компоненты из коры стебля Аквилария китайская . Молекулы 20, 20912–20925. doi: 10.3390/молекулы201119736.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ван Т. , Ли Л. Ф., Чжан К., Чжан В. Ю. и Пей Ю. Х. (2001). Новые 2-(2-фенилэтил)хромоны из Bothriochloa ischaemum . J. Азиатская нац. Произв. Рез. 3, 145–149. дои: 10.1080/10286020108041382.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ван X., Гао Б., Лю X., Донг X., Чжан З., Фань Х. и др. (2016). Солевой стресс индуцирует продукцию 2-(2-фенилэтил)хромонов и регулирует новые классы чувствительных генов, участвующих в передаче сигнала в Aquilaria sinensis каллусов. BMC Растение Биол. 16:119. doi: 10.1186/s12870-016-0803-7.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ву Б., Ли Дж., Лим К., Донг Цзя С., Вон Квон С., Сео Хван Г. и др. (2012а). Сесквитерпеноиды и производные 2-(2-фенилэтил)-4H-хромен-4-она (= 2-(2-фенилэтил)-4H-1-бензопиран-4-он) из агарового дерева Aquilaria malaccensis . Хелв. Чим. Acta 95, 636–642. doi: 10.1002/hlca.201100409

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Ву Б. , Вон Квон С., Сео Хван Г. и Хилл Парк Дж. (2012b). Восемь новых производных 2-(2-фенилэтил)хромона (= 2-(2-фенилэтил)-4H-1-бензопиран-4-он) из агарового дерева Aquilaria malaccensis . Хелв. Чим. Acta 95, 1657–1665. doi: 10.1002/hlca.201200069.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Wu, Z.Q., Liu, S., Li, J.F., Li, M.C., Du, H.F., Qi, L.K., et al. (2017). Анализ экспрессии генов и качества агаровой древесины с использованием Agar-bit в Аквилария китайская . Дж. Троп. За. науч. 29, 380–388. doi: 10.26525/jtfs2017.29.3.380388

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Сюй К., Лю Р., Чжан К., Чен К., Цянь Ю. и Фанг В. (2017). Диверсификация эволюционно законсервированных каскадов МАРК коррелирует с эволюцией видов грибов и развитием образа жизни. Геном Биол. Эвол. 9, 311–322. дои: 10.1093/gbe/evw051.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Xu, Y.-H., Liao, Y. -C., Zhang, Z., Liu, J., Sun, P.-W., Gao, Z.-H., et al. (2016). Жасмоновая кислота является важным преобразователем сигнала в индуцированном тепловым шоком образовании сесквитерпена у Aquilaria sinensis . науч. Респ. 6:21843. doi: 10.1038/srep21843

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Xu, Y., Zhang, Z., Wang, M., Wei, J., Chen, H., Gao, Z., et al. (2013). Идентификация генов, связанных с образованием агарового дерева: транскриптомный анализ здоровых и поврежденных тканей Аквилария китайская . BMC Genomics 14:227. дои: 10.1186/1471-2164-14-227.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Xu, Y.H., Liao, YC, Lv, F.F., Zhang Z., Sun, P.W., Gao, Z.H., et al. (2017). Фактор транскрипции AsMYC2 контролирует реагирующую на жасмонат экспрессию ASS1, регулирующую биосинтез сесквитерпена у Aquilaria sinensis (Lour.) Gilg. Физиол клеток растений. 58, 1924–1933 гг. doi: 10.1093/pcp/pcx122.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Xu, YH, Wang, JW, Wang, S., Wang, JY, и Chen, XY (2004). Характеристика GaWRKY1, фактора транскрипции хлопка, который регулирует ген сесквитерпенсинтазы (+)-дельта-кадиненсинтаза-А. Физиол растений. 135, 507–515. doi: 10.1104/стр.104.038612.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Yang, D.L., Wang, H., Guo, Z.K., Dong, W.H., Mei, W.L., and Dai, H.F. (2014a). Новое производное 2-(2-фенилэтил)хромона в китайском агаровом дереве «Ци-Нан» из Аквилария китайская . J. Азиатская нац. Произв. Рез. 16, 770–776. дои: 10.1080/10286020.2014.896342.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ян Д.-Л., Ван Х., Го З.-К., Ли В., Мэй В.-Л. и Дай Х.-Ф. (2014б). Ароматные агарофурановые и эремофилановые сесквитерпены в агаровом дереве Qi-Nan из Aquilaria sinensis . Фитохим. лат. 8, 121–125. doi: 10.1016/j.phytol.2014.03.003.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ян Л., Цяо Л., Се Д., Юань Ю., Чен Н., Дай Дж. и др. (2012). 2-(2-фенилэтил)хромоны из орлиного дерева китайского. Фитохим. 76, 92–97. doi: 10.1016/j.phytochem.2011.11.017.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ян М., Фу Х., Лян Ю., Хуанг Х., Чжао Б., Се С. и др. (2014с). Модифицированные трансфузионные устройства, индуктор и процедура индукции агарового дерева методом инфузии. J. Chem. фарм. Рез. 6, 2566–2571.

Google Scholar

Ян X., Вэй Дж. Х., Лю Дж. и Сюй Ю. Х. (2013). Клонирование и анализ экспрессии фарнезилпирофосфатсинтазы из Aquilaria sinensis . Чжунго Чжун Яо За Чжи. 38, 3251–3255.

Реферат PubMed | Google Scholar

Ye, W., He, X., Wu, H., Wang, L., Zhang, W., Fan, Y., et al. (2018). Идентификация и характеристика новой сесквитерпенсинтазы из Aquilaria sinensis : важный ген образования агаровой древесины. Междунар. Дж. Биол. макромол. 108, 884–892. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.10.183.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ye, W., Wu, H., He, X., Wang L., Zhang, W., Li, H., et al. (2016). Секвенирование транскриптома химически индуцированного Aquilaria sinensis для идентификации генов, связанных с образованием агаровой древесины. PLoS One 11:e0155505. doi: 10.1371/journal.pone.0155505.

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Йосватана, Н. (2013). Экстракция агарового дерева ( Aquilaria crassna ) масло с использованием сверхкритической экстракции диоксидом углерода и предварительной ферментативной обработки при гидродистилляции. J. Food Agric. Окружающая среда. 11, 1055–1059.

Google Scholar

Zhang, X.L., Liu, Y.Y., Wei, J.H., Yang, Y., Zhang, Z., Huang, J.Q., et al. (2012). Производство высококачественного агарового дерева на деревьях Aquilaria sinensis с помощью технологии индукции цельного агарового дерева. Подбородок. хим. лат. 23, 727–730. doi: 10.1016/j.cclet.2012.04.019.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

5.2: Последствия и приложения индукции

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

21533

• Том Вайдеман
• Калифорнийский университет в Дэвисе

Вихревые токи и магнитное демпфирование

В нашем первоначальном обсуждении ЭДС движения мы указывали, что стержень фактически должен быть проталкиваем через магнитное поле, чтобы поддерживать постоянную скорость, поскольку индуцированный ток испытывает силу, противодействующую движение. Мы отметили, что это необходимо для сохранения энергии. Этот же эффект можно использовать в качестве устройства для взлома.

Рассмотрим проводящую пластину, движущуюся через локализованное магнитное поле (скажем, мимо полюса магнита).

Рисунок 5.2.1a — проводник входит в локализованное магнитное поле

, когда этот дирижер достигает версии и перемещающего каждый из этих кругов меняется по-разному.

Рисунок 5.2.1b – Проводник качается в локализованном магнитном поле

Как обычно, мы обнаруживаем, что когда индуцируются токи, требуемая для них энергия удаляется из механической системы, индуцирующей этот ток. Эти закрученные вихревые токи , образующиеся в проводнике за счет магнитной индукции (они возникают везде в проводнике, проходящем через поле, а не только в двух точках, показанных на рисунке), тоже требуют энергии, и, как мы видим, магнитная сила этих вихревых токов действует на демпфирование движения проводника через поле. В конечном итоге энергия, формирующая эти токи, превращается в тепловую энергию, когда ток проходит через сопротивление в проводнике.

Электрические генераторы

Следующим естественным шагом в области магнитной индукции является получение устойчивого, пригодного для использования электрического тока. Это делается с помощью устройства, которое когда-то называлось динамо-машиной , а теперь широко известно как генератор . Их существует множество разновидностей, но все они в конечном счете преобразуют механическую энергию (которая может исходить от потенциальной энергии воды, падающей через турбину плотины, кинетической энергии ветра, вращающего ветряную мельницу, или хомяка в колесе для упражнений) в ЭДС, которая может управлять током. Мы сосредоточимся здесь на нескольких конструкциях, которые производят постоянный ток, хотя в настоящее время генераторы, которые производят колебательный 9Гораздо чаще встречаются 1108 переменного тока .

Самая первая конструкция такой динамо-машины была разработана самим Фарадеем, и, по сути, это умный способ использования метода «скользящего стержня» для создания ЭДС движения (описанной в разделе 5. 1) без проблемы достижения стержнем конца его трек. Если мы прикрепим один конец стержня к стержню и будем вращать его по кругу, плоскость которого перпендикулярна однородному магнитному полю, то он может постоянно создавать ЭДС движения между двумя своими концами. Но Фарадей сделал еще один шаг вперед: представьте, что вы склеиваете множество тонких клиньев из этих стержней вместе, образуя твердый проводящий диск, а затем вращаете диск в поле. Тогда между центром диска и его краем возникнет ЭДС движения. Один вывод цепи может быть подключен к центру, а другой к проводящей щетке, которая соприкасается с внешним краем, и пока один из них поддерживает вращение диска, ток будет течь через цепь.

Рисунок 5.2.2 — Динамо динамо Faraday

, чтобы вычислять EMF, созданный между центром и RIM, мы рассмотрим малый сечение поведения (это не малый сечение (это не малая секция (это небольшой сечение (это не малый сечение (это небольшой секции (это не малый «металлический стержень», движущийся по полю). 2\omega B \]

Здесь нужно сделать пару замечаний:

• Каждый кусок пирога делает это одновременно, в результате чего весь ободок имеет один и тот же более высокий потенциал.
• В приведенном выше случае, если динамо-машина вращается в противоположном направлении или если поле направлено в противоположном направлении, то центр диска будет иметь более высокий потенциал.
• Как всегда, если благодаря этому устройству течет ток, энергия исходит от той механической энергии, которая поддерживает вращение диска, а это означает, что должен существовать крутящий момент, противодействующий вращению диска при протекании тока (против которого работа в настоящее время делается). Если этот крутящий момент служит для замедления вращения, в то время как ток заряжает батарею, у нас есть все основные ингредиенты, необходимые для 9Рекуперативное торможение 1108 в настоящее время распространено в электрических и гибридных автомобилях.

Замечательная особенность дискового динамо заключается в том, что пока скорость вращения поддерживается постоянной, разность потенциалов остается неизменной. Следующий генератор, который мы рассмотрим, имеет несколько менее громоздкую конструкцию, чем дисковая динамо-машина, но хотя он обеспечивает постоянный ток (то есть ток, который не меняет направление), ЭДС не является постоянной.

Эту другую конструкцию мы уже видели раньше – она идентична конструкции двигателя постоянного тока!

Рисунок 5.2.3. Реверсивный двигатель постоянного тока представляет собой генератор постоянного тока цепь как функция времени (мы вычислим абсолютное значение ЭДС, а затем выясним направление с помощью закона Ленца):

\[\left|\mathcal E\right| = \left|\dfrac{d}{dt}\Phi_B\right| = \left|\dfrac{d}{dt}\left[BA\cos\theta\right]\right|= \left|BA\dfrac{d}{dt}\cos\theta\right| = \left|BA\left[-\sin\theta\dfrac{d\theta}{dt}\right]\right|=\omega B A \left|\sin\theta\right|\]

В момент, изображенный на диаграмме, ЭДС максимальна. Мы можем определить направление индуцированного тока, рассмотрев то, что происходит с петлей мгновением позже — розовая сторона поднимается, поэтому поток увеличивается слева направо через петлю с розовой стороной над фиолетовой стороной. Индуцированный ток будет стремиться уменьшить это увеличение потока, что из правила правой руки говорит нам, что ЭДС индуцируется так, что ток будет течь вверх по розовой стороне и вниз по фиолетовой стороне, давая направление, указанное на рисунке. .

Важно отметить, что в отличие от дисковой динамо-машины, этот генератор постоянного тока не создает постоянной ЭДС (она изменяется согласно \(\sin\theta\)). Наличие коммутатора удерживает этот ток всегда в одном и том же направлении, но он меняется от одного момента к другому. Многие генераторы, подобные этому, не имеют коммутатора, вместо этого вырабатывая переменный ток. Какой генератор используется, во многом зависит от приложения. Например, если вы хотите зарядить аккумулятор или конденсатор, вы не хотите, чтобы ЭДС постоянно меняла направление (заставляя заряд входить и выходить из устройства, которое вы заряжаете), но если вы включаете нагревательный элемент , резистор будет производить тепловую энергию независимо от направления тока.

Наконец, мы отметим (как всегда) борьбу, которая идет между электрической и механической сторонами этого устройства. Когда мы запускаем двигатель, катушка вращается в магнитном поле и создает ЭДС, противоположную направлению приложенной ЭДС, уменьшая ток, который идет на вращение двигателя (это называется противоЭДС ). Точно так же при работе в качестве генератора генерируемый ток находится в магнитном поле, что приводит к крутящему моменту, противодействующему вращению. Это гарантирует, что мы должны постоянно выполнять работу, чтобы поддерживать работу генератора, преобразовывая добавленную работу в электрическую энергию, которая затем выполняет то, что она делает.

Диамагнетизм

В разделе 4.4 мы обсуждали ферромагнетизм и парамагнетизм, два явления, в результате которых материалы действуют как источники магнитных полей. Первый отвечает за постоянные магниты, а второй за способность магнитов прилипать к ненамагниченным предметам, таким как скрепки и холодильники. Эти явления произошли из-за того, что диполи, которые естественным образом встречаются в материи, могут выравниваться с внешними полями.

Но при воздействии на материалы магнитного поля возникает и другой эффект. Изменение магнитного потока через материал индуцирует ЭДС, которая приводит к среднему движению электронов, противоположному потоку, в соответствии с законом Ленца. Это происходит во всем (даже в парамагнетиках), но эффект намного меньше, чем у парамагнетизма, поэтому его гораздо труднее наблюдать, и он не «отменяет» пара- или ферромагнетизм. Хотя он слаб, его можно увидеть в некоторых веществах (прежде всего, в воде) под влиянием очень сильных магнитных полей.

Есть один способ, которым мы можем наблюдать диамагнетизм в действии. Это включает в себя вещество, которое позволяет создавать большой индуцированный ток на атомном уровне из-за очень низкого сопротивления вещества. Это вещество известно как сверхпроводник , потому что его сопротивление практически равно нулю. Давайте представим, что произойдет, если мы поместим магнит на пластину из сверхпроводника. Индуцированный ток будет противодействовать новому потоку, а это означает, что магнитное поле сверхпроводника будет направлено в сторону, противоположную приложенному полю, вызывая силу отталкивания и левитацию!

Оказывается, это далеко не полное описание магнитных эффектов в сверхпроводниках. Есть еще много чего еще более странного (нечто, называемое эффектом Мейснера ), но рассмотрение этой темы связано с квантовой механикой и выходит за рамки этого курса.

Наведенные электрические поля

Когда мы говорили об ЭДС движения и переходили к закону Фарадея, мы упускали из виду тот факт, что для ЭДС движения мы могли бы объяснить индуцированный ток в терминах сил, действующих на частицы, но для закона Фарадея мы этого не сделали. у меня похожее объяснение. Например, предположим, что мы поместили соленоид внутри контура и изменили ток. Магнитное поле снаружи соленоида остается нулевым, а это значит, что оно не может воздействовать на заряды в проводнике, так как же это индуцирует ток? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вернуться к тому, откуда возникает сила на заряды в проводнике (вызывающая ток).

Если мы поместим батарею в замкнутую цепь, в действительности будут задействованы два электрических поля. Одним из них является внутри батареи (полученной в результате химических реакций), которая разделяет свободный заряд внутри батареи на две клеммы. Второе электрическое поле создается клеммами батареи в проводнике, по которому течет электрический ток. Если мы сложим падения напряжения на полной цепи, оба этих поля вносят свой вклад.

Рисунок 5.2.4 – Падение напряжения в цепи с аккумулятором , и какое бы направление мы ни выбрали для нашего замкнутого пути, одно из электрических полей будет вдоль направления пути, а другое — против него. Эти два вклада сокращаются, что дает обычный результат правила петли Кирхгофа:

\[\oint \overrightarrow E \cdot \overrightarrow {dl} = \int \limits_{conductor} \overrightarrow E_c\cdot \overrightarrow {dl} + \int \limits_{emf\;источник} \overrightarrow E_{emf }\cdot \overrightarrow {dl} = 0\]

Но когда источником тока является изменяющийся магнитный поток из-за изменяющейся напряженности магнитного поля в цепи фиксированных размеров, результат другой. В этом случае присутствует только одно электрическое поле — то, которое управляет током. Нет участка цепи, где источник ЭДС имеет встречное поле.

Рисунок 5.2.5 – Падение напряжения в цепи, управляемой изменяющимся магнитным полем которые сокращаются, и результатом является ненулевой интеграл:

\[\oint \overrightarrow E \cdot \overrightarrow {dl} \ne 0\]

в уравнении 5.1.4. Вместо того, чтобы говорить об изменяющемся потоке, индуцирующем ЭДС, мы можем напрямую связать магнитное и электрическое поля следующим образом:

Изменяющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле, которое вращается вокруг него в направлении, определяемом законом Ленца.

Теперь мы можем использовать уравнение 5.1.4 для математической спецификации этого наблюдения: d}{dt} \int \overrightarrow B \cdot d\overrightarrow A\]

Это интегральное уравнение можно превратить в дифференциальное с помощью теоремы Стокса:

\[\oint \overrightarrow E \cdot \overrightarrow {dl} = \int \left(\overrightarrow \nabla \times \overrightarrow E\right) \cdot d\overrightarrow A \;\;\;\Rightarrow\; \;\; \overrightarrow \nabla \times \overrightarrow E = -\dfrac{d}{dt}\overrightarrow B \]

Это закон Фарадея в локальной (или дифференциальной) форме .

Еще когда мы изучали электростатику, мы заметили, что электрическое поле может быть записано как отрицательный градиент электростатического потенциала, и это означает, что ротор электрического поля исчезает (уравнение 2.2.13). Это явно не тот случай, когда поблизости имеется переменное магнитное поле, а значит, электрическое поле в этом случае нельзя записать как отрицательный градиент потенциального поля . Действительно, к настоящему времени мы оставили электростатику далеко позади (теперь мы рассматриваем токи, протекающие все время), так что неудивительно, что мы потеряли бы это особое отношение.

Последнее замечание: электрический заряд в пространстве (не в проводнике с сопротивлением), который следует по траектории, описывающей электрическое поле, циркулирующее вокруг меняющегося магнитного поля, будет двигаться быстрее или медленнее (в зависимости от направление относительно электрического поля и знак заряда), когда он возвращается в исходное положение. То есть это не консервативная сила! Не беспокойтесь, в целом энергия по-прежнему сохраняется, потому что ускоренный заряд не является замкнутой системой. Магнитные поля создаются другими движущимися зарядами, и для изменения магнитного поля необходимо изменить их движение. Вместе это взаимодействие образует очень сложный танец, и тщательный учет всей энергии показывает, что оно остается постоянным для всей системы.

---

Эта страница под названием 5.2: Последствия и применение индукции распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Томом Вайдеманом непосредственно на платформе LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип артикула

   Раздел или страница

   Автор

   Том Вайдеман

   Лицензия

   CC BY-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать оглавление

   нет

2. Метки

   1. источник@родной

Индукция и закон Фарадея | Демонстрация лекций по естественным наукам в Гарварде

ГЛАВНАЯ / ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНИТИЗМ /

Вихревые токи при температуре жидкого азота

Что он показывает :

Прямоугольный блок меди (размерами 6 дюймов × 6 дюймов × 2 дюйма) оказывает ОЧЕНЬ малое сопротивление вихревым токам, возникающим при перемещении магнита по его поверхности. Таким образом, сила Лоренца между вихревыми токами и магнитным полем довольно сильна, и вы можете почувствовать значительную силу сопротивления. Падение магнита на поверхность также создает значительную силу Лоренца, о чем свидетельствует затухание движения при падении магнита. драматичен при температуре жидкого азота

Как это работает :

Медь имеет положительную температуру…

Подробнее о вихревых токах при температуре LN2

Магнитная левитация

Что он показывает:

Магнит, привязанный к вращающемуся алюминиевому диску, левитирует за счет индуцированных токов в диске.

Как это работает:

Когда диск вращается, в алюминии индуцируются электрические токи, когда он движется относительно магнита. Эти индуцированные токи создают магнитное поле, которое, в соответствии с законом Ленца, противодействует полю магнита. Магнитное отталкивание заставляет всадника левитировать примерно на 1 см над диском. Закон Ленца также гласит, что индуцированное поле будет противодействовать движению, которое его вызывает. Поэтому магнит притягивает…

Подробнее о магнитной левитации

Левитация вихревых токов

Что показывает :

Невозможно левитировать объект с помощью статических магнитных полей. Однако можно левитировать магнит с помощью другого ручного магнита, используя вихревые токи.

Как это работает :

Прямоугольный медный блок (6″×6″×2″) укладывается поверх другого (6″×6″×1″). Они разделены пластиковыми прокладками размером 1 дюйм. В пространство между ними помещается прямоугольный стержневой магнит (2 дюйма × 2 дюйма × ½ дюйма). Когда второй магнит опускается сверху, два магнита притягиваются друг к другу. Однако вместо того, чтобы «вскакивать». ..

Подробнее о левитации вихревых токов

Маятник вихревых токов

Что он показывает:

Вихревые токи, возникающие в медной лопатке, когда она движется через магнитное поле, препятствуют ее движению и гасят его. Прорези, прорезанные в лопасти, уменьшают демпфирующий эффект.

…

Подробнее о вихретоковом маятнике

Демпфирование вихревых токов

Что он показывает:

Лист алюминия медленно падает между полюсами магнита, потому что наведенные токи в листе создают магнитные поля, противодействующие движению.

Как это работает:

Когда алюминиевый лист падает между полюсами магнита, в металле индуцируются вихревые токи. Эти токи создают свои собственные магнитные поля, которые по закону Ленца противодействуют вызвавшим их изменениям. Поскольку причиной является гравитация, притягивающая лист к Земле, лист замедляется при прохождении между полюсами магнита только для того, чтобы снова ускориться…

Подробнее о демпфировании вихревых токов

Кольцо Флингер Закон Ленца

Что он показывает:

Изменяющийся магнитный поток индуцирует ток в металлическом кольце; магнитное поле, создаваемое этим током, противодействует первичному полю, отталкивая кольцо и подбрасывая его в воздух. Это простое объяснение для начинающего ученика «маханием рукой» — далее следует более точное объяснение.

Как это работает на самом деле:

Кольцо для прыжков является яркой и популярной демонстрацией электромагнитной индукции и используется для иллюстрации законов Фарадея и Ленца. Проводящее кольцо, надетое на ферромагнитный сердечник соленоида, может левитировать или…

Подробнее о Ring Flinger Lenz’s Law

ЭДС движения

Что показывает : 

ЭДС индуцируется между концами провода, движущегося вперед и назад в присутствии магнитного поля.

Как это работает : 

Концы монохордного провода подключаются к осциллографу, как показано на рисунке:

Выдергивание провода…

Подробнее о ЭДС движения

Генератор переменного тока с ручным приводом

Наблюдайте за наведенным током в катушке на карданном подвесе, когда она вращается в магнитном поле Земли.

Что он показывает

Изменяющийся магнитный поток через круглую катушку с проволокой индуцирует ток в проволоке. Вращая круглую катушку с проводом с постоянной частотой и измеряя индуцированное напряжение на ее концах, мы можем определить локальное направление и величину магнитного поля Земли, когда оно проходит через катушку. Коммутаторы катушки настроены на выработку переменного тока.

…

Подробнее о Ручной генератор переменного тока

Противо-ЭДС

Что он показывает:

Внезапное изменение тока в цепи индуктор-резистор создает очень большую противо-ЭДС. Если это сопротивление представляет собой лампочку, то во время изменения она будет светиться намного ярче, чем при постоянном токе.

E = -L ^dI / _dt

Принцип работы:

Схема состоит из лампочки на 6 В, соединенной параллельно с катушкой индуктивности на 10,5 мГн, как в рисунок 1. При подключенном аккумуляторе лампочка горит при номинальном напряжении 6В. Отключение батареи отправляет приложенное напряжение и, следовательно, ток к нулю. Быстро разрушающийся…

Подробнее о Back EMF

Закон Фарадея

Стержневой магнит или другой источник магнитного поля индуцирует ток в катушке с проводом, когда магнитный поток через катушку изменяется.

…

Подробнее о Законе Фарадея

Что такое индукция? — Консарк

Компании группы Inductotherm используют электромагнитную индукцию для плавления, нагрева и сварки в различных отраслях промышленности. Но что такое индукция? И чем он отличается от других способов нагрева?

Для типичного инженера индукционный метод нагревания — увлекательный. Те, кто не знаком с индукционным нагревом, могут удивиться тому, как кусок металла в змеевике за считанные секунды становится вишнево-красным . Оборудование для индукционного нагрева требует понимания физики, электромагнетизма, силовой электроники и управления технологическими процессами, но основные концепции индукционного нагрева просты для понимания.

Основы

Открытая Майклом Фарадеем индукция начинается с катушки из проводящего материала (например, меди). Когда ток течет через катушку, создается магнитное поле внутри и вокруг катушки. Способность магнитного поля совершать работу зависит от конструкции катушки, а также от величины тока, протекающего через катушку.

Направление магнитного поля зависит от направления тока, поэтому переменный ток через катушку приведет к изменению направления магнитного поля с той же скоростью, что и частота переменного тока. Переменный ток частотой 60 Гц заставит магнитное поле менять направление 60 раз в секунду. Переменный ток частотой 400 кГц заставит магнитное поле переключаться 400 000 раз в секунду.

Когда проводящий материал, заготовка, помещается в изменяющееся магнитное поле (например, поле, создаваемое переменным током), в заготовке возникает напряжение (закон Фарадея). Наведенное напряжение приведет к потоку электронов: ток! Ток, протекающий через заготовку, будет идти в направлении, противоположном току в катушке. Это означает, что мы можем контролировать частоту тока в заготовке, контролируя частоту тока в катушке.

Когда ток течет через среду, движению электронов будет оказываться некоторое сопротивление. Это сопротивление проявляется в виде тепла (эффект джоулевого нагрева). Материалы, которые более устойчивы к потоку электронов, будут выделять больше тепла при протекании через них тока, но, безусловно, можно нагреть материалы с высокой проводимостью (например, медь) с помощью индуцированного тока. Это явление имеет решающее значение для индукционного нагрева.

Что нам нужно для индукционного нагрева?

Все это говорит нам о том, что для индукционного нагрева необходимы две основные вещи:

1. Изменяющееся магнитное поле
2. Электропроводящий материал, помещенный в магнитное поле

Чем индукционный нагрев отличается от других методов нагрева?

Существует несколько способов нагрева объекта без индукции. Некоторые из наиболее распространенных промышленных методов включают газовые печи, электрические печи и соляные ванны. Все эти методы основаны на передаче тепла продукту от источника тепла (горелка, нагревательный элемент, жидкая соль) посредством конвекции и излучения. Как только поверхность продукта нагревается, тепло передается через продукт с теплопроводностью.

Продукты с индукционным нагревом не полагаются на конвекцию и излучение для доставки тепла к поверхности продукта. Вместо этого тепло генерируется на поверхности продукта потоком тока. Затем тепло от поверхности продукта передается через продукт с теплопроводностью. Глубина, на которую генерируется тепло напрямую с помощью индуцированного тока, зависит от того, что называется электрической эталонной глубиной .

Электрическая эталонная глубина  в значительной степени зависит от частоты переменного тока, протекающего через заготовку. Ток более высокой частоты приведет к меньшей электрической эталонной глубине , а ток более низкой частоты приведет к более глубокой электрической эталонной глубине . Эта глубина также зависит от электрических и магнитных свойств заготовки.

Электрическая эталонная глубина высоких и низких частот

Компании группы Inductotherm используют преимущества этих физических и электрических явлений для настройки нагревательных решений для конкретных продуктов и областей применения. Тщательный контроль мощности, частоты и геометрии катушки позволяет компаниям группы Inductotherm разрабатывать оборудование с высоким уровнем контроля процесса и надежности независимо от области применения.

Индукционная плавка

Для многих процессов плавка является первым этапом производства полезного продукта; индукционная плавка быстрая и эффективная. Изменяя геометрию индукционной катушки, индукционные плавильные печи могут вмещать загрузку, размер которой варьируется от объема кофейной кружки до сотен тонн расплавленного металла. Кроме того, регулируя частоту и мощность, компании группы Inductotherm могут обрабатывать практически все металлы и материалы, включая, помимо прочего: железо, сталь и сплавы нержавеющей стали, медь и сплавы на ее основе, алюминий и кремний. Индукционное оборудование разрабатывается индивидуально для каждого применения, чтобы обеспечить его максимальную эффективность.

Основным преимуществом индукционной плавки является индукционное перемешивание. В индукционной печи металлическая шихта плавится или нагревается током, генерируемым электромагнитным полем. Когда металл расплавляется, это поле также приводит в движение ванну. Это называется индуктивным перемешиванием. Это постоянное движение естественным образом перемешивает ванну, создавая более однородную смесь и способствуя сплавлению. Интенсивность перемешивания определяется размером печи, мощностью, подаваемой на металл, частотой электромагнитного поля и типом/количеством металла в печи. Величину индукционного перемешивания в любой данной печи можно регулировать для специальных применений, если это необходимо.

Индукционная вакуумная плавка

Поскольку индукционный нагрев осуществляется с помощью магнитного поля, заготовка (или нагрузка) может быть физически изолирована от индукционной катушки с помощью огнеупора или другого непроводящего материала. Магнитное поле будет проходить через этот материал, вызывая напряжение в нагрузке, содержащейся внутри. Это означает, что загрузку или заготовку можно нагревать в вакууме или в тщательно контролируемой атмосфере. Это позволяет обрабатывать химически активные металлы (Ti, Al), специальные сплавы, кремний, графит и другие чувствительные проводящие материалы.

Индукционный нагрев

В отличие от некоторых методов сжигания, индукционный нагрев точно контролируется независимо от размера партии. Изменение тока, напряжения и частоты с помощью индукционной катушки приводит к точно настроенному инженерному нагреву, идеально подходящему для точных применений, таких как цементация, закалка и отпуск, отжиг и другие формы термообработки. Высокий уровень точности имеет важное значение для критически важных приложений, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, оптоволокно, соединение боеприпасов, закалка проволоки и отпуск пружинной проволоки. Индукционный нагрев хорошо подходит для специальных применений металлов, таких как титан, драгоценные металлы и современные композиты. Точное управление нагревом, доступное с индукцией, не имеет себе равных. Кроме того, используя те же принципы нагрева, что и при нагреве в вакуумных тиглях, индукционный нагрев можно проводить в атмосфере для непрерывного применения. Например, светлый отжиг труб из нержавеющей стали.

Высокочастотная индукционная сварка

Когда индукция осуществляется с использованием тока высокой частоты (ВЧ), возможна даже сварка. В этом приложении очень небольшие электрические эталонные глубины , которые могут быть достигнуты с помощью ВЧ-тока. В этом случае полоса металла формируется непрерывно, а затем проходит через набор точно спроектированных валков, единственной целью которых является сжатие краев сформированной полосы вместе и создание сварного шва. Непосредственно перед тем, как сформированная полоса достигает комплекта валков, она проходит через индукционную катушку. В этом случае ток течет вниз вдоль геометрического «клина», образованного краями полосы, а не только снаружи образовавшегося канала. При протекании тока по краям полосы они нагреваются до подходящей температуры сварки (ниже температуры плавления материала). Когда кромки прижимаются друг к другу, весь мусор, оксиды и другие примеси вытесняются, в результате чего получается кузнечный сварной шов в твердом состоянии.

Будущее

С наступлением эпохи высокотехнологичных материалов, альтернативных источников энергии и необходимости расширения прав и возможностей развивающихся стран уникальные возможности индукции предлагают инженерам и проектировщикам будущего быстрый, эффективный и точный метод нагрева.

Индукционный нагрев – введение

Правильное тепло для лучшего мира

Что такое индукционный нагрев?

Индукционный нагрев — это беспламенный, быстрый, чистый, энергоэффективный и экологически чистый метод нагрева металлов и проводящих материалов.

Индукционный нагрев:

Быстро. Вырабатываемое тепло при индукционном нагреве является мгновенным. Для достижения однородной температуры поверхности 1000°C на небольших металлических компонентах требуется менее одной секунды.

Точно. Обеспечивается точно нужная температура только там, где это необходимо для отдельных заготовок, и, благодаря доступному диапазону частот, на нужной глубине. Мы можем настроить индукционные катушки практически для любой формы или размера заготовки. Индивидуальные змеевики обеспечивают оптимальную схему нагрева при минимальном потреблении энергии.

Управляемый. Транзисторные преобразователи и программное обеспечение для управления технологическим процессом обеспечивают полный контроль над всем процессом нагрева. Оборудование также может иметь встроенные устройства телеметрии для удаленной диагностики и удаленного мониторинга.

Повторяемый. Индукционный нагрев позволяет точно повторить желаемый цикл нагрева. (На самом деле, выделяемое преобразователем частоты тепло обычно колеблется всего в пределах 1-2%.) Вы можете дублировать все ключевые параметры: температуру, глубину проникновения, тепловую картину, скорость повышения температуры. Время разгона и выдержки можно предварительно установить и повторить.

Чистый, безопасный и компактный. Без газа, без открытого огня, без заметного повышения температуры окружающей среды и без чрезмерной площади пола, занимаемой печами, индукционный нагрев устойчив и превосходит другие методы нагрева.

Значения, используемые в этой таблице, являются приблизительными и предназначены для общего руководства. Производительность оценка трех методов нагрева может варьироваться от случая к случаю, в зависимости от используемого приложения, характеристики заготовки, навыки оператора и т. д.

приложений – когда и где использовать

Индукционный нагрев — это технология, затрагивающая практически все аспекты современной жизни, и индукционные решения EFD используются для изготовления всего, от кранов до космических кораблей, от солнечных батарей до бульдозеров.

Индукционное оборудование EFD

можно использовать практически для любого промышленного применения, связанного с термической обработкой металлов.

Поскольку многие из наших решений достаточно компактны, чтобы быть мобильными, вы найдете оборудование EFD Induction на морских платформах, ветряных электростанциях и электростанциях.

Нажмите на приложение, чтобы узнать больше:

Закалка

Повышает твердость и долговечность стали.

Индукционная закалка

Закалка

Оптимизирует механические свойства закаленных деталей.

Индукционная закалка

Пайка

Соединяет широкий спектр металлов, даже черных и цветных.

Индукционная пайка

Сварка

Индукционная сварка применяется для продольной сварки в трубной промышленности.

Индукционная сварка

Отжиг и нормализация

Снижает твердость, улучшает пластичность и снимает внутренние напряжения.

Индукционный отжиг и нормализация

Склеивание

Склеивает стальной и алюминиевый листовой металл, новые легкие композитные материалы и материалы из углеродного волокна.

Индукционная сварка

Предварительный нагрев

Предварительный индукционный нагрев — это процесс, при котором материалы или заготовки нагреваются с помощью индукции перед дальнейшей обработкой.

Индукционный предварительный нагрев

Последующий нагрев

Нагревайте заготовки или материалы, которые уже подверглись значительной обработке.

Индукционный постнагрев

Термоусадочный фитинг

Подгоняйте шестерни и кольца, ремонтируйте самолеты, поезда и грузовики, снимайте гигантские гайки и болты с турбин электростанций.

Индукционная термоусадка

Индукционное выпрямление

Сокращает время выпрямления палубы на целых 80 процентов.

Индукционное выпрямление

Нагрев болтов

Быстрое расширение болта в турбинах высокого давления.

Индукционный нагрев болтов

Удаление покрытия

Сокращает время удаления покрытия до 9 раз0 процентов.

Удаление краски и покрытия

Ковка

Нагревайте металлические детали до того, как им придадут форму или «деформируют» прессы или молотки.

Индукционная ковка

плавление

Наши решения позволяют плавить все, от черных и цветных металлов до ядерных материалов и медицинских/стоматологических сплавов.

Индукционная плавка

Проводной и кабельный обогрев

Наши решения идеально подходят для ключевых этапов производства и обработки кабельно-проводниковой продукции.

Индукционный проволочный и кабельный нагрев

Как работает индукционный нагрев?

Induction может превратить точно определенный участок металлического стержня в вишнево-красный цвет за считанные секунды. Как это возможно?

Давайте покажем вам!

Основы

Процесс индукционного нагрева основан на сочетании электромагнитной индукции и джоулева нагрева.

Индукционный нагрев — это процесс нагрева электропроводящего объекта (обычно металла) с помощью электромагнитной индукции, при котором внутри металла генерируются токи, а сопротивление материала приводит к джоулеву нагреву металла.

Большое количество переменного тока (AC) проходит через индукционную катушку (или электромагнит), которая охлаждается водой для предотвращения перегрева. В результате большой ток катушки генерирует мощные магнитные импульсы.

Эти магнитные импульсы заставляют электроны течь внутри куска металла. Этот внутренний поток электронов называется вихревым током (подобно завихрениям в потоке).

Различные преобразователи имеют разную выходную мощность и частоту. Выходная мощность, форма индукционной катушки и характеристики заготовки определяют картину нагрева. Глубина проникновения тепла в заготовку зависит от частоты: чем ниже частота, тем глубже проникновение.

Это означает, что индукционный нагрев можно использовать для различных целей, таких как закалка, отпуск, сварка, пайка и соединение.

(для более подробного объяснения его физической части перейдите к последней главе этой статьи).

Не нагревается. Компонент не касается. Так как же спираль может нагреть металл до вишнево-красного цвета за несколько секунд?

Качество превыше всего

Индукционная катушка, также известная как «индуктор», необходима для процесса индукционного нагрева.

Таким образом, правильно спроектированная, изготовленная и обслуживаемая индукционная катушка имеет решающее значение для общей эффективности решений для индукционного нагрева. Вот почему мы в EFD Induction вкладываем так много средств в высококвалифицированных специалистов по катушкам и передовое оборудование для проектирования катушек.

Компания EFD Induction предлагает, пожалуй, самые передовые в мире программы изготовления катушек и ухода за ними. Мы не только разрабатываем и изготавливаем катушки по индивидуальному заказу для любых материалов и областей применения, но также предлагаем решения для профилактического обслуживания и логистики катушек.

Эти инициативы гарантируют, что вы всегда будете использовать правильные катушки, а их срок службы будет максимальным.

Если вы хотите узнать больше о нас или о технических и коммерческих преимуществах индукционного нагрева, свяжитесь с нами.

Компания EFD Induction имеет многолетний опыт проектирования и поставки индивидуальных, долговечных катушек для всего спектра применений и материалов.

Быстрее. Лучше. Более дешевый.

Технические характеристики индукционного нагрева обеспечивают три ключевых преимущества:

— Улучшена пропускная способность.

— Лучшее и стабильное качество.

— Снижение затрат.

Пропускная способность

Интеграция индукционного нагрева в производственную линию повышает эффективность производства. Вы сокращаете время выполнения заказа и увеличиваете пропускную способность. Сам процесс нагревания происходит быстрее, чем при использовании открытого огня или духовки.

Точная воспроизводимость означает, что вы будете работать быстрее, потому что у вас все получится с первого раза.

Качество

Качество улучшается, потому что вы можете применять заданные температуры к предварительно заданным частям отдельных заготовок. А поскольку индукционные катушки изготавливаются специально для конкретных заготовок, вы заранее знаете характер нагрева.

Кроме того, точная подача тепла означает, что любые соседние компоненты и/или материалы остаются невредимыми в процессе нагрева.

Затраты

Затраты снижаются благодаря сокращению сроков выполнения заказов и увеличению пропускной способности.

Встроенный индукционный нагрев снижает административные и логистические затраты.

Выход продукции растет. Быстрые циклы нагрева, точная доставка и точная воспроизводимость минимизируют отходы и брак.

Затраты на электроэнергию снижаются, потому что вы нагреваете только то, что вам нужно для нагрева — нет дорогостоящих потерь тепла, как в обычных печах.

(Индукционные преобразователи частоты EFD особенно эффективно снижают затраты на электроэнергию, поскольку они имеют доказанный более высокий КПД и коэффициент мощности, чем преобразователи конкурентов.)

Кроме того, поскольку индукционный нагрев позволяет отказаться от опасного газа и открытого огня, вы можете договориться о снижении страховых взносов.

 

Какую пользу может принести индукционный нагрев моему бизнесу?

Банка персиков, корпус круизного лайнера, банка йогурта, турбины электростанций, кабели под землей, трубопроводы под волнами и бессчетное количество поездов, самолетов и автомобилей.

Эти разные продукты объединяет то, что для их изготовления, технического обслуживания, ремонта и переработки используется индукционный нагрев. (На случай, если баночка из-под йогурта вас заинтриговала, индукционный нагрев прикрепляет крышку из фольги к пластиковому контейнеру. Что касается консервированных персиков, индукционный нагрев помогает покрыть жестяную банку изнутри банки, чтобы консервированные продукты оставались незапятнанными.)

Проще говоря, наши решения для индукционного нагрева можно с выгодой использовать практически в любых промышленных приложениях, где требуется тепло.

Компания EFD Induction занимается разработкой индукционных технологий более 70 лет. Наш уникальный опыт и ноу-хау делают нас идеальным партнером для консультирования и руководства, независимо от ваших потребностей в отоплении.

Наши закалочные машины, например, широко используются в автомобильной и автомобильной промышленности для поверхностной закалки и отпуска механических деталей, таких как валы, шестерни, оси и клапаны. Вы также найдете наши преобразователи для отверждения клеев, которые соединяют панели кузова в дверях, капотах и ​​крышках палубы.

Помимо автомобильных и автомобильных сегментов, оборудование EFD Induction обычно используется в электротехнической, металлургической и литейной, трубной, проводной и кабельной, авиационной, судостроительной, бытовой, стекольной, плазменной и оптоволоконной промышленности.

Компания EFD Induction занимается разработкой решений для индукционного нагрева с 1950 года. Сегодня мы являемся одним из крупнейших в мире производителей промышленного индукционного оборудования.

Нажмите на отрасль ниже, чтобы узнать больше о преимуществах:

---

Автомобильный

Автомобильные компоненты должны нагреваться в соответствии с самыми высокими стандартами с помощью решений, отвечающих жестким требованиям автомобильной промышленности по контролю затрат.

Индукционный нагрев для автомобильной промышленности

Авиация

Качество продукции и согласованность процессов имеют решающее значение для авиационной отрасли.

Индукционный нагрев для авиационной промышленности

Техника

EFD Induction поставляет оборудование для индукционного нагрева ведущим мировым производителям холодильников, морозильников, посудомоечных и стиральных машин, а также смесителей.

Индукционный нагрев для бытовой техники

Электротехнический

Наше оборудование выполняет множество ответственных задач в электротехнической промышленности.

Индукционный нагрев для электротехнической промышленности

Электродвигатели и насосы

Компания EFD Induction является экспертом в разработке индивидуальных систем индукционного нагрева для различных применений электродвигателей и насосов.

Индукционный нагрев электродвигателей и насосов

Выработка энергии

Наше оборудование выполняет множество ответственных задач на электростанциях, химических заводах, нефтегазоперерабатывающих заводах и ветряных электростанциях.

Индукционный нагрев для энергетики

ОВКВ

Будь то отопление, вентиляция или кондиционирование воздуха, EFD Induction предлагает оптимальное решение для индукционного нагрева.

Индукционный нагрев для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Нефти и газа

EFD Induction помогает нефтегазовым сервисным компаниям с середины 1990-х годов.

Индукционный нагрев для нефтегазовой промышленности

Металл и литейное производство

За последние пять десятилетий мы лидировали в разработке решений для экономии времени и денег в этом секторе.

Индукционный нагрев для металлургической и литейной промышленности

Железнодорожный

Непревзойденная точность, контроль и эффективность индукционного нагрева делают его идеальным решением для ключевых задач в производстве и обслуживании подвижного состава и рельсов.

Индукционные нагревательные решения для железнодорожной отрасли

Судостроение

Мы поставляем оборудование для индукционного нагрева, которое используется на верфях по всему миру для строительства, ремонта и технического обслуживания всех видов судов.

Индукционный нагрев для судостроения

Трубка и трубка

Превосходная надежность, эффективность и надежность наших высокочастотных полупроводниковых трубосварочных аппаратов Weldac подтверждают нашу лидирующую позицию в качестве поставщика экономичных систем с длительным временем безотказной работы.

Индукционный нагрев для трубной промышленности

Провод и кабель

Индукционный нагрев идеально подходит для решения многих ключевых задач при производстве и обработке кабельно-проводниковой продукции.

Индукционный проволочный и кабельный нагрев

Удивительные факты об индукционном нагреве

 

— Преобразователь частоты EFD Induction с выходной мощностью 100 кВт может закаливать вал диаметром 60 мм на глубину 2 мм (800°C на 2 мм) со скоростью подачи 1 м в минуту.

— Используя один из наших мобильных конвертеров, вы можете нагреть 1 кг стали с 20°C до 800°C всего за пять секунд. Это скорость повышения температуры на 160°C в секунду.

— Индукционный нагрев в десять раз эффективнее обычных печей при отверждении клея в автомобильных капотах. Для отверждения одного колпака обычно требуется 220 кВт. Поскольку индукционный нагрев использует 340 кВт от сети, КПД составляет 65%. Обычные печи потребляют около 4000 кВт на вытяжку, что дает КПД всего 5,5%.

 

---

Время для краткого урока физики

Явления индукционного нагрева начинаются с создания магнитного поля путем подачи переменного тока через катушку.

Сила поля пропорциональна току, проходящему через катушку. Поле сосредоточено в области, содержащейся в катушке, и его величина определяется силой тока и количеством витков в катушке. (См. рис. 1).

Рис. 1: Переменный ток проходит через катушку, создавая магнитное поле (синие линии).

Вихревые токи индуцируются в любом электропроводящем объекте, например в металлическом стержне, помещенном внутри катушки. (Вихревые токи (также называемые токами Фуко) представляют собой петли электрического тока, индуцируемые внутри проводников изменяющимся магнитным полем в проводнике в соответствии с законом индукции Фарадея. )

В области, где текут вихревые токи, явление сопротивления затем генерирует тепло. Увеличение силы магнитного поля увеличивает эффект нагрева.

Однако на общий эффект нагрева также влияют магнитные свойства объекта и расстояние между ним и катушкой. (Рисунок 2)

Рис. 2: Вихревые токи индуцируются (отсюда термин «индукция») на поверхности заготовки внутри катушки. Обратите внимание, что индукция — это бесконтактный метод нагрева, когда катушка фактически не касается заготовки.

Вихревые токи создают собственное магнитное поле, противодействующее первоначальному полю, создаваемому катушкой. Это противодействие препятствует немедленному проникновению исходного поля в центр объекта, окруженного катушкой.

Вихревые токи наиболее активны вблизи поверхности нагреваемого объекта, но значительно ослабевают по направлению к центру. (Рис. 3)

 Расстояние от поверхности нагретого объекта до глубины, где плотность тока падает до 37 %, называется глубиной проникновения. Эта глубина увеличивается пропорционально уменьшению частоты. Поэтому очень важно выбрать правильную частоту для достижения желаемой глубины проникновения.

Рис. 3: Глубина проникновения тесно связана с частотой, временем нагрева, потребляемой мощностью и характеристиками заготовки.

Как мы можем вам помочь?

Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам.

Свяжитесь с нами

Глоссарий

Отжиг — это термическая обработка, которая изменяет микроструктуру материала, вызывая изменения его свойств, таких как прочность и твердость. Это процесс, который создает равновесные условия путем нагревания материала и поддержания его при подходящей температуре, а затем очень медленного охлаждения.

Процесс используется для придания мягкости, снятия внутренних напряжений, уточнения структуры и улучшения свойств при холодной обработке.

Склеивание представляет собой структурное соединение деталей с помощью клея, отверждаемого при повышенной температуре.

Пайка или «твердая пайка» представляет собой процесс соединения, при котором цветной присадочный металл или сплав нагревают до температуры плавления выше 450°C (800°F) и распределяют между двумя или более плотно прилегающими частями за счет капиллярного действия.

Точка Кюри (также называемая температурой Кюри) — это температура, при которой некоторые магнитные материалы претерпевают резкое изменение своих магнитных свойств.

Спецификация: температура, при которой происходит переход между ферромагнитной и парамагнитной фазами. Выше точки Кюри ферромагнитный материал является чисто парамагнитным.

Вихревой ток (также известный как ток Фуко) вызывается переменным во времени магнитным полем, пересекающим проводник или наоборот.

Электромагнитная индукция — это создание разности электрических потенциалов (или напряжения) на проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном потоке.

Флюс используется при пайке для удаления оксидов, предотвращения окисления и увлажнения мест соединения. Излишки флюса следует удалить, когда соединение будет завершено. Флюс, оставшийся в соединении, может привести к коррозии.

Преобразователь частоты — источник питания переменного тока высокой частоты. Современные преобразователи частоты для индукции основаны на полупроводниковой технологии.

Индукционная катушка представляет собой катушку, пропускающую переменный ток высокой или средней частоты и предназначенную для индукции вихревых токов для нагрева объектов, расположенных внутри катушки.

Индуцированный ток также создает собственное магнитное поле, противоположное полю, создаваемому катушкой, тем самым предотвращая проникновение последнего поля в центр нагретого объекта.

Индукционный нагрев представляет собой процесс нагрева электропроводящего материала с помощью электромагнитной индукции, при котором внутри материала генерируются вихревые токи, а его сопротивление приводит к нагреву.

Индукционная поверхностная закалка — это процесс закалки поверхности стальных или чугунных изделий путем нагревания только поверхности для образования мартенситной микроструктуры в зоне нагрева после закалки.

Магнитный поток — это интеграл магнитного поля, умноженный на перпендикулярную площадь, через которую оно проходит.

Нормализация означает нагрев сплава черных металлов до подходящей температуры выше диапазона превращения и затем охлаждение его на воздухе до температуры существенно ниже диапазона превращения. Сталь нормализуют, чтобы уменьшить размер зерна, сделать ее структуру более однородной или улучшить обрабатываемость.

Глубина проникновения — это расстояние от поверхности до глубины, где плотность тока упала до 37%. Глубина проникновения увеличивается с уменьшением частоты.

Важно, чтобы частота выбиралась с учетом размеров и электрических свойств объекта, который необходимо нагреть.

Последующий нагрев сварных изделий происходит сразу после сварки, для отпуска, для снятия напряжений или для обеспечения регулируемой скорости охлаждения для предотвращения образования твердой или хрупкой структуры.

Предварительный нагрев происходит перед применением к материалу нагрева или механического процесса.

Закалка обычно означает быстрое охлаждение металлов и сплавов ниже критического диапазона температур для их упрочнения.

Мягкая пайка — это процесс низкотемпературной пайки с использованием припоя с температурой плавления ниже 450 °C (800 °F).

Нержавеющая сталь — это общее название сплавов стали, устойчивых к коррозии и окислению (ржавчине). К ним обычно относятся:

— Аустенитная сталь — самая многочисленная категория нержавеющих сталей, на долю которой приходится около 70% всего производства. Аустенитный класс обеспечивает наибольшую устойчивость к коррозии в группе нержавеющих сталей благодаря значительному содержанию никеля (Ni) и более высокому содержанию хрома (Cr). Сталь немагнитна и не имеет точки Кюри.

— Ферритная сталь — второй по величине класс нержавеющей стали, на который приходится примерно 25% производства нержавеющей стали. Ферритные нержавеющие стали представляют собой простые хромистые (Cr) стали без значительного содержания никеля (Ni); отсутствие никеля приводит к более низкой коррозионной стойкости, чем у аустенитных (хромоникелевых нержавеющих сталей). Сталь магнитна и имеет точку Кюри.

— Мартенситная сталь — небольшая категория нержавеющей стали, характеризующаяся применением термической обработки для упрочнения и упрочнения. Мартенситные нержавеющие стали представляют собой простые хромистые (Cr) стали без значительного содержания никеля (Ni). Сталь магнитна и имеет точку Кюри.

Отпуск — это процесс повторного нагрева, повышающий пластичность и ударную вязкость закаленной структуры (мартенсита). Микроструктура закаленной и отпущенной стали называется мартенситом отпуска.

Сварка труб в этой связи представляет собой метод продольной сварки стальных и алюминиевых труб, труб и профилей с использованием индукционных катушек или электрических контактов.

Сырье сматывается в рулоны и разрезается на полосы шириной и толщиной, соответствующими размерам конечного продукта. Полоса подается на формовочно-сварочную линию и формуется роликами перед сваркой кромок. Процесс сварки осуществляется без использования присадочного металла или сплава, так как кромки нагреваются до температуры ковки и прижимаются друг к другу.

Видео-урок: Электромагнитная индукция в трансформаторах

Стенограмма видео

В этом видео мы узнаем о электромагнитная индукция в трансформаторах. Узнаем, что такое трансформеры, как они работают, и как они используют это явление электромагнитной индукции.

Прежде чем начать, давайте вспомним, что электромагнитная индукция стоит на первом месте. Идея такова. Если мы возьмем петлю проводки материала, то если мы изменим магнитное поле, испытываемое поперечным сечением области этой петли, то мы индуцируем в ней ток.

Один из способов изменить магнитное поле, которое испытывает участок петли, состоит в том, чтобы пропустить магнит через петля. Другой способ — держать магнит стационарно, но измените размер петли, скажем, сделав ее больше или меньше или даже сохраняя тот же общий размер, но поворачивая его так, чтобы общая открытая площадь к изменениям магнитного поля. Любой и все эти методы будут имеют общее влияние изменения магнитного поля, испытываемого петлей, и следовательно, индуцируя ток в нем. И этот процесс известен как электромагнитная индукция.

Одно из самых полезных приложений электромагнитной индукции преобразует электрическую энергию. Теперь основная идея позади преобразование электроэнергии это. Когда электричество вырабатывается на электростанции, это при напряжении, разности потенциалов, которая намного выше, чем у нас может безопасно или разумно использовать в жилом контексте. Но для электричества чтобы добраться от места его создания до места его использования, наиболее эффективным способом является держите его на очень высокой разности потенциалов. Таким образом, наименьшая мощность возможно теряется в процессе передачи. Это означает, что незадолго до того, как мы использовать его, мы хотели бы иметь возможность преобразовывать электричество, которое мы получаем от энергии завод. Это преобразование, как мы увидим, зависит от электромагнитной индукции.

Внешний вид электрического трансформатора как это. Есть три основные части, чтобы Это. Во-первых, известна катушка провода в качестве первичной катушки. Это провод, по которому электричество подается на трансформатор. Затем, напротив первичной катушки это так называемая вторичная катушка. Это катушка провода, которая будет на нем индуцируется напряжение и, следовательно, в нем индуцируется ток. А потом, соединив эти два катушки — это то, что называется сердечником. Как видим, тип материала ядро сделано из оказывает значительное влияние на производительность трансформер в целом.

Вот как происходит трансформация процесс работает. Во-первых, ток течет через первичная катушка. Мы назовем этот текущий 𝐼 sub p to показать, что он находится в первичной катушке. Этот ток проходит вокруг каждого один из витков первичной обмотки, намотанной на сердечник. И вот, наконец, он возвращается Обратная сторона. Теперь, если это все, что произошло в трансформере это было бы довольно скучно. И это действительно не сработает много. Но в этот момент мы можем вспомнить что проволочная петля, когда по ней течет ток, создает магнитное поле. И, в частности, если у нас есть петля провода, по которой ток течет в этом направлении, как показано, затем на основе по так называемому правилу правой руки, магнитное поле, создаваемое этой петлей в центр петли указывает прямо вверх.

Зная, что если мы вернемся к наша первичная катушка, которую мы видим, несколько раз обернута вокруг сердечника, мы осознать, что каждая из этих отдельных петель, этих обмоток сама по себе является петля тока. И это создает магнитное поле что указывает вверх. Комбинированное воздействие магнитного поле от всех этих отдельных петель довольно сильное. И в целом у нас достаточно мощное магнитное поле, направленное снизу вверх. Теперь вот где ядро поступает материал. Одна из основных целей сердечник трансформатора должен направлять силовые линии магнитного поля вокруг сердечника, как хотя они движутся по кругу.

Это означает, что поле произвело в обмотках первичной катушки, затем проходит по всей остальной части сердечник и также проходит через обмотки вторичной катушки. И это мы можем видеть, где электромагнитная индукция. Давайте на мгновение взглянем на одно один из этих контуров во вторичной обмотке. И мы посмотрим на это, как если бы мы смотрим прямо сверху на эту петлю. В этом случае цикл будет выглядеть для нашего глаза вот так, как круг. И что бы мы увидели, если бы могли видите их, эта линия магнитного поля проходит через экран, с нашей точки зрения, через центр петли. Так, а раньше не было магнитное поле, движущееся по этой петле, теперь есть поле.

Другими словами, есть изменение в магнитное поле, испытываемое областью этой петли. Вот именно такой эффект что за счет электромагнитной индукции будет индуцироваться ток в этом петля. По причинам, в которые мы не будем вдаваться в этом уроке ток течет в этом направлении с нашей точки зрения, против часовой стрелки. Конечно, что мы смотрим здесь всего одна петля из множества петель вторичной обмотки. Так это происходит у всех эти отдельные петли. Итак, наконец, это вызвало ток выводится через вторичную катушку. И это продолжается во что бы то ни стало Применение может быть, возможно, в жилом районе.

Вернемся к 𝐼 p, текущему через первичную катушку, на мгновение. Если бы этот ток был постоянным в время, то еще магнитное поле будет формироваться через петли катушки. И это поле будет нести через ядро. Но после петель вторичная катушка изначально подверглась этому изменению, после этого будет больше никаких изменений. Линии поля останутся такой же. И если больше нет изменений в суммарное магнитное поле через эти петли, то тока больше не будет индуцируется в них. Чтобы трансформатор работал правильно, ток в первичной обмотке должен быть переменным током, AC.

В таком случае это означает, что силовые линии магнитного поля в ядре постоянно меняются по величине. И когда это происходит, это означает что каждая из обмоток во вторичной катушке всегда видит различные магнитные поля движутся через него. То есть происходит постоянное изменение в магнитном поле через обмотки вторичной катушки и, следовательно, будет постоянно индуцировать напряжение и, следовательно, ток в этой катушке. Все, что сказать, для трансформатора, очень важно работать на переменном токе.

Мы сказали, что текущий через первичную катушку 𝐼 подп. А давайте представим дальше, что мы знать напряжение этого тока. Мы назовем это напряжение 𝑉 sub п. Допустим, это 500 вольт. И тогда, если мы перейдем к вторичная катушка, мы можем сказать, что ток на выходе есть 𝐼 sub s и что напряжение вывод есть 𝑉 sub s. Но вопрос в том, что это Напряжение? Какова разность потенциалов индуцированная во вторичной обмотке? Хотите верьте, хотите нет, но мы можем решить для 𝑉 sub s, зная 𝑉 sub p, а также зная количество оборотов, которые каждый из две катушки, первичная и вторичная, образуют вокруг сердечника.

В общем если позвонить по номеру обмоток первичной катушки 𝑁 sub p и называем количество обмоток или витков вокруг сердечника вторичной катушки 𝑁 sub s, тогда мы можем написать это очень аккуратно уравнение. 𝑉 sub s разделить на 𝑉 sub p равно равно 𝑁 sub s, деленному на 𝑁 sub p. Другими словами, отношение разность потенциалов равна отношению витков. В каком-то смысле это довольно очаровательный. Но, как мы думаем об этом, это делает смысл. Чем больше витков делает катушка вокруг ядра, тем больший вклад он будет вносить в напряженность магнитного поля в основной. И чем больше это магнитное поле на сердечник изменяется, тем большее напряжение будет индуцироваться во вторичной обмотке.

Это соотношение говорит нам, что поскольку мы знаем 𝑉 sub p, если бы мы подсчитали 𝑁 sub p и 𝑁 sub s, то мы могли бы используйте всю эту информацию, чтобы найти 𝑉 sub s. Давайте сделаем это; давайте посчитаем 𝑁 sub p и 𝑁 sub s. Начиная с 𝑁 sub p, мы можем считайте эти обороты как один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, общий. Таким образом, применяя это уравнение, мы имеем 𝑉 sub s, то, что мы хотим решить, разделить на 𝑉 sub p, 500 вольт, равно 𝑁 sub s, что мы сейчас узнаем, делим на девять количество витков в первичная катушка.

Переходим к подсчету 𝑁 сабвуферов, это один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, 10, 11, 12 оборотов. Таким образом, мы заполняем 12 для 𝑁 sub s в наше уравнение. Тогда, если мы умножим обе части на 500 вольт, находим, что напряжение во вторичной обмотке равно 12 деленному на девять раз по 500 вольт. Это то же самое, что четыре трети умножить на 500 вольт, что составляет примерно 667 вольт. Это изменение с 𝑉 sub p на 𝑉 sub Вот почему это называется трансформатором.

Теперь мы можем задаться вопросом, а как насчет токи 𝐼 sub p и 𝐼 sub s? Можем ли мы решить для тех, кто основан на число витков каждой катушки? Ответ заключается в том, что мы можем, но соотношение перевернуто от отношения для напряжения. Под этим мы подразумеваем, что если мы возьмем отношение числа витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной, это равно первичному току, деленному на вторичный ток. Поэтому мы должны быть осторожны с нашими нижние индексы здесь, ss и ps, и чтобы они были прямыми.

Возвращаясь к нашему обсуждению напряжения, мы видим, что первичное напряжение меньше, чем вторичное напряжение. Когда это происходит, это означает, что Функция трансформатора заключается в повышении напряжения с первичной на вторичная катушка. Когда это происходит, когда 𝑉 sub s больше, чем 𝑉 sub p, трансформатор описывается как повышающий трансформатор. А может случиться и наоборот Что ж. Когда вторичное напряжение меньше чем первичное напряжение, трансформатор называется понижающим трансформатором.

Прежде чем мы немного потренируемся на примере поговорим о сердечнике трансформатора. С точки зрения эффективности, ядро очень важно. В частности, материал, который мы выбор сделать ядро ​​из повлияет на то, насколько хорошо энергия передается от первичной на вторичную катушку. Из всех материалов, которые мы могли выбрать сделать ядро ​​из, мы хотели бы выбрать материал, который намагничиваемый. То есть тот, который становится магнитом при воздействии магнитного поля. И мы также хотели бы материал, который может быстро реагировать на быстро меняющиеся магнитные поля в обмотках этих катушки.

Ведущий материал для этого железо. И очень часто делают сердечники трансформаторов из этого металла. Это материал, который помогает канала, а также усиливать магнитное поле внутри сердечника. Теперь, когда мы немного знаем о Трансформеры, давайте попрактикуемся в решении вопроса об одном из них.

Понижающий трансформатор изменяет разность потенциалов переменного тока от 10000 вольт до 250 вольт. Если на вторичной обмотке 25 витков. катушка, сколько витков на первичной обмотке?

Ладно, допустим, это наш трансформатор. Это наша первичная катушка и здесь наша вторичная катушка. Нам говорят, что потенциал разница в первичной катушке, которую мы будем называть 𝑉 sub p, равна 10000 вольт. А разность потенциалов в вторичная катушка, которую мы назовем 𝑉 sub s, составляет 250 вольт. Нам также говорят, что вторичное катушка нашего трансформатора имеет 25 витков. Мы назовем этот номер 𝑁 саб с. И если мы назовем количество оборотов в первичной катушке 𝑁 sub p это то значение, которое мы хотим найти. Для этого мы можем вспомнить соотношение между первичным и вторичным напряжением и числом витков. Это отношение говорит о том, что отношение витков первичной обмотки к вторичной равно отношению потенциалов отличия первичного от вторичного.

В этих отношениях мы хотим найдите 𝑁 sub p, количество витков в первичной обмотке. Итак, чтобы сделать это, мы можем умножить оба стороны уравнения на число витков во вторичной обмотке. Это означает, что этот термин, 𝑁 sub s, сокращается в левой части нашего уравнения. Мы находим, что 𝑁 sub p равно 𝑉 sub p разделить на 𝑉 sub s все умножить на 𝑁 sub s. А так как мы знаем 𝑁 sub s, 𝑉 sub p и 𝑉 sub s, теперь мы можем подставить эти значения в это уравнение. 𝑉 sub p 10000 вольт, 𝑉 sub s равно 250 вольт, а 𝑁 sub s равно 25. Вычисляя этот результат, находим ответ 1000. Это количество витков, которые в первичной обмотке этого трансформатора.

Давайте на минутку обобщить то, что мы узнали об электромагнитной индукции в трансформаторах.

В этом уроке мы видели, что трансформаторы изменяют напряжение и ток в процессе электромагнитного индукция.