Mgr. Jan Ptáčník. Elektrodynamika. Fyzika - kvarta! Gymnázium J. V. Jirsíka

Transkript

1 Mgr. Jan Ptáčník Elektrodynamika Fyzika - kvarta! Gymnázium J. V. Jirsíka

2 Vodič v magnetickém poli Vodič s proudem - M-pole! Vložení vodiče s proudem do vnějšího M-pole = interakce pole vnějšího a pole vodiče! Na vodič působí magnetická síla F m! Směr - pravidlo levé ruky

3 Vodič v magnetickém poli Důsledky:! pohyb magnetu! pohyb vodiče (ukázka)! Využití: reproduktor a mikrofon, elektromotor, generátory,

4 Zobecnění Platí i pro pohyb nabité částice! zakřivení trajektorie (ukázka)! při průletu kolmo k m.i.č. je trajektorií kružnice! Využití: televize(ukázka), urychlovače částic,! Příroda: aurora borealis

5 Vzájemné působení vodičů Dva rovnoběžné vodiče = dvě M-pole! Interakce dvou M-polí = síla působící na oba vodiče

6 Vzájemné působení vodičů Definice ampéru dle silového působení dvou vodičů navzájem.! Jeden ampér je elektrický proud, jehož průchodem je mezi dvěma rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného průřezu umístěnými ve vakuu a vzdálenými od sebe 1 m vyvolána vzájemná síla o velikosti 0,2 μn na metr délky.

7 Vzájemné působení vodičů Síly mezi vodiči = elektrodynamické síly! Využití: wattmetry! Petřinova spirála

8 Magnetická indukce Odvozená fyzikální veličina (vektorová)! značka: B! základní jednotka: T (tesla)! popisuje velikost magnetického pole! směr tečny k m.i.č.! měření: teslametry

9 Magnetická indukce B zemské magnetické pole v ČR 48 μt povrch Slunce μt sluneční skvrna 0,1-0,2 T školní magnet 0,1-0,4 T silný elektromagnet 2 T

10 Magnetická síla Působí na vodič s proudem v M-poli! F m = B I l" jen v případě, že jsou m.i.č. kolmé k vodiči

11 Magnetická síla Využití:! reproduktor! magnetoelektrický ampérmetr

12 Příklad 1 Na vodič délky 20 m působí v magnetickém poli síla o velikosti 4 mn. Vodičem prochází proud 25 A. Určete magnetickou indukci vnějšího magnetického pole.

13 Elektromagnetická indukce Vznik elektrického napětí vlivem proměnného magnetického pole! Ve vodiči vzniká indukovaný elektrický proud! Záleží na velikosti a rychlosti změny

14 Elektromagnetická indukce Využití: mikrofon, svítilny, zapalovací svíčky, indukční vařič, elektrická kytara, generátory napětí,...

15 Generátory napětí Přeměna mechanické energie na elektrickou energii.! Generátor střídavého napětí = alternátor.

16 Generátory napětí Přeměna mechanické energie na elektrickou energii.! Generátor stejnosměrného napětí = dynamo.

17 Generátory napětí Přeměna mechanické energie na elektrickou energii.! Generátor stejnosměrného napětí = dynamo.

18 Generátory napětí Porovnání - animace

19 Střídavý proud Časový průběh napětí

20 Střídavý proud Speciální typ: harmonické napětí! frekvence! perioda! amplituda napětí! efektivní hodnota napětí: U ef = 0,7 U max

21 Třífázové napětí Zdroj = třífázový alternátor (animace)

22 Třífázové napětí Fázové napětí (230 V)! Sdružené napětí (400 V)

23 Transformátory Zvyšuje/snižuje efektivní hodnotu střídavého! napětí a proudu

24 Transformátory Transformační poměr k: " k < 1: transformace dolů! k = N 2 N 1 = U 2 U 1 k > 1: transformace nahoru! Poměr elektrických proudů: I 2 I 1 = U 1 U 2

25 Transformátory Účinnost: cca. 98%! Problém: tepelné ztráty (olej)! Silné magnetické pole

26 Transformátory Využití:! oddělovací transformátory,! transformátorové stanice rozvodné sítě,! nabíječky,! Teslův transformátor,! svářečka, pájka,

27 Příklad 2 Primární cívka transformátoru má 200 závitů a je připojena k síťovému napětí. Z transformátoru potřebujeme odebírat napětí 5,75 V a výkon 11,5 W. Určete počet závitů na sekundární cívce a proud na primární i sekundární cívce.

28 Příklad 3 Primární cívka má 120 závitů. Na primární cívce je připojeno 20 V a prochází jí proud 50 ma. Na sekundární cívce odebíráme napětí 110 V. Určete proud procházející sekundární cívkou a počet jejích závitů. Jak se změní vysledek, pokud bude účinnost transformátoru 90%?

29 Elektromotory Přeměna elektrické energie na mechanickou! Využití magnetické síly! Opačný princip než alternátor a dynamo! Stejnosměrné a střídavé elektromotory

30 Cívka Využití: magnetické pole (jádro)! Charakteristika: indukčnost L " Stejnosměrný proud - prochází! Střídavý proud - prochází částečně

31 Kondenzátor Využití: uchování elektrického náboje! Charakteristika: kapacita C! Stejnosměrný proud: po nabití neprochází! Střídavý proud: prochází

32 Elektromagnetické kmitání Zdroj: LC obvod! Vznik elektromagnetických kmitů! Důvod: harmonická přeměna energie magnetického (cívka) a elektrického (kondenzátor) pole

33 Elektromagnetické kmitání Vznikají tlumené kmity! Frekvence závisí jen na indukčnosti a kapacitě!! Dodávání energie - netlumené kmity - EM oscilátor

34 Elektromagnetické kmitání Využití:! televize! rádio! mobilní telefony! běžné elektrospotřebiče

35 Elektromagnetické vlnění Elektrické pole - elektrické siločáry! Magnetické pole - magnetické indukční čáry! Vzájemná souvislost polí! Zdroj EM vln - EM oscilátor (LC obvod)

36 Elektromagnetické vlnění Vznik - dvouvodičové vedení! Rozpojení na konci - stojatá EM vlna! Vzniká otevřený půlvlnný dipól

37 Elektromagnetické vlnění Šíření vlnení:! Odraz vlnení! Ohyb vlnení! Rychlost šíření: c = m/s ve vakuu

38 Elektromagnetické vlnění Využití:! Přenos signálu! GPS! Radar, detektor kovů! Mikrovlnná trouba (magnetron)

39 Elektromagnetické vlnění Spektrum elektromagnetického vlnení

40 Příklad 4 Určete vlnové délky elektromagnetického vlnění radiových stanic Evropa 2 (104,3 MHz) a Faktor (90,5 MHz).