FYZIKA 3. ROČNÍK. Nestacionární magnetické pole. Magnetický indukční tok. Elektromagnetická indukce. π Φ = 0. - magnetické pole, které se s časem mění

Transkript

1 FYZKA 3. OČNÍK - magntické pol, ktré s s časm mění Vznik nstacionárního magntického pol: a) npohybující s vodič s časově proměnným proudm b) pohybující s vodič s proudm c) pohybující s prmanntní magnt nbo lktromagnt Magntický indukční tok ovinný závit (smyčka) obsahu v mgn. poli s vktorm mgn. indukc B : kalární vličina Φ = B cosα s nazývá magntický indukční tok udává úhrnný tok magntické indukc plochou závitu α úhl, ktrý svírá normála plochy s vktorm mgn. indukc [Φ] = T m 2 = Wb wbr α B j-li α = 0 Φ = B j-li α = 2 π Φ = 0 n Časová změna Φ nastan při časové změně alspoň jdné z vličin B,, α Časová změna magntického indukčního toku Φ: Φ Magntický indukční tok pro válcovou cívku o N závitch a průřzu : Φ = N B cosα α úhl mzi osou cívky a B Elktromagntická indukc 1831 Faraday - obvod s cívkou a voltmtrm s nulou uprostřd; tyčový magnt přibližujm a vzdalujm od cívky N Při přibližování magntu ukáž voltmtr výchylku, při vzdalování ukáž opačnou výchylku. ychljším pohybům magntu odpovídají větší výchylky voltmtru. tjné V

2 FYZKA 3. OČNÍK výsldky dostanm, nchám-li magnt v klidu a pohybujm cívkou. Na cívc s v uvdných případch indukuj lktromotorické napětí a obvodm prochází tzv. indukovaný proud. Magnt nahradím cívkou, ktrou připojím přs rostat k akumulátoru. Vznikn primární obvod P, ktrým protéká proud a skundární obvod. P V V skundární cívc s indukuj lm. napětí při jakékoliv změně proudu v primární cívc nbo při změně vzájmné polohy cívk. Při zmnšní nbo vypnutí proudu ukáž voltmtr opačnou výchylku nž při zapnutí nbo zvětšní proudu (to samé při přibližování a vzdalování cívk). K vzniku indukovaného lktromotorického napětí obcně dochází pouz thdy, dojd-li k časové změně magntického indukčního toku. (nstačí pouz změna B!) ndukované lktromotorické napětí vzniká v těchto případch: 1) V vodiči, ktrý s pohybuj v časově nproměnném mgn. poli, 2) v npohybujícím s vodiči v časově proměnném mgn. poli, 3) v vodiči pohybujícím s v časově proměnném mgn. poli. Na volné l. v vodiči v výš uvdných případch působí: ad 1) mgn. síla, ad 2) l. síla tzv.indukovaného l. pol, ktré vznikn časovou změnou mgn. pol, ad 3) mgn i l. síla. Vznik indukovaného lktromotorického napětí a indukovaného proudu nazývám lktromagntická indukc. Lnzův zákon Na čm závisí směr indukovaného proudu? - mějm násldující obvod: cívka s dlouhým jádrm připojná k akumulátoru přs rostat a vypínač a volně zavěšný hliníkový prstnc, ktrý s ndotýká jádra (viz. obrázk )

3 FYZKA 3. OČNÍK + Při spnutí obvodu (zvýšní proudu v obvodu) s prstnc od cívky odpuzuj, prochází jím tdy nsouhlasný proud (viz vzájmné působní vodičů s proudy), mgn. pol prstnc j namířno proti mgn. poli cívky. Při vypnutí (snížní proudu v obvodu) s prstnc k cívc přitahuj, prochází jím souhlasný proud, mgn. pol prstnc j stjného směru jako mgn. pol cívky. ndukovaný proud v prstnci má vždy směr takový, ž svým magntickým polm zmnšuj uvnitř prstnc změnu magntického pol cívky, a tím i změnu mgn. ind. toku plochou prstnc. Lnzův zákon: ndukovaný proud působí svými účinky proti změně, ktrá ho vyvolala. Foucaultovy (vířivé) proudy - vznikají v masivních vodičích (plchy, dsky, hranoly) pohybujících s v mgn. poli nbo v vodičích, ktré jsou v časově proměnném mgn. poli svými účinky tyto proudy brzdí pohyb vodič v mgn. poli užití - např. lktromagntická brzda u tramvají, mtra, lokomotiv Faradayův zákon lmg. indukc - Mějm homognní mgn. pol o mgn. indukci B, jhož ind. čáry jsou kolmé k nákrsně a orintované za nákrsnu. V rovině nákrsny jsou znázorněny dva přímé rovnoběžné a npohyblivé vodič připojné k voltmtru, jjichž vzdálnost j l. Po těchto vodičích s pohybuj rychlostí v další vodič.

4 FYZKA 3. OČNÍK B N E i V F m v l s M - mzi body M a N vznikn při pohybu vodič v mgn. poli lm. napětí - na každý lktron působí mgn. síla F m = v B sin 90 = v b tjné účinky na volné l. by mělo homognní l. pol o intnzitě by platilo: E F m i = = v B Fm Ei = V tomto l. poli by napětí mzi body M a N, jjichž vzdálnost j l, mělo vlikost: a pro jho vlikost s B Φ i = Ei l = v B l = B l = = t, kd s j dráha, ktrou urazí vodič za dobu t, j plocha opsaná vodičm za dobu t. i Φ = Faradayův zákon lmg. indukc ndukované napětí j rovno záporně vzaté časové změně mgn. indukčního toku. (Znaménko minus pochází z Lnzova zákona). Vlastní indukc Cívkou prochází časově proměnný proud mění s mgn. pol cívky mění s mgn. indukční tok v cívc v cívc s indukuj lm. napětí - jv s nazývá vlastní indukc Mgn. ind. tok cívkou Φ = L L indukčnost cívky, pro danou cívku (n pro fromgn. jádro!!) j konst. [L] = H, Hnry řádově µh 10 H

5 FYZKA 3. OČNÍK i Φ = = L L j vdl a C njdůlžitějším paramtrm vodičů. Mějm obvod na násldujícím obrázku: Zapnutí vypínač = = L + i t L Při zapnutí j induk. lm. napětí i = a proud v obvodu j nulový, postupně s al i snižuj (proud nrost už tak rychl) a po určité době j =. Doba tohoto fktu závisí na vlikosti a L. Pokus na ukázání opožděného dosažní konstantní hodnoty proudu Ž 1 = : L Ž 2 Po zapnutí spínač s žárovka v větvi s cívkou rozsvítí později nž žárovka v větvi s rostatm.

6 FYZKA 3. OČNÍK Vypnutí vypínač: Proud prudc klsá, na cívc s indukuj napětí proti této změně, tj. souhlasné a při vhodných hodnotách a L i mnohonásobně přvýší. Pokus: Při vypnutí proudu doutnavka D září, přstož jjí zápalné napětí (60 V) j mnohonásobně větší nž lm. napětí zdroj (6V). L D 60 V 6 V Průběh a při zapnutí a vypnutí proudu:, i > 0 0 t 0 t i < 0 Enrgi magntického pol cívky Mgn. pol j jdnou z form hmoty a má nrgii. (+) ( )

7 Zapnm obvod zvyšuj s proud vytváří s mgn. pol cívky mgn. ind. tok cívkou rost s proudm podl vztahu Φ = L na cívc s přitom indukuj lm. napětí i = L t FYZKA 3. OČNÍK Za t s proud zvýší o a nrgi mgn. pol cívky s zvýší o E m. - tato nrgi s přměnila z l. nrgi zdroj napětí: Em = i = L = Φ Průběh Φ: Φ N Φ Φ 0 = L 0 M 0 0 Enrgi 0MN: Em Em = Φ = L = L nplatí pro cívku s fromgn. jádrm L nní konst., vztah j složitější