Gymnázium, Brno, Elgartova 3 GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/34.0925 III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Téma: Elektřina a magnetismus
Autor: Alena Škárová Název: Magnetická indukce Datum vytvoření: 11. 2. 2014 Cílová skupina: Vzdělávací obor: Střední školy Fyzika
Anotace: Tento učební materiál pojednává o magnetické indukci. Toto téma je součástí tématického celku Elektřina a magnetismus, který je vyučován v předmětu fyzika na středních školách zpravidla ve třetím ročníku. V závěru textu jsou úkoly k procvičení. Metodické pokyny: Prostudujte magnetickou indukci. K procvičení vyřešte úkoly, které jsou uvedeny v závěru kapitoly.
Magnetická indukce Na přímý vodič s proudem působí v magnetickém poli magnetická síla F m. Její velikost ovlivňuje: velikost proudu I ve vodiči aktivní délka vodiče l (ta část vodiče, která zasahuje do magnetického pole) směr, který má vodič (a tím i proud) vzhledem ke směru magnetických indukčních čar
V homogenním magnetickém poli je velikost magnetické síly určena vztahem: F m = B I l sin α kde: α... úhel mezi vodičem a magnetickými indukčními čárami; α є <0, p>
I l severní pól magnetu aktivní délka vodiče magnetické indukční čáry α vodič jižní pól magnetu
Veličina B charakterizuje silové působení magnetického pole na vodič s proudem. Její velikost závisí jen na magnetickém poli. Je to vektorová veličina a nazývá se magnetická indukce. V homogenním magnetickém poli je velikost magnetické indukce konstantní a lze ji určit změřením veličin ve vztahu pro F m a výpočtem: B = F m I l sin α
Pozn.: Homogenní magnetické pole je takové magnetické pole, jehož magnetické indukční čáry jsou rovnoběžné přímky. Ve skutečnosti je každé reálné magnetické pole nehomogenní. Hlavní jednotka: [F [B] = m ] [ I ] [l ] [sin α ] = N A m = T tesla Magnetickou indukci 1 T má magnetické pole, v němž na 1 m délky vodiče kolmého k indukčním čárám, kterým prochází stálý proud 1 A, působí síla 1 N.
Směr vektoru B je shodný se směrem souhlasně orientované tečny k indukční čáře v uvažovaném bodě magnetického pole. Směr magnetické síly F m, která působí v homogenním magnetickém poli na přímý vodič s proudem, určujeme pomocí Flemingova pravidla levé ruky: Položíme-li otevřenou levou ruku k přímému vodiči tak, aby prsty ukazovaly směr proudu a indukční čáry vstupovaly do dlaně, ukazuje odtažený palec směr síly, kterou působí magnetické pole na vodič s proudem.
Úkoly: 1. V homogenním magnetickém poli o magnetické indukci 2 T působí na vodič délky 20 cm síla o velikosti 1,2 N. Vodič je kolmý k magnetickým indukčním čárám. Určete proud ve vodiči. 2. Jak velkou silou působí homogenní magnetické pole o magnetické indukci 2 T na přímý vodič aktivní délky 8 cm, kterým prochází proud 6 A? Vodič svírá s vektorem magnetické indukce úhel 30.
3. Určete velikost magnetické indukce B homogenního magnetického pole, jestliže na vodič kolmý na indukční čáry působí síla 0,2 N. Vodič má aktivní délku 12,5 cm a prochází jim stálý proud 4 A. 4. Na přímý vodič,který svírá s indukčními čárami homogenního magnetického pole úhel 90, působí o 0,134 N větší síla, než když vodič svírá s indukčními čárami úhel 60. Aktivní délka vodiče je 12,5 cm, proud ve vodiči je 10 A. Určete velikost magnetické indukce magnetického pole.
5. Na vodič vinutí rotoru elektromotoru, kterým prochází proud 20 A, působí síla o velikosti 1,8 N. Určete velikost indukce magnetického pole v místě, kterým vodič prochází kolmo k indukčním čárám. Délka vodiče je 15 cm. 6. Vypočtěte indukci homogenního magnetického pole o šířce 8 cm, kterým prochází 32 drátů kolmo k magnetické indukci. Každým drátem prochází stejný proud 5 A. Na svazek působí síla 10 N.
Řešení: 1. Vodičem prochází proud 3 A. 2. Homogenní magnetické pole působí na vodič silou 0,48 N. 3. Velikost magnetické indukce je 0,4 T. 4. Magnetická indukce má velikost 0,79 T. 5. Velikost indukce magnetického pole je 0,6 T. 6. Indukce homogenního magnetického pole je 0,78 T.
Použitá literatura 1.LEPIL, Oldřich; ŠEDIVÝ, Přemysl. Elektřina a magnetismus. Fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus s.r.o, 2003, ISBN 80-7196-202-3. 2.SVOBODA, Emanuel a kol. Přehled středoškolské fyziky. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1991, ISBN 80-04-22435-0. Pokud není uvedeno jinak jsou obrázky vlastním dílem autorky. Jsou vytvořeny v programu LibreOffice Impress. Elektrické obvody jsou kresleny ve freewarovém programu FidoCad.