ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Faradayův zákon

Podobné dokumenty
ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Posuvný proud a Poyntingův vektor

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Magnetická síla a moment sil

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Ampérův zákon

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Laboratorní úloha č. 5 Faradayovy zákony, tíhové zrychlení

Zapnutí a vypnutí proudu spínačem S.

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Gaussův zákon

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

Magnetické pole - stacionární

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Skalární a vektorový popis silového pole

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

Obvodové prvky a jejich

(1 + v ) (5 bodů) Pozor! Je nutné si uvědomit, že v a f mají opačný směr! Síla působí proti pohybu.

Stacionární magnetické pole. Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.

Vzájemné silové působení

Přehled veličin elektrických obvodů

ÚLOHY Z ELEKTŘINY A MAGNETIZMU SADA 9

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Řízené LRC Obvody

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

Magnetická indukce příklady k procvičení

Hlavní body - elektromagnetismus

Ověření principu motorgenerátoru

ÚLOHY Z ELEKTŘINY A MAGNETIZMU SADA 8

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

Práce, výkon, energie

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

u = = B. l = B. l. v [V; T, m, m. s -1 ]

19. Elektromagnetická indukce

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Elektromagnetická indukce

Práce, výkon, energie

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

ÚLOHY Z ELEKTŘINY A MAGNETIZMU SADA 7

Toroidní generátor. Ing. Ladislav Kopecký, červenec 2017

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Magnetizmus. Název: Autor:

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_6_Nestacionární magnetické pole

Okruhy, pojmy a průvodce přípravou na semestrální zkoušku v otázkách. Mechanika

Teoretické úlohy celostátního kola 53. ročníku FO

A x A y. α = 30. B y. A x =... kn A y =... kn B y =... kn. Vykreslení N, V, M. q = 2kN/m M = 5kNm. F = 10 kn A c a b d ,5 2,5 L = 10

Elektřina a magnetizmus magnetické pole

Pokusy s transformátorem. Věra Koudelková, KDF MFF UK, Praha

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

Stacionární magnetické pole Nestacionární magnetické pole

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Bc. Karel Hrnčiřík

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Kapacita a uložená energie

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Elektromagnetismus. - elektrizace třením (elektron = jantar) - Magnetismus magnetovec přitahuje železo zřejmě první záznamy o používání kompasu

FYZIKA II. Petr Praus 8. Přednáška stacionární magnetické pole (pokračování) a Elektromagnetická indukce

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

TUHÉ TĚLESO. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

V elektrostatickém poli jsme se zabývali vznikem a vlastnostmi pole v blízkosti nábojů. Elektrické pole jsme popisovali vektorem E.

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Různé: Discriminant: 2

ELT1 - Přednáška č. 6

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

4.7.1 Třífázová soustava střídavého napětí

Název: Základní pokusy na elektromagnetickou indukci

Kirchhoffovy zákony

18. Stacionární magnetické pole

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

4. Práce, výkon, energie a vrhy

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

Elektřina: Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Téma 1: Elektrostatika I - Elektrický náboj Kapitola 22, str

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

[obrázek γ nepotřebujeme, interval t, zřejmý, integrací polynomu a per partes vyjde: (e2 + e) + 2 ln 2. (e ln t = t) ] + y2

4.7.1 Třífázová soustava střídavého napětí

Derivace goniometrických. Jakub Michálek,

1. Změřte Hallovo napětí v Ge v závislosti na proudu tekoucím vzorkem, magnetické indukci a teplotě. 2. Stanovte šířku zakázaného pásu W v Ge.

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

Název: Měření magnetického pole solenoidu

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Mechatronické systémy struktury s asynchronními motory

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

5 Stacionární magnetické pole HRW 28, 29(29, 30)

Lenzův zákon. Předpoklady: 4502, 4503, 4507, Pokus:

Derivace goniometrických funkcí

Maturitní témata fyzika

Transkript:

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Faradayův zákon Peter Dourmashkin MIT 006, překlad: Jan Pacák (007) Obsah 7. FARADAYŮV ZÁKON 7.1 ÚKOLY 7. ALGORITMUS PRO ŘEŠENÍ ÚLOH FARADAYOVÝM ZÁKONEM ÚLOHA 1: PADAJÍCÍ SMYČKA OTÁZKA 1: RYCHLOST 3 OTÁZKA : TOK 3 OTÁZKA 3: ČASOVÁ ZMĚNA TOKU 3 OTÁZKA 4: PROUD 3 OTÁZKA 5: LENZŮV ZÁKON 3 OTÁZKA 6: PROUD 3 OTÁZKA 7: SÍLY PŮSOBÍCÍ NA SMYČKU 3 OTÁZKA 8: ROVNOVÁŽNÁ RYCHLOST 3 OTÁZKA 9: ROVNOVÁŽNÁ RYCHLOST OBECNĚ 4 OTÁZKA 10: ROVNOVÁŽNÁ RYCHLOST SROVNÁNÍ 4 ŘEŠENÍ ÚLOHY 1: PADAJÍCÍ SMYČKA 4 OTÁZKA 1: RYCHLOST 4 OTÁZKA : TOK 4 OTÁZKA 3: ČASOVÁ ZMĚNA TOKU 4 OTÁZKA 4: PROUD 4 OTÁZKA 5: LENZŮV ZÁKON 4 OTÁZKA 6: PROUD 4 OTÁZKA 7: SÍLY PŮSOBÍCÍ NA SMYČKU 4 OTÁZKA 8: ROVNOVÁŽNÁ RYCHLOST 5 OTÁZKA 9: ROVNOVÁŽNÁ RYCHLOST OBECNĚ 5 OTÁZKA 10: ROVNOVÁŽNÁ RYCHLOST SROVNÁNÍ 5

7. Faradayův zákon 7.1 Úkoly (a) Prozkoumejte zadanou úlohu, ve které může dojít ke změně toku magnetického pole otevřenou smyčkou. (b) Spočítejte časovou změnu magnetického toku smyčkou v zadané úloze. (c) Určete směr oběhu proudu v zadané smyčce použitím Lenzova zákona. (d) Určete síly působící na vodiče proudu, zjistěte, jak tyto síly ovlivňují dynamiku úlohy. 7. Algoritmus pro řešení úloh Faradayovým zákonem V kapitole 10 jsme si ukázali, že měnící se tok magnetického pole indukuje elektromotorické napětí dφ E =. dt Vodičem, který tvoří uzavřenou smyčku tak teče proud I = ε / R, kde R je odpor smyčky. Následující kroky vedou k výpočtu velikosti a směru proudu: 1. Pro uzavřenou smyčku o ploše A zvolíme kladný směr, definujeme velikost a směr vektoru A. Pro určení směru použijeme pravidla pravé ruky prsty míří v kladném směru obíhání a palec ukazuje směr vektoru. Spočítáme tok magnetického pole B A ( B je homogenní) φ =. B da ( B je nehomogenní). Spočítáme časovou změnu magnetického toku dφ / dt. Změna může nastat třemi způsoby: a. Změnou indukce magnetického pole db/ dt 0. b. Změnou plochy smyčky v magnetickém poli da/ dt 0. c. Změnou orientace smyčky v magnetickém poli dθ / dt 0. Určíme znaménko dφ / dt. 3. Indukované elektromotorické napětí je opačné, než změna dφ / dt. Směr proudu pak určíme z Lenzova zákona, viz Kapitola 10... (pokud napětí vyjde kladné, proud se pohybuje ve zvoleném kladném směru, pokud napětí vyjde záporné, proud teče ve směru opačném ke kladně zvolené orientaci). Úloha 1: Padající smyčka Obdélníková smyčka o hmotnosti m, šířce w, délce l a odporu R v gravitačním poli padá do oblasti homogenního magnetického pole B= Bx. ˆ Vně této oblasti (viz obrázek) není žádné magnetické pole. V čase, kdy je smyčka zachycena na obrázku, se pohybuje rychlostí v() t = v()ˆ t z, kde vt () < 0 protože se smyčka pohybuje dolů. Předpokládejte, že vzdálenost vrchní strany smyčky od kraje magnetického pole, je v čase t rovna zt ()(viz obrázek).

Otázka 1: Rychlost Jaký je vztah mezi vt () a zt ()? Dejte si pozor na znaménka, velikost zt () s časem klesá. Otázka : Tok Pokud definujeme směr vektoru A tak, aby mířil z nárysny, spočítejte tok magnetického pole φ smyčkou v čase t. Při vyjadřování toku buďte opatrní, tok není konstantní po celé ploše smyčky. Otázka 3: Časová změna toku Spočítejte dφ / dt. Jaké je znaménko u časové změny toku v čase t? Otázka 4: Proud Pokud je dφ / dt < 0 ( E > 0 ), tak indukovaný proud obíhá ve směru orientace ploch A a obráceně. Jaký je tedy směr indukovaného proudu z otázky 3? Otázka 5: Lenzův zákon Dle Lenzova zákona indukovaný proud působí proti změně, která jej vyvolala. Jaký je směr magnetické indukce pole, které vytvořil naindukovaný proud (míří z nebo do nárysny)? Je to ve směru toku magnetického pole, které se mění? Otázka 6: Proud Spočítejte velikost proudu tekoucího zobrazenou smyčkou (použijte I = E / R ). Otázka 7: Síly působící na smyčku Které další síly kromě gravitace na smyčku působí ve směru této síly (nápověda: df = Ids B). ˆ ±z? Spočítejte směr i velikost Otázka 8: Rovnovážná rychlost Předpokládejte, že smyčka se již pohybuje rovnovážnou rychlostí a tedy dále už nezrychluje. Jaká je rovnovážná rychlost pro zvolenou konfiguraci? 3

Otázka 9: Rovnovážná rychlost obecně Jaký můžeme obecně zapsat vztah pro rovnovážnou rychlost tedy děj, kdy potencionální energie smyčky se kompletně přemění na Jouleovo teplo a přestane se zvyšovat kinetická energie (použijte vztahu pro výkon P = F v)? Otázka 10: Rovnovážná rychlost srovnání Ukažte, že rovnovážná rychlost odvozená v 8. a 9. otázce jsou si rovny. Můžete využít výsledku z otázky 6. Řešení úlohy 1: Padající smyčka Otázka 1: Rychlost Otázka : Tok d vt () = zt (). dt φ = ztbw (). Otázka 3: Časová změna toku d φ = d z () t Bw = Bwv (). t dt dt Časová změna toku magnetického pole je záporná, protože rychlost vt ( ) < 0. Otázka 4: Proud Proud teče proti směru hodinových ručiček. Otázka 5: Lenzův zákon Pole bude mířit z nárysny, je to ve stejném směru, jako je tok magnetického pole smyčkou, je to proto, že tok pole smyčkou s časem klesá. Otázka 6: Proud I = Bwv() t. R Otázka 7: Síly působící na smyčku Na smyčku v magnetickém poli působí síla pouze na horní stranu, její velikost je F = wlb. Síla působí i na boční strany, součet těchto sil je však nulový. 4

Otázka 8: Rovnovážná rychlost Celková síla působící na smyčku je F = wlb Mg, aby se neměnila rychlost smyčky, musí Mg tato síla být nulová, tedy I =. Z řešení 6. otázky můžeme použít vztah pro proud wb Rmg a spočítat rychlost v =, kdy znaménko mínus indikuje pohyb směrem dolů. Bw ( ) Otázka 9: Rovnovážná rychlost obecně Výkon, kterou gravitační pole urychluje smyčku, se musí rovnat Jouleovu teplu: F v = mgzˆ v = mgv = I R. Otázka 10: Rovnovážná rychlost srovnání Levá strana: Pravá strana: Levá i pravá strana jsou si rovny. Rmg mg mgv = mg = R. Bw ( Bw) mg I R= Bw R. 5