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

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

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

Název: Autor: Číslo: Srpen Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Stacionární magnetické pole. Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.

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

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

Mˇeˇren ı vlastn ı indukˇcnosti Ondˇrej ˇ Sika

Stacionární magnetické pole Nestacionární magnetické pole

4. Magnetické pole Fyzikální podstata magnetismu. je silové pole, které vzniká v důsledku pohybu elektrických nábojů

Magnetické pole - stacionární

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Vzájemné silové působení

19. Elektromagnetická indukce

Obvodové prvky a jejich

Elektromagnetismus 163

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

MAGNETISMUS Magnetické pole následkem pohybu elektrických nábojů permanentní magnet elektromagnet póly severní jižní blízkosti elektrického proudu

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

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

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

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

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, transformátory a jejich vlastnosti

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY pro OPT

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

TRANSFORMÁTORY Ing. Eva Navrátilová

Elektřina a magnetizmus magnetické pole

Základní pasivní a aktivní obvodové prvky

Magnetické pole. Magnetické pole je silové pole, které vzniká následkem pohybu elektrických nábojů.

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY

Zapnutí a vypnutí proudu spínačem S.

Přehled veličin elektrických obvodů

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

Návrh toroidního generátoru

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

Magnetické pole se projevuje silovými účinky - magnety přitahují železné kovy.

Hlavní body - elektromagnetismus

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

MAGNETICKÉ POLE V REÁLNÉM PROSTŘEDÍ ( MAGNETIKA)

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Teorie elektromagnetického pole Laboratorní úlohy

Elektromechanický oscilátor

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

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

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

Střídavý proud, trojfázový proud, transformátory

(2. Elektromagnetické jevy)

Osnova kurzu. Základy teorie elektrického pole 2

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, konstrukce a princip činnosti stejnosměrných strojů

1. ELEKTROMAGNETICKÉ JEVY 1.1. MAGNETICKÉ POLE

Cívky, elektromagnety, elektromotory, transformátory, tlumivky ELEKTROTECHNIKA TOMÁŠ TREJBAL

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

ČÁST V F Y Z I K Á L N Í P O L E. 18. Gravitační pole 19. Elektrostatické pole 20. Elektrický proud 21. Magnetické pole 22. Elektromagnetické pole

5. MAGNETICKÉ OBVODY

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

TEORIE ELEKTRICKÝCH OBVODŮ

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

20ZEKT: přednáška č. 10. Elektrické zdroje a stroje: výpočetní příklady

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

ELT1 - Přednáška č. 6

Základní zákony a terminologie v elektrotechnice

Digitální učební materiál

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Transformátor trojfázový

Datum: Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34.

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.

Základní otázky ke zkoušce A2B17EPV. České vysoké učení technické v Praze ID Fakulta elektrotechnická

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Elektromagnetická indukce

Rezonanční elektromotor II

Věra Keselicová. květen 2013

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 06 ELEKTRICKÝ PROUD - část 01

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

18. Stacionární magnetické pole

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

X14 AEE + EVA Mindl. Odstředivý regulátor předstihu zážehu

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

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

STŘÍDAVÝ ELEKTRICKÝ PROUD Trojfázová soustava TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Obvod střídavého proudu s indukčností

R 2 R 4 R 1 R

Elektromagnetický oscilátor

Toroidní generátor. Ing. Ladislav Kopecký, červenec 2017

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

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

Ele 1 základní pojmy, požadavky a parametry, transformátory - jejich význam. princip činnosti transformátoru, zvláštní transformátory

Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu

2 Teoretický úvod 3. 4 Schéma zapojení Měření třemi wattmetry (Aronovo zapojení) Tabulka hodnot pro měření dvěmi wattmetry...

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

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

Skalární a vektorový popis silového pole

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Transkript:

5. Elektromagnetická indukce je děj, kdy ve vodiči, který se pohybuje v magnetickém poli a protíná magnetické, indukční čáry, vzniká elektrické napětí. Vodič se stává zdrojem a je to nejrozšířenější způsob získávání elektrické energie. 5.1. Indukční zákon Indukované napětí vznikne ve vodiči dvojím způsobem a) Časovou změnou magnetického toku Φ, který vzniká zesílením, zeslabení nebo vznikem a zánikem magnetického pole. Jestliže, vodič je uzavřen a vytvoří smyčku, tak změna toku uvede do pohybu elektrony, které vyvolají indukované napětí. i = u = [V] Vznik elektromagnetické indukce lze vyjádřit indukčním zákonem: Časovou změnou magnetického toku ΔΦ/Δt spřaženého s vodivou smyčkou se ve smyčce indukuje elektrické napětí Lencův zákon: Smysl indukovaného napětí ve smyčce je takový aby jím vyvolaný indukovaný proud působil svým magnetickým polem proti změně magnetického pole, které ho vyvolalo. u = [V]; Pro cívku s N závity je indukované napětí u = N. [V]; b) Pohybem vodiče v magnetickém poli. Vodič se pohybuje v magnetickém poli tak, aby protínal kolmé, magnetické indukční čáry pod úhlem 90. Na koncích vodiče, se indukuje napětí a vznikne elektrická energie, která se přemění z mechanické. Ke stanovení pohybového indukovaného napětí použijeme indukční zákon u = [V]; ΔΦ = B. ΔS; ΔS = l. Δa; u = = B. l = B. l. v [V; T, m, m. s -1 ] Indukované pohybové napětí 1

Pohyb vodiče se za dobu Δt urazí vzdálenost Δa a tím se zvětší plocha, ve které se pohybuje vodič. Vzdálenost za čas, nám udává rychlost, v a jeli směr magnetické indukce B, délky l, což je aktivní délka vodiče, a rychlost navzájem k sobě kolmé pak směr indukovaného napětí a proudu je dán pravidlem pravé ruky. Pravou ruku vložíme do pole tak, aby indukční čáry vstupovaly do dlaně, palec ukazuje směr pohybu, pak natažené prsty udávají směr indukovaného elektrického napětí u a směr indukovaného proudu i. Indukční zákon, je jedním z důležitých zákonů elektrotechniky. Tvoří fyzikální základ většiny elektrických zařízení, které slouží k výrobě a přenosu elektrické energie (transfornátor, generator a elektromotor). 5.2. Vlastní indukčnost Ve vodiči a v cívce se indukuje napětí vždy, když v okolí vodiče, nebo v dutině cívky se mění magnetický tok. Magnetický tok je funkcí času a v cívce s N závity se při změně magnetického toku Φ indukuje napětí u. Pro část okolí z neferomagnetického materiálu platí Hopkinsonův zákon Φ = G m. U m. Kde G m je magnetická vodivost a magnetické napětí je U m = N. I. Magnetický tok je přímo úměrný budícímu proudu, čili časové změně magnetického toku ΔΦ/Δt odpovídá časová změna budícího proudu Δi/Δt u = N ; Φ = G m. N. I; u = N = N 2. G m. = L. Konstanta L, se nazývá vlastní indukčnost cívky a její jednotka je henry [H]. L = N 2. G m = N 2. µ 0. µ r. Magnetický tok je úměrný celkovému proudu, s nímž je spřažen. Magnetické spřažení cívky Ψ = NΦ vyjadřuje celkový magnetický tok spřažený se všemi závity Ψ = NΦ = G m. N 2. I = L. I; L = = [H] Vlastní indukčnost je konstanta, úměrnosti mezi a) Časovou změnou budícího proudu cívky Δi/Δt a je to definice dynamická: Vlastní indukčnost je dynamicky definována napětím u indukovaným v cívce při jednotkové rychlosti změny proudu Δi/Δt L = [H] 2

b) Časovou změnou magnetického toku v jádře cívky ΔΦ/Δt a je definice statická Vlastní indukčnost je staticky definována magnetickým spřažením Ψ, které je vyvoláno jednotkovým proudem. L = = [H] Vlastní indukčnost cívky Definice indukčnosti jeden henry: Cívka má indukčnost jednoho henry (H), indukuje-li se v ní jeden volt (V) rovnoměrnou změnou proudu o jeden ampér (A) za jednu sekundu (s). 5.3. Vzájemná indukčnost Je to indukčnost, která se týká dvou cívek. Cívka 1 je aktivní (primární) a prochází jí elektrický proud, který vybudí magnetický tok Φ 1. Druhá cívka 2 je pasivní (sekundární) a není připojena ke zdroji elektrického proudu. Magnetický tok Φ 1 z části prochází i sekundární cívkou 2, označujeme ho Φ 12 a je vybuzen magnetomotorickým napětím cívky 1 F m1 = N 1.I 1. Podle Hopkinsonova zákona platí Φ 12 = G m12. N 1. I 1 a znásobíme-li rovnici počtem závitů N 2 dostaneme vztah pro magnetické spřažení cívky 2 Ψ 12 = N 2. Φ 12 = G m12. N 1.N 2. I 1 = M.I 1 ; M = G m12. N 1. N 2 Konstanta M se nazývá vzájemná indukčnost a můžeme ji definovat dynamicky a staticky: Vzájemná indukčnost je staticky definována magnetickým spřažením cívky pasivní, které je vyvoláno jednotkovým proudem v aktivní cívce M = [H] Vzájemná indukčnost je dynamicky definována napětím, které se indukuje v cívce pasivní, když se proud v aktivní cívce mění o jednu jednotku za jednotku času. M = [H] 3

Vzájemná indukčnost není součástí elektrických obvodů, ale vyjadřuje vzájemnou vazbu mezi dvěma prvky, mezi dvěma vlastními indukčnostmi. Vzájemná indukčnost cívek 5.4. Činitel vazby Máme-li dvě cívky navinuté na jednom feromagnetickém jádře má každá z cívek vlastní indukčnost L 1, L 2 zároveň mezi nimi vzniká vazba, která vyvolá vzájemnou indukčnost. Pro ideální stav předpokládáme, že veškerý magnetický tok prochází feromagnetickým jádrem, pak vlastní indukčnost v cívkách a vzájemná indukčnost je: L 1 =. G m ; L 2 =. G m ; M = N 1.N 2. G m M 2 =. G m = L 1. L 2 ; M = L 1. L 2 Ve skutečnosti existuje rozptylový tok u obou cívek a vzájemná indukčnost je menší než v ideálním případě. M = χ L 1. L 2 Konstanta χ (kapa), se nazývá: činitel vazby obou obvodů. Je-li χ = 1 vazba cívek je pevná, je-li χ 1 je vazba cívek s rozptylovým tokem a je-li χ = 0 vazba mezi cívkami nenastane. 4

Činitel vazby 5. 5. Spojování cívek Sériové řazení cívek u tohoto řazení mohou nastat tři případy 1. Řadíme dvě cívky do série tak, že každá cívka má svoji indukčnost L 1, L 2 a vzájemná indukčnost M se rovná 0. Energie magnetického pole obou cívek je a výsledná indukčnost obou cívek W m =. L. I 2 [J; H, A]; L = L 1 + L 2 L = L 1 + L 2 + L 3 + + L n Cívky se chovají jako jedna, s indukčností L. Je-li zařazeno za sebou několik cívek, u kterých je vzájemná indukčnost M = 0 výsledná indukčnost se rovná součtu jednotlivých indukčností. Sériové spojení cívek bez vzájemné indukčnosti 2. Dvě cívky s indukčností L 1, L 2 jsou zařazeny do série tak, že magnetické toky v obou cívkách mají stejný směr a vzájemně se protínají. Potom vzájemná indukčnost je různá od nuly M > 0 a při stejné energii jako v přecházejícím případě se výsledná indukčnost rovná W m =. L. I 2 [J; H, A]; L= L 1 + L 2 + 2M 5

Sériové spojení cívek se vzájemnou indukčnosti 3. Cívky jsou zapojeny do série tak, že jejich magnetické toky působí proti sobě. Jsou spojeny jejich konce a jejich začátky. Magnetické pole obou cívek působí proti sobě, odčítají se. Vzájemná indukčnost M 0, výsledná indukčnost obou cívek a energie magnetického je W m = L. I 2 [J; H, A]; L= L 1 + L 2-2M Sériové spojení cívek se vzájemnou indukčnosti Paralelní řazení cívek - i zde nastávají tři možnosti 1. Na paralelně spojených cívkách o indukčnosti L 1, L 2 je napětí stejné za předpokladu, že vzájemná indukčnost je nulová M = 0. Po tom výsledná indukčnost je: L = Je-li paralelně řazeno více cívek a žádná dvojice cívek není vázána vzájemnou indukčností, je výsledná indukčnost cívek: Paralelní spojení cívek bez vzájemné indukčnosti 2. Vzájemná indukčnost je větší než nula M > 0 u paralelního zapojení cívek s indukčností L 1 a L 2, které spojujeme tak, aby jejich magnetické toky měly souhlasný směr. Výsledná indukčnost cívek je: 6

= + Paralelní spojení se vzájemnou indukčností 3. Jsou-li dvě cívky s indukčností L 1 a L 2 spojeny paralelně tak, že magnetické toky obou cívek působí nesouhlasně je vzájemná indukčnost různá od nuly M 0. Výsledná indukčnost je = + Paralelní í í á č 5.6. Příklady Stanovte napětí, které se indukuje v cívce se 40 závity, změní-li magnetický tok z hodnoty Φ 1 = 3. 10-5 Wb na hodnotu Φ 2 = 9. 10-5 Wb za dobu 20 µs. ΔΦ = Φ 2 - Φ 1 = 9. 10-5 - 3. 10-5 = 6. 10-5 Wb U = N. = 40. = 120 V Určete rychlost pohybu v magnetickém poli s indukcí 0,9 T, který se pohybuje kolmo ke směru pole a indukuje se na něm napětí 270 mv. Vodič má délku 25 mm. U = B. l. v [V; T, m, m. s -1 ] v = = 12 m. s -1 Vypočítejte vlastní indukčnost cívky s 500 závity vinutými těsně vedle sebe. Průměr vodiče je 0,5 mm. Jádro cívky má průřez 3 cm 2. 7

l = d. N = 0,5. 500 = 250 mm L = N 2. G m = N 2. µ 0. µ r. = 500 2. 4. Π. 10-7. 400. = 0,15 H Stanovte vlastní indukčnost cívky, prochází-li vinutím proud 0,5 A. Cívka má 400 závitů a je navinuta na jádře o průřezu 3 cm 2 a délce 20 cm. Magnetická indukce je 1,4 T H = = = 1 000 A.m -1 ; µ r = = = 1 114 L = N 2. µ 0. µ r. = 400 2. 4. π. 10-7. 1 114. = 0,336 H Určete počet závitů cívky s indukčností 0,5 H. Cívka je navinuta na feromagnetické jádro o průřezu 4 cm 2 a prochází ji proud 1,2 A. V jádře je magnetická indukce 0,8 T. Φ = B. S = 0,8. 4. 10-4 = 3,2. 10-4 Wb N = = = 1875 závitů Vypočítejte vlastní indukčnost jednovrstvé cívky s µ r = 150. Cívka má 240 závitů, průměr jádra je 2 cm, délka 9 cm a prochází jí proud 1,8 A. S = = = 3,14. 10-4 m 2 L = N 2. µ 0. µ r. = 240 2. 4. 3,14. 10-7. 150. = 0,0378 H = 37,8 mh Určete velikost indukovaného napětí na cívce s indukčností 2,4 H při vypnutí proudu 4 A za dobu 10 ms. u = L. = 2,4. = 960 V Stanovte časovou změnu magnetického toku v jádře cívky S = 3 cm 2 s poměrnou permeabilitou 750. Cívka má 860 závitů a délku 120 mm. Proud procházející cívkou vzroste o 2,8 A za dobu 7 ms. = L. ; L = N 2. µ 0.µ r. = 860 2. 750. 12.56. 10-7. = 1,74 H = 1,74. = 0,7 WB. S -1 Určete počet závitů cívky s indukčností 0,5 H. Cívka je navinuta na jádro o průřezu 4 cm 2 a prochází jí proud 1,2 A. V jádře je magnetická indukce 0,8 T 8

Φ = B. S = 0.8. 4. 10-4 = 3,2. 10-4 Wb; N. Φ = L. I; N = = = 1875 závitů Na feromagnetickém jádře s poměrnou permeabilitou 1 800, průřezem 4 cm 2 a délkou střední silové čáry 12 cm jsou navinuty dvě cívky s počtem závitů N 1 = 300 a N 2 = 200. Určete výslednou indukčnost při sériovém spojení obou vinutí, když činitel vazby je 0,8 pro případ: a) Magnetická pole obou cívek působí souhlasně b) Magnetická pole obou cívek působí proti sobě L 1 =. µ 0. µ r. ; L 2 =. µ 0. µ r. ; L 1 = 300 2 4. π. 10-7. 1800. = 0,67 H; L 2 = 200 2 4. π. 10-7. 1800. = 0,3 H M = χ L 1.L 2 = 0,8. 0,67. 0,3 = 0,35 H a) L = L 1 + L 2 + 2M = 0,67 + 0,3 + (2. 0,35) = 1,67 H b) L = L 1 + L 2-2M = 0,67 + 0,3 + (2. 0,35) = 0,27 H 9