Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Bc. Karel Hrnčiřík
Magnetické pole je kolem vodiče s proudem. Magnetka se natáčí ve směru tečny ke kruhové magnetické indukční čáře. Orientaci magnetických indukčních čar udává Ampérovo pravidlo pravé ruky: Položíme-li pravou ruku v okolí vodiče s proudem tak, že palec ukazuje dohodnutý směr proudu ve vodiči, pokrčené prsty ukazují orientaci indukčních čar. viz aplet http://www.walter-fendt.de/ph14cz/mfwire_cz.htm
Magnetická síla působící na vodič s proudem v magnetickém poli. Magnetická indukce: B [T - tesla] F m = B. I. L B = F m / I. L F m magnetická síla I proud ve vodiči L délka vodiče
Směr Lorentzovy síly F m se určí Flemingovým pravidlem levé ruky. Položíme-li levou ruku na vodič tak, aby magnetické indukční čáry vstupovaly do dlaně a prsty mířily v dohodnutém směru proudu, palec ukazuje směr Lorentzovy síly.
Lorentzova síla Fm viz aplet http://www.walter-fendt.de/ph14cz/lorentzforce_cz.htm
Síla působící mezi dvěma vodiči s proudem Dva dlouhé přímé vodiče vedle sebe... vzájemná vzdálenost d, protékající proudy I 1, I 2. Vodiče na sebe působí silou - prostřednictvím svých magn. polí.
Proud prochází stejným směrem. V oblasti mezi vodiči jdou siločáry obou magnetických polí proti sobě - pole se zeslabuje, v oblasti vně vodičů mají siločáry obou polí stejný směr - pole se zesiluje a vodiče jsou tlačeny k sobě. Proud prochází opačným směrem. V oblasti mezi vodiči mají siločáry obou polí stejný směr - pole se zesiluje, v oblasti vně vodičů jdou siločáry obou magnetických polí proti sobě - pole se zeslabuje a vodiče jsou taženy od sebe.
Cívka - je to vodič namotaný na pevnou kostru - umožňuje zvýšení účinnosti magnetického pole - magnetická indukce B (velikost magnetického pole) - magnetická indukce v dutině cívky závisí na počtu závitů a jádře z magneticky měkké oceli, vloženém do cívky a také na velikosti proudu
Magnetické pole cívky - při průchodu el. proudu má cívka magnetické póly, magnetické pole vně i uvnitř cívky určuje pravidlo pravé ruky - určení severního pólu, - cívka s jádrem z magneticky měkké oceli (zesílení magnetického pole) Směr siločar magnetického pole závitu nebo cívky se určí Ampérovým pravidlem pravé ruky: Vezmeme cívku do ruky tak, aby pokrčené prsty ukazovaly směr proudu v cívce. Odchýlený palec pak ukáže směr siločar uvnitř cívky. (severní pól elektromagnetu)
Elektromagnet - elektrický zvonek, http://kabinet.fyzika.net/aplety/buzzer/buzzer.html - elektromagnetické relé (spínač), Elektromagnetické relé se skládá z řídícího obvodu s cívkou a z řízeného obvodu. Pomocí řídícího obvodu můžeme spínat nebo přerušovat řízený obvod. - jistič
Otáčení proudové smyčky v magnetickém poli. Elektromotor s komutátorem - stroj, který přeměňuje elektrickou energii na pohybovou (Ek rotačního pohybu) - v prostoru mezi póly magnetu se otáčí cívka s proudem v magnetickém poli - je složen ze statoru (část v klidu, obvykle magnet) a z rotoru (otáčející se část, obvykle 1 nebo více cívek na pájených proudem) a z komutátoru (napájí proudem rotor, mění směr proudu v cívkách rotoru) - užívá se ve vysavači, hračkách k pohonu, pohonu tramvají, lokomotiv
Elektromagnetická indukce - jev, kdy při změně magnetického pole v okolí cívky vzniká v obvodu cívky proud - je to indukovaný proud a indukované napětí - rychlejší změny pole znamenají větší indukovaný proud - pojmenoval jej Michael Faraday (1831) - vzniká i v případě dvou cívek (primární, sekundární), změny magnetického pole se ocelovým jádrem přenáší do dutiny druhé cívky, což využívají zapalovací cívky motorů a transformátory - slouží k přeměně pohybové energie na elektrickou v generátorech el. proudu Využití elektromagnetické indukce: - alternátor, dynamo, zapalovací svíčky v motorech, transformátory, elektrická kytara, elektromotory, indukční varné desky, indukční pece,...
Dynamo Při otáčení závitu ve stejnou magnetickém poli vzniká v něm střídavé napětí, které se komutátorem usměrňuje. Elektrický generátor, který je potom zdrojem stejnosměrného napětí http://www.walter-fendt.de/ph14cz/electricmotor_cz.htm Uzavřeným obvodem připojeným k dynamu prochází jednosměrný proud, jehož velikost se periodicky mění, ale směr zůstává stálý. Takový proud se nazývá stejnosměrným pulzujícím proudem.
Generátor střídavého proudu je elektrický stroj, sloužící k přeměně mechanické energie na energii elektrickou. http://www.walter-fendt.de/ph14cz/generator_cz.htm Jako generátor střídavého proudu může být použit i jakýkoliv asynchronní motor, který má výhodu jednoduchosti, ale má oproti němu o něco menší účinnost, proto se používá zejména v malých elektrárnách.
Alternátor V technické praxi se zpravidla používají alternátory, v nichž je kotva statorů a elektromagnet rotorem. Alternátor je elektrický generátor, ve kterém vzniká střídavé napětí a připojeným elektrickým obvodem prochází střídavý proud. Otáčení rotoru alternátoru o 360 odpovídá jedné periodě střídavého napětí. Při výrobě napětí s frekvencí 50Hz musí rotor vykonat za jednu sekundu 50 otáček. V praxi se používají alternátory s větším počtem cívek. Frekvence rotoru alternátoru může být potom menší.
Televizní obrazovka (CRT) Elektromagnetické pole cívek ovlivňuje elektronový paprsek uvnitř obrazovky.
Zkušební otázky: Co víš o magnetickém poli vodiče s proudem? Co víš o síle působící mezi rovnoběžnými vodiči? Co víš o síle působící mezi vodičem a magnetickým polem? Co víš o magnetickém poli cívky? Co víš o elektromagnetické indukci? Co víš o reproduktoru a magnetoelektrickém ampérmetru?
Magnetické pole a jeho aplikace Závěrem bych doporučil odkaz http://phet.colorado.edu/sims/faraday/faraday_en.jnlp, který dynamicky znázorňuje výše uvedené jevy a zákonitosti. Použité odkazy http://www.walter-fendt.de/ph14cz/ http://www.vossost.cz/svab/elektross/ http://kabinet.fyzika.net/aplety/java-aplety-flash-animace.php Fyzika pro gymnázia, Elektřina a magnetismus, Prometheus