Mgr. Jan Ptáčník Elektrodynamika Fyzika - kvarta! Gymnázium J. V. Jirsíka
Vodič v magnetickém poli Vodič s proudem - M-pole! Vložení vodiče s proudem do vnějšího M-pole = interakce pole vnějšího a pole vodiče! Na vodič působí magnetická síla F m! Směr - pravidlo levé ruky
Vodič v magnetickém poli Důsledky:! pohyb magnetu! pohyb vodiče (ukázka)! Využití: reproduktor a mikrofon, elektromotor, generátory,
Zobecnění Platí i pro pohyb nabité částice! zakřivení trajektorie (ukázka)! při průletu kolmo k m.i.č. je trajektorií kružnice! Využití: televize(ukázka), urychlovače částic,! Příroda: aurora borealis
Vzájemné působení vodičů Dva rovnoběžné vodiče = dvě M-pole! Interakce dvou M-polí = síla působící na oba vodiče
Vzájemné působení vodičů Definice ampéru dle silového působení dvou vodičů navzájem.! Jeden ampér je elektrický proud, jehož průchodem je mezi dvěma rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného průřezu umístěnými ve vakuu a vzdálenými od sebe 1 m vyvolána vzájemná síla o velikosti 0,2 μn na metr délky.
Vzájemné působení vodičů Síly mezi vodiči = elektrodynamické síly! Využití: wattmetry! Petřinova spirála
Magnetická indukce Odvozená fyzikální veličina (vektorová)! značka: B! základní jednotka: T (tesla)! popisuje velikost magnetického pole! směr tečny k m.i.č.! měření: teslametry
Magnetická indukce B zemské magnetické pole v ČR 48 μt povrch Slunce 10-100 μt sluneční skvrna 0,1-0,2 T školní magnet 0,1-0,4 T silný elektromagnet 2 T
Magnetická síla Působí na vodič s proudem v M-poli! F m = B I l" jen v případě, že jsou m.i.č. kolmé k vodiči
Magnetická síla Využití:! reproduktor! magnetoelektrický ampérmetr
Příklad 1 Na vodič délky 20 m působí v magnetickém poli síla o velikosti 4 mn. Vodičem prochází proud 25 A. Určete magnetickou indukci vnějšího magnetického pole.
Elektromagnetická indukce Vznik elektrického napětí vlivem proměnného magnetického pole! Ve vodiči vzniká indukovaný elektrický proud! Záleží na velikosti a rychlosti změny
Elektromagnetická indukce Využití: mikrofon, svítilny, zapalovací svíčky, indukční vařič, elektrická kytara, generátory napětí,...
Generátory napětí Přeměna mechanické energie na elektrickou energii.! Generátor střídavého napětí = alternátor.
Generátory napětí Přeměna mechanické energie na elektrickou energii.! Generátor stejnosměrného napětí = dynamo.
Generátory napětí Přeměna mechanické energie na elektrickou energii.! Generátor stejnosměrného napětí = dynamo.
Generátory napětí Porovnání - animace
Střídavý proud Časový průběh napětí
Střídavý proud Speciální typ: harmonické napětí! frekvence! perioda! amplituda napětí! efektivní hodnota napětí: U ef = 0,7 U max
Třífázové napětí Zdroj = třífázový alternátor (animace)
Třífázové napětí Fázové napětí (230 V)! Sdružené napětí (400 V)
Transformátory Zvyšuje/snižuje efektivní hodnotu střídavého! napětí a proudu
Transformátory Transformační poměr k: " k < 1: transformace dolů! k = N 2 N 1 = U 2 U 1 k > 1: transformace nahoru! Poměr elektrických proudů: I 2 I 1 = U 1 U 2
Transformátory Účinnost: cca. 98%! Problém: tepelné ztráty (olej)! Silné magnetické pole
Transformátory Využití:! oddělovací transformátory,! transformátorové stanice rozvodné sítě,! nabíječky,! Teslův transformátor,! svářečka, pájka,
Příklad 2 Primární cívka transformátoru má 200 závitů a je připojena k síťovému napětí. Z transformátoru potřebujeme odebírat napětí 5,75 V a výkon 11,5 W. Určete počet závitů na sekundární cívce a proud na primární i sekundární cívce.
Příklad 3 Primární cívka má 120 závitů. Na primární cívce je připojeno 20 V a prochází jí proud 50 ma. Na sekundární cívce odebíráme napětí 110 V. Určete proud procházející sekundární cívkou a počet jejích závitů. Jak se změní vysledek, pokud bude účinnost transformátoru 90%?
Elektromotory Přeměna elektrické energie na mechanickou! Využití magnetické síly! Opačný princip než alternátor a dynamo! Stejnosměrné a střídavé elektromotory
Cívka Využití: magnetické pole (jádro)! Charakteristika: indukčnost L " Stejnosměrný proud - prochází! Střídavý proud - prochází částečně
Kondenzátor Využití: uchování elektrického náboje! Charakteristika: kapacita C! Stejnosměrný proud: po nabití neprochází! Střídavý proud: prochází
Elektromagnetické kmitání Zdroj: LC obvod! Vznik elektromagnetických kmitů! Důvod: harmonická přeměna energie magnetického (cívka) a elektrického (kondenzátor) pole
Elektromagnetické kmitání Vznikají tlumené kmity! Frekvence závisí jen na indukčnosti a kapacitě!! Dodávání energie - netlumené kmity - EM oscilátor
Elektromagnetické kmitání Využití:! televize! rádio! mobilní telefony! běžné elektrospotřebiče
Elektromagnetické vlnění Elektrické pole - elektrické siločáry! Magnetické pole - magnetické indukční čáry! Vzájemná souvislost polí! Zdroj EM vln - EM oscilátor (LC obvod)
Elektromagnetické vlnění Vznik - dvouvodičové vedení! Rozpojení na konci - stojatá EM vlna! Vzniká otevřený půlvlnný dipól
Elektromagnetické vlnění Šíření vlnení:! Odraz vlnení! Ohyb vlnení! Rychlost šíření: c = 300.000.000 m/s ve vakuu
Elektromagnetické vlnění Využití:! Přenos signálu! GPS! Radar, detektor kovů! Mikrovlnná trouba (magnetron)
Elektromagnetické vlnění Spektrum elektromagnetického vlnení
Příklad 4 Určete vlnové délky elektromagnetického vlnění radiových stanic Evropa 2 (104,3 MHz) a Faktor (90,5 MHz).