Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ F21 – NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Mgr. Alexandra Bouchalová

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE Elektromagnetická indukce Magnetický indukční tok Faradayův zákon elektromagnetické indukce Indukovaný proud Vlastní indukce Přechodný děj Nestacionární magnetické pole 2

Nestacionární magnetické pole Nestacionární magnetické pole 3 Je magnetické pole, jehož magnetická indukce se s časem mění. nepohybující se vodič s časově proměnným proudem pohybující se vodič s proudem pohybující se permanentní magnet nebo elektromagnet Příklady vzniku nestacionárního magnetického pole:

Elektromagnetická indukce Nestacionární magnetické pole Vznik proudu je vázán na relativní pohyb mezi smyčkou a magnetem. Proud zaniká, ustane-li pohyb. 2.Rychlejší pohyb způsobí větší proud. 3.Pohyb magnetu ke smyčce způsobuje proud v jednom směru, pohyb od smyčky ve směru opačném.

Elektromagnetická indukce Nestacionární magnetické pole 5 Pohybem magnetu jsme vytvořili nestacionární magnetické pole. Toto pole je příčinou vzniku indukovaného elektrického pole ve smyčce. Na koncích smyčky vzniká indukované elektromotorické napětí U i. Uzavřeným obvodem (smyčkou) prochází indukovaný proud I i. Tento jev nazýváme elektromagnetická indukce.

Elektromagnetická indukce Nestacionární magnetické pole 6 0

Elektromagnetická indukce Nestacionární magnetické pole 7 0

Elektromagnetická indukce Nestacionární magnetické pole 8 0

Elektromagnetická indukce Nestacionární magnetické pole 9 V tomto případě nastala elektromagnetická indukce v důsledku změny elektrického proudu v pravé smyčce. V okamžiku sepnutí obvodu v pravé smyčce je v levé smyčce krátce zaznamenán indukovaný proud. V okamžiku vypnutí pak opět na krátký čas vzniká indukovaný proud, ale opačného směru. Indukované elektrické pole je nestacionární a vírové.

Magnetický indukční tok Nestacionární magnetické pole 10 n B Rovina o obsahu S Normála roviny   = BS Magnetický indukční tok  = BS cos 

Magnetický indukční tok Nestacionární magnetické pole 11  = BS  = BS cos  resp. [  ] = [B] [S] = Tm 2 = Wb Je-li rovina rovnoběžná s indukčními čarami (  = 90°), je magnetický indukční tok nulový. Dojde-li k časové změně kterékoliv z veličin B, S, , dochází k časové změně  : weber – viz Wilhelm Weber ( )   t

Magnetický indukční tok Nestacionární magnetické pole 12  = BS cos   = BS cosωt  se mění harmonicky Indukované elektromotorické napětí má také harmonický průběh. B n  ω V

Magnetický indukční tok Nestacionární magnetické pole 13  = BS cos   = BS cosωt  se mění harmonicky V jaké poloze závitu bude mít ručka voltmetru největší výchylku? Napětí indukované v jednom závitu je velmi malé. Jak jej zvýšíme? B n  ω V

Faradayův zákon elektromagnetické indukce Nestacionární magnetické pole Hans Christian OERSTED Michael FARADAY Jestliže magnetický indukční tok plochou ohraničenou vodičem se za dobu  t změní o , indukuje se ve vodiči elektromotorické napětí. Jeho střední hodnota je: U i =   t -

Faradayův zákon elektromagnetické indukce Nestacionární magnetické pole 15 Na základě elektromagnetické indukce zdůvodněte časový průběh indukovaného napětí v otáčejícím se závitu. Kdy se mění indukční tok nejpomaleji? Když je největší, tedy  = 0 nebo . Kdy se mění indukční to nejrychleji? Když je nulový, tedy  =  /2 nebo 3  /2.  = BS cos ωt u i = U m sin ωt Střídavé napětí

Indukovaný proud – Lenzův zákon Nestacionární magnetické pole 16 Příčinou tohoto děje je indukovaný elektrický proud I i =. U i R Indukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodu má takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně indukčního toku, která je jeho příčinou.  > 0  < 0

Vlastní indukce Nestacionární magnetické pole 17 Sledujte, žárovky v elektrickém obvodu po zapnutí spínače. Pokuste se vysvětlit pozorovaný jev. R L Ž1Ž1 Ž2Ž2

Vlastní indukce Nestacionární magnetické pole 18 R L Ž1Ž1 Ž2Ž2 Proč se žárovka Ž 1 rozsvítí okamžitě po zapnutí spínače a žárovka Ž 2 se rozsvěcuje pomalu se zpožděním?

Vlastní indukce Nestacionární magnetické pole 19 Po zapnutí se s rostoucím proudem zvětšuje magnetická indukce vznikajícího pole v cívce. V cívce vzniká indukované elektrické pole, které podle Lenzova zákona působí proti změně, která ho vyvolala. Na koncích cívky vzniká napětí opačné polarity, než má zdroj. Proud v cívce narůstá postupně až do hodnoty určené odporem cívky, dále se již nemění.

Vlastní indukce Nestacionární magnetické pole 20 Indukované elektrické pole vzniká ve vodiči i při změnách magnetického pole, které vytváří proud procházející vlastním vodičem. Tento jev nazýváme vlastní indukce. pro indukční tok v cívce platí  = LI Indukčnost cívky pro indukované napětí platí U i = =   t - I tI t - L [L] = = = = = H [L] = = = = = H [U i ][  t] [  I] [  ] [  I] V s A Wb A

Použitá literatura Literatura LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, ISBN HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, ISBN Nestacionární magnetické pole

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA