Rotující magnet a cívka Gymnázium Vítkov

1. problém V učebnicích je v článcích věnovaných vzniku střídavého proudu grafem závislosti indukovaného napětí na čase sinusoida. Tu získáme tak, že budeme v homogenním magnetickém poli otáčet obdélníkovým závitem kolem osy rovnoběžné s jeho nepřerušenými stranami. Když ji budeme chtít získat experimentálně indukovaný proud či napětí jsou neměřitelné. Použijeme tedy cívku, která bude v klidu a rotovat bude magnetické pole, permanentní magnet , složený ze dvou magnetů na rotační ose.

Cívka bez jádra Cívka s jádrem Magnet N - S

Cívka bez jádra Cívka s jádrem Magnet N - N

Experiment K rozhraní připojte voltmetr ( -+ 0,2 V, 20ms, 200 měř.) a k němu cívku 800 závitů s jádrem. V ose cívky umístěte složený magnet rotující na jehle. Měření proveďte pro obě polohy magnetů ve složeném rotujícím magnetu. Pokus proveďte pro cívku s jádrem a bez jádra.

2. problém Grafem není sinusoida. Získané křivky jsou periodické, ale nejsou harmonické. Nic takového nikde v učebnicích ani v literatuře není. Zkusíme změřit průběh magnetické indukce v místě pólu cívky.

Rotor N - S

Rotor N - N

Experiment Nad cívku, rovnoběžně s její osou upevníme senzor magnetické indukce ( -+4 mT, rozsah 6,3 mT) a do grafu přidejte mag. indukci na vedlejší osu. Zopakujte měření z předcházejícího problému

3. problém Rotační pohyb magnetu otáčejícího se setrvačností není rovnoměrný, ale je brzděn silovým působením mezi magnetem a jádrem cívky a také samozřejmě třením na špičce jehly

Magnet na ose elektromotorku

Experiment Necháme rotovat magnet na ose elektromotorku Snímejte průběh střídavého napětí a mag. indukce v závislosti na čase.

4. problém V učebnicích se lze dočíst že na cívce dochází ke vzájemnému posunu střídavého napětí a proudu. Při průchodu střídavého elektrického proudu cívkou je tento zpožďován za střídavým napětím vlivem vlastní indukce cívky. Tento jev popisuje Lencův zákon. Jak se chová střídavý proud a střídavé napětí v tom případě, že v cívce elektrický proud vzniká ?

Napětí předbíhá proud

Experiment K aparatůře připojíme druhou cívku a k ní proudový senzor( -+ 0,1 mA ). Obě cívky jsou v ose. Rotující magnet má póly NN. Přidáme druhý graf, ve kterém bude závislost střídavého napětí a proudu na čase. Zopakujeme měření z předchozích problému.

5. Problém Nejčastějším zdrojem střídavého proudu jsou alternátory, které mají rotor (rotující magnet či elektromagnet) obklopený soustavou cívek s jádry, které tak vytvářejí stator. Jak jsou tyto cívky zapojeny ? Odzkoušejte na dvou cívkách. Vyberte vhodnou polohu.

Cívky stejná orientace Rotor má póly N-S

Cívky kolmé - stejná orientace N - S

Cívky kolmé - opačná orientace N - S

Experiment Z předchozího zapojení vyřaďte ampérmetr a k cívce připojte sériově druhou cívku. Napěťový senzor bude snímat výsledné sériové napětí. Odzkoušíme, pro které zapojení vývodů cívek je výsledné napětí větší. Měňte vzájemnou polohu os cívek.

Cívky opačná orientace Rotor má póly N-S

Závěr Většinu změn, které byly pozorovány na grafech časových závislostí lze vysvětlit pomocí Lenzova zákona a Faradayho zákona. Důležitou roli také hraje sériové zapojení cívek. Také fakt, že rotující magnet je tvořen dvěma magnety s různou magnetickou indukci nelze pominout.

Matematice zdar a fyzice zvláště Děkujeme za pozornost Matematice zdar a fyzice zvláště