Elektromagnetická indukce

Prezentace na téma: "Elektromagnetická indukce"— Transkript prezentace:

1 Elektromagnetická indukce
Podmínky používání prezentace Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd.) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 270,- Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd., je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013

2 Elektromagnetická indukce
© RNDr. Jiří Kocourek 2013

3 Jak již víme, vzniká v okolí vodiče s proudem magnetické pole.
Může naopak magnetické pole vyvolat vznik elektrického proudu?

4 cívka

5 N S magnet

6 N S

7 N S

8 N S

9 N S

10 N S Při zasouvání a vysouvání tyčového magnetu do (z) cívky, vzniká v připojeném obvodu elektrický proud - cívka se chová jako zdroj elektrického napětí. Necháme-li magnet trvale zasunutý (vysunutý), proud nevzniká.

11 jádro cívka

12 cívka

13

14

15

16

17 Při změně proudu procházejícího cívkou (při změně magnetické indukce uvnitř cívky) vzniká v druhé cívce - spojené s původní cívkou společným jádrem - elektrický proud. Prochází-li cívkou konstantní proud (a nemění-li se tedy magnetická indukce), proud v druhé cívce nevzniká.

18 V obou případech je nestacionární (proměnlivé) magnetické pole příčinou vzniku elektrického proudu. Tento jev se nazývá elektromagnetická indukce. Na koncích cívky vzniká indukované elektrické napětí, obvodem prochází indukovaný elektrický proud.

19 Faradayův zákon elektromagnetické indukce.
B Zjednodušený model: vodič stočený do tvaru závitu; uvnitř závitu je homogenní magnetické pole.

20 Faradayův zákon elektromagnetické indukce.
B Zjednodušený model: vodič stočený do tvaru závitu; uvnitř závitu je homogenní magnetické pole. Změna magnetického pole uvnitř závitu může nastat dvěma způsoby: - změnou magnetické indukce uvnitř závitu - pohybem vodiče (posuvným, otáčivým ...)

21 Faradayův zákon elektromagnetické indukce.
Zjednodušený model: vodič stočený do tvaru závitu; uvnitř závitu je homogenní magnetické pole. S B Změna magnetického pole uvnitř závitu může nastat dvěma způsoby: - změnou magnetické indukce uvnitř závitu - pohybem vodiče (posuvným, otáčivým ...) Veličina, která dobře popisuje oba tyto procesy – magnetický indukční tok: Jednotka: 1T·1m2 = 1Wb (weber) B ... velikost magnetické indukce S ... plocha závitu (pokud je rovina závitu kolmá k indukčním čarám)

22 Faradayův zákon elektromagnetické indukce.
Poznámka: Pokud by rovina závitu svírala se směrem magnetické indukce jiný než pravý úhel, pak místo plochy závitu musíme ve vztahu pro magnetický indukční tok uvažovat pouze „účinnou plochu“, tedy průmět do roviny kolmé k indukčním čarám. S a B B ... velikost magnetické indukce S ... plocha závitu a ... úhel, který svírá rovina závitu s rovinou kolmou k indukčním čarám

23 Faradayův zákon elektromagnetické indukce.
Při libovolné změně magnetického indukčního toku procházejícího plochou závitu vodiče vzniká v tomto vodiči indukovaný elektrický proud. Indukované elektromotorické napětí na koncích vodiče má velikost: DF ... změna magnetického indukčního toku za krátký časový interval Dt

24 Faradayův zákon elektromagnetické indukce.
Při libovolné změně magnetického indukčního toku procházejícího plochou závitu vodiče vzniká v tomto vodiči indukovaný elektrický proud. Indukované elektromotorické napětí na koncích vodiče má velikost: DF ... změna magnetického indukčního toku za krátký časový interval Dt Poznámka: Čím menší je interval Dt, tím přesněji udává hodnota Ui okamžitou hodnotu indukovaného napětí.

25 Jaká je polarita indukovaného napětí (směr indukovaného proudu)?
Pokus: N S magnet zavěšený hliníkový kroužek

26 Pokus: N S

27 Pokus: N S

28 Pokus: N S

29 Pokus: N S

30 Pokus: N S

31 Pokus: N S

32 Pokus: N S

33 Vysvětlení: Při zasunutí magnetu se mění magnetický indukční tok uvnitř kroužku, vzniká indukované napětí. Vzhledem k tomu, že kroužek tvoří uzavřený obvod s minimálním odporem, probíhá v něm značný proud. Tento proud způsobuje vznik magnetického pole, které silově působí na magnet. I B N S

34 Vysvětlení: Při vysouvání magnetu se indukuje proud opačného směru, tedy i vznikající magnetická indukce má opačný směr. I B N S

35 V obou případech se kroužek na krátkou dobu „snažil zabránit“ změně, která vyvolala vznik indukovaného proudu. V prvním případě uhýbal před zasouvajícím se magnetem, ve druhém případě doháněl vysouvající se magnet.

36 V obou případech se kroužek na krátkou dobu „snažil zabránit“ změně, která vyvolala vznik indukovaného proudu. V prvním případě uhýbal před zasouvajícím se magnetem, ve druhém případě doháněl vysouvající se magnet. Lenzův zákon: Indukovaný elektrický proud má vždy takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně, která způsobila jeho vznik.

37 V obou případech se kroužek na krátkou dobu „snažil zabránit“ změně, která vyvolala vznik indukovaného proudu. V prvním případě uhýbal před zasouvajícím se magnetem, ve druhém případě doháněl vysouvající se magnet. Lenzův zákon: Indukovaný elektrický proud má vždy takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně, která způsobila jeho vznik. Poznámka: Vlastnosti indukovaného proudu plynoucí z Lenzova zákona někdy vyjadřujeme ve Faradayově zákoně elektromagnetické indukce pomocí znaménka mínus:

38 Vlastní indukce

39 Vlastní indukce

40 Vlastní indukce

41 Vlastní indukce

42 Vlastní indukce Vysvětlení: Při změnách magnetického pole uvnitř cívky (vyvolaných změnami proudu v cívce) dochází ke vzniku indukovaného proudu i uvnitř samotné cívky. Tento proud má podle Lenzova zákona takový směr, že se snaží po určitou dobu zabránit změně, která ho vyvolala. Při zvětšení proudu v cívce má opačný směr než původní proud, při zmenšení proudu má stejný směr.

43 Grafické znázornění závislosti proudu na čase v obvodu s cívkou:
Vlastní indukce Grafické znázornění závislosti proudu na čase v obvodu s cívkou: I t zapnutí vypnutí

44 Vlastní indukce Každým závitem cívky prochází magnetický indukční tok: Úhrnný magnetický indukční tok procházející všemi závity cívky: Veličina je pro danou cívku konstantní, nazývá se: indukčnost cívky: Jednotka: 1 H (henry) N ... počet závitů; l ... délka cívky; S ... průřez

45 Vlastní indukce Základní vztahy mezi veličinami charakterizujícími vlastní indukčnost cívky:

46 Vlastní indukce Základní vztahy mezi veličinami charakterizujícími vlastní indukčnost cívky: Poznámka: Indukčnost cívky bez jádra bývá 10-6 – 10-2 H; cívka s feromagnetickým jádrem mívá indukčnost – 102 H.

47 Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.