3 Elektromagnetická indukce

Prezentace na téma: "3 Elektromagnetická indukce"— Transkript prezentace:

1 3 Elektromagnetická indukce

2 M. Faradey – objev elektromagnetické indukce (získal el
M. Faradey – objev elektromagnetické indukce (získal el. proud změnou mag. pole). Jestliže se v blízkosti vodiče mění mag. pole, vzniká (indukije se) na jeho koncích napětí a uzavřeným obvodem začne procházet proud. 3.1 Indukční zákon Faradeyův zákon elektromagnetické indukce (indukční zákon): Velikost indukovaného napětí je tím větší, čím větší a rychlejší jsou změny magnetického pole (velikost indukovaného napětí je dána rychlostí změny magnetického toku)

3 Elektromagnetická indukce nastává:
Pohybem magnetu (elektromagnetu) v blízkosti cívky – indukované napětí je tím větší čím rychleji se magnet pohybuje a čím více závitů má cívka. Pohybem cívky v blízkosti magnetu (elektromagnetu) – indukované je tím větší, čím rychleji se cívka pohybuje a čím více závitů má cívka. Změnou proudu v primární cívce – jde o záklední princip transformátoru: změnou proudu v jedné cívce se na koncích druhé cívky indukuje napětí.

4

5 Směr proudu můžeme určit pomocí Lenzova zákona:
(E. Ch. Lenz – ruský fyzik) Indukovaný proud má vždy takový směr, že se svými magnetickými účinky „snaží“ zabránit změně, která ho vyvolala. (Jestliže například vznikl indukovaný proud přibližováním magnetu k cívce, brání magnetické pole vyvolané indukovaným proudem přibližování magnetu. Jestliže byl indukovaný proud vyvolán vzdalováním magnetu, snaží se magnetické pole tomuto vzdalování zabránit.) Využití elektromagnetické indukce: výroba el. energie v elektrárnách, elektromotory, transformátory, zapalovací cívky v motorech elektromotorů aj.

6 3.2 Vlastní indukčnost Změny proudu (zapnutí nebo vypnutí) způsobí změny magnetického pole (vznik nebo zánik) a na cívce se indukuje napětí opačné než to, které vyvolalo průchod proudu. Tento jev se nazývá vlastní indukce (samoindukce), objevil ho v roce 1832 americký fyzik J. Henry. Velikost indukovaného napětí závisí na cívce – rozměrech, počtu závitů a materiálu jejího jádra. Tzto vlastnosti jsou charakterizovány fyzikální veličinou vlastní indukčnost L, její jednotkou je henry (H).

7 Vlastní indukčnost L se dá též vyjádřit napětím indukovaným na cívce a časovou změnou proudu cívky:
Jeden henry (H) je indukčnost vodiče ve kterém se indukuje jeden V při proudu jeden A za jednu s.

8 3.3 Vířivé (Foucaultovy) proudy
Na úvod: - Kovové vodiče obsahují obrovské množství volných elektronů, kovy proto dobře vedou el. proud. - Když vodičem neprochází proud, volné elektrony se v jeho mřížce pohybují zcela chaoticky. - Magnetické pole působí na pohybující se elektrony tak, že zakřivuje jejich dráhu. Pohybem magnetu se uvedou volné elektrony do kruhového pohybu a vytvářejí miniaturní proudové smyčky, které dostaly název vířivé (Foucaultovy) proudy. Vířivé proudy vznikají nejen pohybem magnetu (nebo elektromagnetu) v blízkosti vodiče, ale i pohybem vodiče kolem magnetu.

9 Nachází-li se kovový vodič (nebo fermag
Nachází-li se kovový vodič (nebo fermag. jádro cívky) v časově proměnném magnetickém poli, indukuje se v tomto vodiči napětí ui tak, že vodičem tečou indukované proudy kolmé na magnetický tok. Tyto proudy mají tvar uzavřených křivek (vířivé proudy se uzavírají v kružnicích a protékají napříč vodičem). Vířivé proudy vznikají v průřezu vodiče kolmém na mag. tok. Nejmenší jsou ve středu průřezu, největší na obvodě.

10 Využití: Elektromagnetická brzda v lokomotivách a tramvajích, tachometr, tlumení měřících přístrojů, elektroměr, asynchronní elektromotor, indukční pec a vařič, bezdotykové měření tloušťky aj. Vířivými proudy se obvody zahřívají a vznikají nežádoucí ztráty energie. Aby se zabránilo vzniku vířivých proudů, zhotovují se jádra transformátorů a jiných střídavých strojů z navzájem izolovaných plechů.

11 4 Střídavý proud

12 Střídavé proudy mění svou velikost střídavě s časem.
Přednosti: Výroba – v generátorech, vyšší výkon. Rozvod střídavé el. energie- menší ztáty. Spotřeba – jednodušší spotřebiče. Druhy střídavého proudu: Periodický průběh – pravidelně se opakující v závislosti na čase Aperiodický průběh –nepravidelný v závislosti na čase

13 Průběhy: Souměrný periodický (střídavý) – plochy omezené časovou osou t a oběma půlvlnami jsou stejné. Kmitavý periodický – nabývá kladných a záporných hodnot, ale plochy nejsou stejné. Pulzující periodický – má opakující se kladnou nebo zápornou půlvlnu.

14 Základní pojmy Doba kmitu (perioda) T – určuje dobu za kterou vytvoří střídavá veličina jeden kmit (cyklus). Jednotkou je sekunda (s). Frekvence f – určuje, kolik kmitů proběhne střídavá veličina za jednu sekundu. Platí vztah Okamžitá hodnota střídavé veličiny (podle dané veličiny i, u) – udává v určitém časovém okamžiku velikost a smysl střídavé veličiny. Amplituda podle dané veličiny (Imax , Umax) – je největší okamžitá kladná nebo záporná hodnota střídavé veličiny v průběhu jedné periody.

15 4.1 Vznik střídavého proudu
Podle indukčního zákona: Napětí se indukuje v cívkách (vodičích statoru), pohybuje-li se homogenní magnetické pole. Napětí se indukuje v cívkách (vodičích), která se pohybují v homogenním magnetickém poli. Pohybuje-li se cívka v homogenním magnetickém poli, indukuje se na ní střídavá napětí a obvodem začne procházet střídavý proud – této soustavě pak říkáme generátor střídavého proudu neboli alternátor.

16

17 Grafickým znázorněním závislostí střídavého napětí na čase je sinusoida. A protože velikosti napětí je úměrná i velikost proudu (viz. Ohmův zákon), má také průběh střídavého proudu tvar sinusoidy. Matematicky se dá velikost proudu a napětí popsat rovnicemi:

18 α - časový úhel udávaný v obloukové míře (radiánech)
Kde úhlová frekvence ω vyjadřuje v obloukové míře úhel, který opíše rotující úsečka za jednu sekundu. Jednotkou je radián za sekundu (rad . s-1) Převodní vztahy: (rad; °) (°; rad) (př ; 6.1.2; str. 150)

19 Efektivní hodnoty proudu a napětí

20 Efektivní hodnota střídavého proudu I se rovná hodnotě stejnosměrného proudu, který v odporu R vyvine za jednu periodu stejné množství tepla jako proud střídavý. Mezi efektivní a maximální hodnotou střídavého proudu platí vztah: Analogicky pro napětí: Na štítcích el. spotřebičů se zásadně uvádí efektivní hodnota napětí (proudu).

21 (př str.152)

22 Vlastní indukčnost L se dá též vyjádřit napětím indukovaným na cívce a časovou změnou proudu cívky:
Jeden henry (H) je indukčnost vodiče ve kterém se indukuje jeden V při proudu jeden A za jednu s.