Gymnázium, Havířov -Město, Komenského 2, p.o

1. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. F21 – NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE Mgr. Alexandra Bouchalová • Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“

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

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

4. Elektromagnetická indukce Vznik proudu je vázán na relativní pohyb mezi smyčkou a magnetem. Proud zaniká, ustane-li pohyb. Pohyb magnetu ke smyčce způsobuje proud v jednom směru, pohyb od smyčky ve směru opačném. Rychlejší pohyb způsobí větší proud. 0 Nestacionární magnetické pole 4

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

6. Elektromagnetická indukce 0 Nestacionární magnetické pole 6

7. Elektromagnetická indukce 0 Nestacionární magnetické pole 7

8. Elektromagnetická indukce 0 Nestacionární magnetické pole 8

9. Elektromagnetická indukce • V tomto případě nastala elektromagnetická indukce v důsledku změny elektrického proudu v pravé smyčce. • V okamžiku sepnutí obvodu v pravé smyčcejev 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. Nestacionární magnetické pole 9

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

11. Magnetický indukční tok  = BS  = BS cos  [] = [B] [S] = Tm2 = Wb resp. weber – viz Wilhelm Weber (1804-1891) • 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 :  t Nestacionární magnetické pole 11

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

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

14. Faradayův zákon elektromagnetické indukce • 1820 - Hans Christian OERSTED • 1831 - 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: Ui =  t - Nestacionární magnetické pole 14

15. Faradayův zákon elektromagnetické indukce • 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 ui = Um sin ωt Střídavé napětí Nestacionární magnetické pole 15

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

17. Vlastní indukce • Sledujte, žárovky v elektrickém obvodu po zapnutí spínače. • Pokuste se vysvětlit pozorovaný jev. R Ž1 L Ž2 Nestacionární magnetické pole 17

18. Vlastní indukce • Proč se žárovka Ž1 rozsvítí okamžitě po zapnutí spínače a žárovka Ž2se rozsvěcuje pomalu se zpožděním? R Ž1 L Ž2 Nestacionární magnetické pole 18

19. Vlastní indukce • 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. Nestacionární magnetické pole 19

20. Vlastní indukce • 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 Ui = = I t  t • pro indukované napětí platí - L - [Ui ][t] [I] [] [I] V s A [L] = = = = = H Wb A Nestacionární magnetické pole 20

21. Použitá literatura Literatura LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, 2002. ISBN 80-7196-202-3 TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, 2002. ISBN 80-86706-00-1 HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, 2000.ISBN 80-214-1868-0 Nestacionární magnetické pole

22. soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. • Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání • na gymnáziu Komenského v Havířově“