SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA F21 – NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE Mgr.

Download Report

Transcript SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA F21 – NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE Mgr.

SOUBOR PREZENTACÍ
FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA
F21 – NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE
Mgr. Alexandra Bouchalová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o
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“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
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
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
Elektromagnetická indukce
1. Vznik
3.
Pohybproudu
magnetu
je vázán
ke smyčce
na
relativní pohyb
způsobuje
proud
mezi
v jednom
smyčkou
směru,
pohyb
a magnetem.
od smyčky
Proud
ve
směru
zaniká,
opačném.
ustane-li
pohyb.
0
Nestacionární magnetické pole
2. Rychlejší pohyb způsobí
větší proud.
4
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
Elektromagnetická indukce
0
Nestacionární magnetické pole
6
Elektromagnetická indukce
0
Nestacionární magnetické pole
7
Elektromagnetická indukce
0
Nestacionární magnetické pole
8
Elektromagnetická indukce
•
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.
Nestacionární magnetické pole
9
Magnetický indukční tok
 == BS
BS cos 

•
Rovina o obsahu S
Magnetický
indukční tok

Nestacionární magnetické pole
B
Normála roviny
n
10
Magnetický indukční tok
 = BS
•
resp.
 = BS cos 
Je-li rovina rovnoběžná s
[] = [B] [S] = Tm2 = Wb
weber – viz Wilhelm Weber
(1804-1891)
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
Magnetický indukční tok
 = BS cos 
 = BS cosωt
B
 se mění harmonicky
n

ω
V
Indukované elektromotorické napětí má také harmonický průběh.
Nestacionární magnetické pole
12
Magnetický indukční tok
 = BS cos 
 = BS cosωt
B
 se mění harmonicky
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
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
Nestacionární magnetické pole
=-

t
14
Faradayův zákon elektromagnetické indukce
 Na základě elektromagnetické indukce zdůvodněte
časový průběh indukovaného napětí v otáčejícím se
závitu.
 Kdy se mění indukční tok nejpomaleji?

 = BS cos ωt
Když je největší, tedy  = 0 nebo .
 Kdy se mění indukční to nejrychleji?

Když je nulový, tedy  = /2 nebo 3/2.
ui = Um sin ωt
Střídavé napětí
Nestacionární magnetické pole
15
Indukovaný proud – Lenzův zákon
 > 0
 Příčinou tohoto děje je
indukovaný elektrický proud
U
Ii = Ri .
 < 0
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
Vlastní indukce
 Sledujte, žárovky v elektrickém obvodu po zapnutí
spínače.
 Pokuste se vysvětlit pozorovaný jev.
R
L
Nestacionární magnetické pole
Ž1
Ž2
17
Vlastní indukce
 Proč se žárovka Ž1 rozsvítí okamžitě po zapnutí
spínače a žárovka Ž2 se rozsvěcuje pomalu se
zpožděním?
R
L
Nestacionární magnetické pole
Ž1
Ž2
18
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
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
 pro indukované napětí platí
I

Ui = = - L t
t
[L] =
Indukčnost cívky
[Ui ][t]
[]
Vs
Wb
=
=
=
=H
[I]
[I]
A
A
Nestacionární magnetické pole
20
Použitá literatura
Literatura
LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, 2002. ISBN 80-7196202-3
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
SOUBOR PREZENTACÍ
FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA
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“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem
České republiky.