Nestacionární magnetické pole
- Děje v nestacionárním magnetickém poli jsou vždy spojeny se vznikem nestacionárního elektrického pole
- Jsou to děje elektromagnetické, při nichž nestacionární elektrické a magnetické pole jsou navzájem neoddělitelná a vytvářejí jediné pole elektromagnetické
- Nestacionární magnetické pole může způsobit:
- vodič, který se nepohybuje, ale mění se proud, který jím prochází
- pohybující se vodič s proudem (konstantním nebo proměnným)
- pohybující se permanentní magnet nebo elektromagnet
Magnetický indukční tok
- Φ - velké řecké fí; skalární veličina, jednotkou je Wb (weber)
- Wb = T . m2 = m2 . kg . s-2 . A-1
- Uvažujeme rovinnou plochu o obsahu S, umístěnou v homogenním magnetickém poli, jehož magnetická indukce je B. Jestliže je plocha kolmá k magnetickým indukčním čarám (vektor B má směr normály plochy n), je magnetický indukční tok určen vztahem: Φ = B ⋅ S
- Připojíme-li k cívce voltmetr a budeme-li pohybovat magnetem v blízkosti cívky, změříme na voltmetru indukované napětí. Napětí bude kladné nebo záporné podle směru, kterým pohybujeme magnetem.
- Úhel α svírá vektor mag. indukce s normálovým vektorem plochy S. V případě, že indukční čáry jsou s plochou rovnoběžné, pak je indukční tok nulový, protože α = π/2 rad ⇒ cos α = 0
- Pro děje v nestacionárním magnetickém poli jsou charakteristické změny indukčního toku. Ty mohou být způsobeny změnou B (změna velikosti proudu vodiče nebo změnou polohy vodiče či magnetu), S nebo α (rotace cívky nebo magnetu). Kvantitativně se uvažuje se změnou indukčního toku ΔΦ za čas Δt
obrázek vynechán
Φ = B ⋅ S ⋅ cos α
Elektromagnetická indukce
- Jev, ke kterému dochází v nestacionárním (nestálém, měnícím se) magnetickém poli
- Toto magnetické pole v cívce vytváří indukované elektrické pole, které charakterizuje indukované elektromotorické napětí Ui
- Když je k cívce připojen el. obvod, prochází jím indukovaný el. proud Ii
- Magnetický indukční tok (tok magnetické indukce)
- Slouží pro kvantitativní popis elektromagnetické indukce
- Vyjadřuje úhrnný tok magnetické indukce procházející určitou plochou
Faradayův zákon elektromagnetické indukce
- Určuje velikost indukovaného napětí ve vodiči
- Změní-li se magnetický indukční tok uzavřeným vodičem za dobu Δt o ΔΦ, indukuje se ve vodiči elektromotorické napětí, jehož střední hodnota je:
obrázek vynechán
- Indukované elektromotorické napětí __Ui__* je rovno záporně vzaté časové změně magnetického indukčního toku. *
Lenzův zákon
- Určuje orientaci indukovaného proudu v uzavřeném vodiči (elektrickém obvodu)
- Indukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodu má takový směr, že svým magnetickým polem působí* proti změně magnetického indukčního toku*, která je jeho příčinou.
- Ve formulaci Faradayova zákona je Lenzův zákon zahrnut ve znaménku (–)
- Směr indukovaného proudu určujeme pomocí Flemingova pravidla pravé ruky
- Položíme-li pravou ruku k vodiči tak, aby odtažený palec ukazoval směr pohybu vodiče a vektor magnetické indukce vstupoval do dlaně, pak prsty ukazují směr indukovaného proudu ve vodiči.
Vířivé proudy (Foucaultovy)
- Proudy v plošných vodičích (desky, plechy, hranoly), které jsou v proměnném magnetickém poli, popř. se pohybují ve stacionárním mag. poli
- Představujeme si je v podobě miniaturních vírů = vířivé
- Přeměňují elektrickou energii na vnitřní energii vodiče a vodič se zahřívá
- Využití: při indukčním ohřevu, indukčních brzdách
Vlastní indukce
- Připojíme-li cívku do el. obvodu, začne proud, který jí prochází, vytvářet mag. pole. Proud při zapojení nemá hodnotu (kterou udává odpor cívky) okamžitě, ale roste až na tuto hodnotu udávanou odporem cívky. Když cívku zapojíme, mění se proud (roste), tím se mění mag. indukce cívky a mění se i mag. indukční tok. Podle Lenzova zákona se začne indukovat napětí, které působí proti změně, která ho vyvolala, tzn. působí proti připojenému zdroji. Když dosáhne proud hodnoty, kterou udává odpor, přestane se měnit. Tím se už nemění ani mag. indukční tok, takže indukované el. pole zaniká.
- obrázek vynechánIndukované elektrické pole vzniká ve vodiči i při změnách mag. pole, které vytváří proud procházející vlastním vodičem. Tento jev se nazývá vlastní indukce.
Indukčnost cívky L
- Veličina, která charakterizuje magnetické vlastnosti cívky
- Její velikost závisí na vlastnostech cívky – na délce cívky, obsahu plochy každého závitu, na počtu závitů a na permeabilitě jádra
- Indukčnost je důležitý parametr el. obvodu (spolu s odporem R a kapacitou C).
- [L] = H (henry)
obrázek vynechán
- Pro cívku platí:obrázek vynechán
obrázek vynechán
Energie magnetického pole cívky
- Má-li v cívce o indukčnosti L vzniknout proud I, je třeba vykonat práci k překonání elektromotorického napětí indukovaného vlivem vlastní indukce. Současně vzniká magnetické pole cívky. Jeho energie je rovna vykonané práci.
- nemá-li cívka feromagnetické jádro:
obrázek vynechán