Radomír Matonoha

Uživatel:   nepřihlášen
úvodúvodInformace o oboru Elektronické počítačové systémyInformace o oboru StrojírenstvíInformace o oboru AdministrativaInformace o oboru Silniční dopravaHlavní obrázek

Stacionární elektrické pole

 

- na severním zeměpisném pólu Země je jižní magnetický pól

 

Magnetické pole vodiče s proudem

 

- v okolí vodiče s proudem vzniká magnetické pole

 

- magnetické pole je vírové – neexistuje zdroj, na němž by jeho siločáry začínaly a končily

 

magnetická indukční čára -  prostorová orientovaná křivka, jejíž tečna v daném bodě má směr osy velmi malé magnetky umístěné v tomto bodě

-    směřuje od jižního k severnímu pólu pomyslné magnetky

-    jsou to uzavřené křivky

-    její orientace záleží na směru proudu ve vodiči

 

Ampérovo pravidlo pravé ruky -  uchopíme-li vodič do pravé ruky tak, aby palec ukazoval dohodnutý směr proudu ve vodiči, prsty ukazují orientaci magnetických indukčních čar

 

Magnetická síla

 

- dále: ´ = vodič vede proud k nám  ∙ = proud směřuje od nás

 

magnetická síla  - Fm - silové působení na vodič, kterým prochází elektrický proud

 

- viz obr. str. 133 – Fm působí na vodič ve směru menší hustoty indukčních čar: vlevo na obrázku je směr indukčních čar magnetického pole shodný se směrem čar magnetu >> větší hustota, vpravo jsou proti sobě opačně >> menší hustota >> vodič se vychýlí doprava

- není-li vodič k indukčním čarám kolmý, je výsledná Fm na něj působící vždy menší

 


Magnetická indukce

 

Fm = BIl sinα

 

homogenní magnetické pole -   magnetické pole, jehož magnetické indukční čáry jsou rovnoběžné

 

magnetická síla  - je přímo úměrná proudu I ve vodiči, délce vodiče l

-    Fm = BIl sinα    α є <0, π> - úhel, který svírá B se směrem proudu

 

magnetická indukce - B - vektorová veličina charakterizující magnetické pole

-    [B] = T tesla

 

Flemingovo pravidlo levé ruky  - určuje směr magnetické síly

-    položíme-li levou ruku tak, aby prsty ukazovaly směr proudu a indukční čáry vstupovaly do dlaně, ukazuje odtažený palec směr síly, kterou působí magnetické pole na vodič s proudem

 

Ampérův zákon -  pro tenký vodič libovolného tvaru

-    │∆Fm│= BIl sinα

-    l – krátké úseky vodiče, na které působí magnetické síly ∆Fm

 

Magnetické pole rovnoběžných vodičů s proudem

 

B = μI/d     μr = μ/μo    Fm = μI1I2l/d

 

- vektor magnetické indukce B leží v rovině kolmé k vodiči a má směr tečny k magnetické indukční čáře, pro jeho velikost platí B = μI/d

 

permeabilita prostředí - μ - charakterizuje prostředí, v němž elektrický proud vytváří elektrické pole

-    μ0 – permeabilita vakua; μ0 = 4π.10-7 N.A-2

-    μr – relativní permeabilita prostředí μr = μ/μo

-    výsledná magnetická indukce – B = μrB0

 

- >> směry magnetických sil, kterými na sebe působí rovnoběžné vodiče s proudem, závisí na směrech proudů ve vodičích

- při souhlasných směrech proudů se vodiče přitahují a při nesouhlasných směrech proudů se odpuzují

- Fm = μI1I2l/d

- >> definice ampéru

 

ampér -  stálý proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelně velkého průřezu umístěnými u sebe ve vakuu ve vzdálenosti 1 m vyvolá mezi vodiči sílu o velikosti 2.10-7 N na 1 m délky vodiče


Magnetické pole cívky

 

B = μ0NI/l

 

solenoid -  válcovitá cívka s velkým počtem závitů, jejichž průměr je mnohem menší než délka cívky

 

Ampérovo pravidlo pravé ruky - pro určování orientace magnetických indukčních čar cívky

-    pravou ruku položíme na cívku tak, aby pokrčené prsty ukazovaly dohodnutý směr proudu v závitech cívky

-    >> palec ukazuje orientaci indukčních čar v dutině cívky

 

magnetická indukce uvnitř solenoiduB = μ0NI/l  N.....počet závitů v cívce

 

Částice s nábojem v elektrickém poli

 

Fm = Bev = mv2/r     FL = Fe + Fm

 

- vodičem délky l prochází náboj Q za dobu t

- >> Q = Nev  t = l/v  >> I = Q/t = Nev/l

- >> Fm = BIl = Bev

 

- má-li částice kladný náboj, použijeme k určení směru letu částice Flemmingovo pravidlo levé ruky, má-li záporný náboj, je směr letu opačný – použijeme pravou ruku

- ve Wehneltově trubici: na elektrony působí magnetická síla Fm = Bev = mv2/r >> r = mv/Be

- na částice letící kolmo na směr magnetické indukční čáry Fm nepůsobí

 

Lorentzova síla  - výslednice elektrické a magnetické síly působící na částici

-    FL = Fe + Fm

-    při nepřítomnosti elektrického pole: FL = Fm

 

Hallův jev

 

- [hólův jev]

- při působení magnetické síly na elektrony kolmo na vodič se elektrony uvnitř přesunou od jednoho okraje k druhému

- viz obr. str. 147: vektor B je kolmý k ploše pásku, magnetická síla působí na elektrony a vzniká nerovnoměrné rozdělení nábojů napříč vodičem, projevující se vznikem příčného elektrického pole o intenzitě E, kterému odpovídá Hallovo napětí UHUH = kB

- k – konstanta závisející na hustotě nosičů náboje

- využití: teslametr -  měřič magnetické indukce

 


Magnetické vlastnosti látek

 

- elektrony v atomech vytvářejí elementární magnetická pole, která se skládají a vytvářejí výsledné magnetické pole

 

diamagnetické atomy – vlivem uspořádání elektronů v nich se magnetická pole ruší

 

paramagnetické atomy – elementární magnetická pole se ruší jen částečně

 

 

diamagnetické látky - skládají se z diamagnetických atomů mají μr o něco menší než 1

-    mírně zeslabují magnetické pole

 

paramagnetické látky  - z paramagnetických atomů, μr o něco větší než 1

-    magnetické pole mírně zesilují, mají vlastní magnetické pole

-    jejich magnetické pole se kvůli tepelnému pohybu atomů nedá zesílit

 

feromagnetické látky  - mají paramagnetické atomy v uspořádání značně zvyšujícím magnetické pole, μr = 102 - 105

-    příčinou magnetizace látky je působení výměnných sil mezi sousedními atomy

-    v látce jsou nerovnoměrně rozloženy magnetické domény – malé zmagnetované části látky

-    působením vnějšího magnetického pole se objem domén zvětšuje až celá látka získá vlastnosti magnetu – je magneticky nasycena

-    feromagnetismus se projevuje jen když je materiál v krystalickém stavu – je vlastností struktury látky, ne jednotlivých atomů

-    pro každou feromagnetickou látku existuje Curieova teplota, při níž své feromagnetické vlastnosti ztrácí

-    ferity = ferimagnetické látky – mají větší elektrický odpor oproti kovovým feromagnetickým látkám – jádra cívek

 


Magnetické materiály v technické praxi

 

elektromagnet – cívka navinutá na feromagnetickém jádře; při určitém proudu je její jádro magneticky nasyceno a magnetická indukce pole jádra se dále nezvětšuje

 

remanentní magnetická indukce - Br - magnetická indukce cívky zůstávající po odpojení proudu

 

magneticky tvrdý materiál -   zůstává po přerušení proudu v cívce zmagnetován; zrušit lze zavedením proudu do cívky v opačném směru

 

magneticky měkký materiál - malá hodnota Br, po přerušení proudu v cívce jeho pole zaniká

 

elektromagnetické relé – cívka s jádrem z magneticky měkké oceli, kotva dotýkající se kontaktů

 

magnetický záznam signálů - magnetický záznam je založen na trvalém zmagnetování vrstvy feromagnetika naneseného na nosiči z trvalého materiálu

-    zaznamenává se pomocí záznamové hlavy tvořené cívkou, jejíž jádro je přerušeno štěrbinou – v místě štěrbiny dochází k záznamu na pásek

-    reprodukce – snímací hlava opačným postupem získává informace z pásku


Nestacionární magnetické pole

 

- vektor B se u něj mění

- nepohybující se vodič s proměnným proudem, pohybující se vodič s proudem, pohybující se permanentní magnet/elektromagnet

- záleží na volbě vztažné soustavy

 

Elektromagnetická indukce

 

- mezi elektrickým a magnetickým polem je těsná spojitost

 

elektromagnetická indukce - jev, při kterém nestacionární elektromagnetické pole je příčinou vzniku indukovaného elektrického pole

-    na koncích cívky vzniká indukované elektromotorické napětí Ui a uzavřeným obvodem prochází indukovaný proud Ii

 

Magnetický indukční tok

 

Φ = BS   Φ = BS cos ωt

 

magnetický indukční tok  - Φ - kvantitativně popisuje elektromagnetickou indukci

-    Φ = BS   [Φ] = Wb weber

-    mění se harmonicky: Φ = BS cos ωt

 

časová změna magnetického indukčního toku - ΔΦ/Δt

 

Faradayův zákon elektromagnetické indukce

 

Ui = -ΔΦ/Δt     ui = Um sin ωt

 

- jestliže magnetický indukční tok plochou ohraničenou vodičem se za dobu Δt změní o ΔΦ, indukuje se ve vodiči elektromotorické napětí

- Ui = -ΔΦ/Δt

 

odvození - viz. obr str. 163 - při pohybu vodiče magnetickým polem působí na elektrony ve vodiči magnetická síla Fm = Bev a vzniká v něm indukované elektrické pole Ei = Fm/(-e)

-    elektrické pole způsobuje vznik napětí mezi konci vodiče Ui = Eil = Bvl

-    Ui│ = Bvl = BΔsl/Δt = BΔS/Δt = ΔΦ/Δt

-    minus – viz výše elektromotorické napětí, viz Lenzův zákon

-    indukované napětí má stejně jako Φ harmonický průběh: ui = Um sin ωt


Indukovaný proud

 

- pokus viz obr. str. 165: do kovového proužku vsuneme magnet >> kroužek se vychýlí ve směru pohybu magnetu, vysuneme ho >> kroužek se opět vychýlí ve směru pohybu magnetu >> příčinou je Ii

- při zasunutí se zvětšuje magnetický indukční tok procházející kroužkem, jeho zvětšení brání magnetický indukční tok pole vytvořeného Ii

- při vysunutí magnetu se magnetický indukční tok zvětšuje, zvětšení opět brání magnetický indukční tok pole vytvořeného Ii >> Lenzův zákon

 

Lenzův zákon  - indukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodu má takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně magnetického indukčního toku, která je jeho příčinou

-    ΔΦ > 0 - Ii vytváří magnetické pole s opačným směrem indukčních čar než má magnet

-    ΔΦ < 0 - Ii vytváří magnetické pole se stejným směrem indukčních čar jako má magnet - viz obr str. 167

 

Foucaultovy/vířivé proudy  - indukované proudy v plošných vodičích v podobě miniaturních vírů - viz obr. str. 167: vznikají např při pohybu magnetu nad kovovou deskou >> vířivé proudy tlumí jeho pohyb

 

Vlastní indukce

 

Φ = LI

 

vlastní indukce -  jev, při kterém elektrické pole vzniká ve vodiči i při změnách magnetického pole, které vytváří proud procházející vlastním vodičem

 

- obvodu s cívkou a žárovkou se žárovka nerozsvítí hned, ale vlivem Ui indukovaného v cívce, které má opačnou polaritu k polaritě zdroje, proud plynule roste až na hodnotu určenou odporem cívky

- vlastní magnetické pole vytváří v cívce magnetický indukční tok – Φ = LI

 

indukčnost cívky  - L - závisí na vlastnostech cívky; vlastnost celého obvodu

-    [L] = H   henry

-    větší je u cívek s jádrem; využití – tlumivky

 

Přechodný děj

 

I = (UeLI/ Δt)/R     Em = ½ LI2

 

přechodný děj - děj, při kterém se v elektrickém obvodu skokem změní napětí z U1 na U2

-    proud v obvodu je při něm I = (Ue + Ui)/R = (UeLI/ Δt)/R

-    viz graf str. 172 – při sepnutí obvodu vznikne Ui opačné polarity než zdroje, působí pozvolný růst proudu, při rozepnutí vznikne Ui stejné polarity jako má zdroj (několikrát větší) a působí pozvolný pokles proudu

-    >> jiskra při rozepnutí obvodu

-    vyplývá ze zákona zachování energie, kde energie magnetického pole cívky je Em = ½ LI2 (L odpovídá  m)






Přiložené soubory

Na tuto stránku byly připojeny následující soubory:

#1

Dokument aplikace Microsoft Word

DOC

Informace o souboru
Jméno:magneticke-pole-zadani.doc
Popis:--
Velikost:       223 kb
Staženo:3897x
Nahráno:16. února 2009
Stažení souboru

Pro stažení souboru klikněte na odkaz

[   Stáhnout soubor   ]


#2

Dokument aplikace Microsoft Word

DOC

Informace o souboru
Jméno:magneticke-pole-reseni.doc
Popis:--
Velikost:       195.5 kb
Staženo:1057x
Nahráno:16. února 2009
Stažení souboru

Pro stažení souboru klikněte na odkaz

[   Stáhnout soubor   ]



Aktualizováno:   16. února 2009 07:45:47

Stránka byla zobrazena:   2448x