Elektromagnetická indukce

1. Elektromagnetická indukce Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM

3. Elektromagnetická indukce Náplň výuky Základní pojmy Vznik elektromagnetické indukce Vznik elektromotorického napětí Vznik střídavého proudu Grafické zobrazení proudu Využití elektromagnetické indukce

4. Elektromagnetická indukce – vzniká, dochází-li k protínání vodiče indukčními čarami magnetického pole. Pohybuje-li se magnet zprava doleva aprotinaji-li indukcníčáry závity cívky,indukuje se v jejich závitech proud uvedeného smyslu (obr. 1a). Jestliže se pohyb magnetu zastaví (obr. 1b), proud přestane procházet. Při pohybu magnetu v opačném smyslu (tj. zleva doprava) se obrátí i smysl indukovaného proudu (obr. 1c). Základní pojmy Obr. 1: Vznik elektromagnetické indukce

5. Elektromagnetická indukce vzniká následujícími způsoby: • pohybem vodiče v magnetickém poli, • pohybem magnetického pole kolem vodiče, • uložením vodiče v časově proměnném magnetickém poli. Zákon elektromagnetické indukce Fyzikální zákon, který vyslovil v r. 1831 Michael Faraday. Umístíme-li do magnetického pole závit z tenkého vodiče, bude jeho plochou S procházet magnetický tok Ф(viz obr. 2). Zvětší-li se náhle tento magnetický tok o ΔФ , bude se závitu indukovat proud i, jehož okamžitá hodnota závisí na rychlosti změny toku a na odporu vodiče, tedy Vznik elektromagnetické indukce Obr. 2: Závit v magnetickém poli

6. Směr elektrického proudu, který je ve smyčce indukován je určen tzv. Lenzovým zákonem (Lenzovým pravidlem). Tento zákon říká, že magnetické pole vytvořené indukovaným elektrickým proudem se snaží kompenzovat změny magnetického toku, které jsou odpovědné za vznik indukovaného proudu, tzn. indukovaný elektrický proud vytváří magnetické pole, které se snaží působit proti změnám, které indukci elektrického proudu způsobují. V uzavřené vodivé smyčce se změnou magnetického indukčního toku plochou smyčky indukuje elektromotorické napětí. Proud vzbuzený elektromagnetickou indukcí působí proti změně, která jej vyvolala. Vznik elektromagnetická indukce Obr. 3: Lenzův zákon

7. Indukované elektromotorické napětí Umístíme-li uzavřený elektrický obvod do magnetického pole, pak elektrickým obvodem nebude procházet žádný elektrický proud, je-li magnetické pole stacionární, tzn. nemění se s časem, a pokud se elektrický obvod nepohybuje. Elektrickým obvodem však může začít procházet elektrický proud, pokud nastane jedna či více z následujících situací: smyčka se začne pohybovat, zdroje magnetického pole se začnou pohybovat, magnetické pole se začne měnit, např. v důsledku změny elektrických proudů, které jsou zdrojem magnetického pole. Vznik elektromotorického napětí

8. Změnou magnetického pole v okolí cívky se v cívce indukuje el. napětí a v uzavřeném obvodu prochází indukovaný proud. Směr proudu je závislý na směru změny magnetického pole a na orientaci pólů magnetu vůči cívce. Uvedené situace mají za následek vytvoření (indukci) elektrického proudu v elektrickém obvodu, ačkoliv k tomuto obvodu nebyl připojen žádný zdroj. Pro indukované napětí platí v praxi častěji používaný vztah Vznik elektromotorického napětí Obr. 4: Vznik indukovaného napětí

9. Pro směr proudu indukovaného v tomto vodiči (je-li obvod uzavřen) platí pravidlo pravé ruky (Flemingovo) Vznik elektromotorického napětí Obr. 5: Flemingovo pravidlo pravé ruky

10. Střídavý proud, též AC, je termín označující elektrický proud, jehož směr se periodicky střídá, na rozdíl od stejnosměrného DC. Například při běžné síťové napětí frekvenci 50 Hz se směr proudu změní každých 10 milisekund. O střídavém proudu nejčastěji mluvíme v energetických (tj. silových) rozvodech. Otáčí-li se závit tvořený vodičem v homogenním magnetickém poli po kruhové dráze konstantní rychlostí, bude se v něm indukovat střídavé napětí sinusového průběhu. Velikost indukovaného napětí „u“ bude záviset na: velikost magnetické indukce B délce závitu l složce rychlosti vx Napětí je tedy u = B . l .vx Vznik střídavého proudu Obr. 6: Vznik střídavého proudu

11. Střídavý proud grafem střídavého proudu je SINUSOIDA Perioda střídavé proudu T – doba, za kterou se průběh střídavého proudu opakuje. v našem grafu je T = 0,2 s jednotkou periody je sekunda Kmitočet (frekvence) f – jednotkou kmitočtu je hertz (Hz) kmitočet naší spotřebitelské sítě je 50 Hz (T = 0,02 s) Grafické zobrazení proudu Obr. 7: Sinusoida

12. Střídavý proud grafem střídavého proudu je SINUSOIDA Pro obecnou polohu závitu platí v je konstantní rychlost otáčení Grafické zobrazení proudu Obr. 8: Grafické znázornění proudu sinusového průběhu

13. Základní rozdělení elektrických strojů Netočivé elektrické stroje – transformátory, tlumivky, reaktory Točivé elektrické stroje – mění elektrickou energii v mechanickou a naopak Co mají tyto elektrické stroje společné? pracují na principu elektromagnetické indukce Využití elektromagnetické indukce Obr. 9: Transformátor Obr. 10. Elektromotor

14. Kontrolní otázky: • Směr elektrického proudu, který je ve smyčce indukován je určen • Lenzovým zákonem • pravidlem pravé ruky • záleží na velikost indukce • Zákon elektromagnetické indukce je fyzikální zákon, který vyslovil • v roce 1830 Heinrich Lenz • v roce 1831 Michael Faraday • v roce 1840 Nikola Tesla • Grafem střídavého proudu je • přímka • hyperbola • sinusoida

15. Kontrolní otázky – řešení: • Směr elektrického proudu, který je ve smyčce indukován je určen • Lenzovým zákonem • pravidlem pravé ruky • záleží na velikost indukce • Zákon elektromagnetické indukce je fyzikální zákon, který vyslovil • v roce 1830 Heinrich Lenz • v roce 1831 Michael Faraday • v roce 1840 Nikola Tesla • Grafem střídavého proudu je • přímka • hyperbola • sinusoida

16. Seznam obrázků: Obr. 1: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, str. 5 Obr. 2: ŘÍHA, J., Elektrické stroje a přístroje, SNTL, Praha, 1984, str. 11 Obr. 3: Lencův zákon [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://fyzika.smoula.net/maturitni-temata-13 Obr. 4: ŘÍHA, J., Elektrické stroje a přístroje, SNTL, Praha, 1984, str. 12 Obr. 5: Flemingovo pravidlo pravé ruky [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.google.cz/imgres?hl=cs&biw=1026&bih=664&tbm=isch&tbnid=mr9k6rRNr7zkpM:&imgrefurl=http://www.youtube.com/watch%3Fv%3DKC7uuZ-j2OU&docid Obr. 6:. střídavý proud [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: https://www.google.cz/search?hl=cs&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1026& Obr. 7: sinusoida [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.4zszdar.cz/fyzika/storage/File/1292183299_sb_vznikstdavhoproudu.pdf Obr. 8: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, str. 6 Obr. 9: transformátor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Transformer3d_col3_cs.svg/400px-Transformer3d_col3_cs.svg.png Obr. 10: elektromotor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.hybrid.cz/files/images/elektromotor.jpg

17. Seznam použité literatury: [1] JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-05-6 [2] ŠŤASTNÝ, J. a REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, Nakladatelství T. Malina, 1994, ISBN 80-900759-6-7 [3] Elektromagnetická indukce [online]. [cit. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A1_indukce

18. Děkuji za pozornost 