9. Magnetické pole 9.4 Magnetické pole v látkách 10. Elektromagnetické pole

1. 9. Magnetické pole 9.4 Magnetické pole v látkách 10. Elektromagnetické pole 10.1 Elektromagnetická indukce Faradayův zákon elektromagnetické indukce Vznik indukovaného elektromotorického napětí Samoindukce, vlastní indukčnost Vzájemná indukce, vzájemná indukčnost 1 1 Fyzika I-2012, přednáška 12

2. Magnetika obdobně jako dielektrika ovlivňují „vnější“ magnetické pole magnetizaceM: význam: magnetický moment jednotky objemu Fyzika I-2012, přednáška 12

3. Magnetika bez vnějšího mag. pole látky většinou nevykazují magnetický moment obj. elementu (jsou tvořeny atomy/molekulami bez vlastního mag. momentu, nebo částice mající mag. moment jsou nahodile uspořádány) po vložení do magnet. pole popis slabě magnet. látek – analogie s elektr. polem: dielektrikum magnetikum slabě magnetické látky silně magnetické látky mrrelativní permeabilita látky m = mr m0permeabilita látky mr – 1= cm mag. susceptibilita

4. diamagnetické látky: mr<1 (cm<0) paramagnetické látky: mr>1 (cm>0) Diamagnetismus, paramagnetismus, feromagnetismus Diamagnetismus bez vnějšího mag. pole – částicenemají vlastní mag. moment po vložení do mag. pole –se pro částici indukuje mag. dipól proti poli některé kovy, některé nekovové pev. látky,plyny,většina organ. látek slabší než paramagnetismus → zeslabují magnetické pole → zesilují magnetické pole 4 Fyzika I-2012, přednáška 12

5. diamagnetické látky: mr<1 (cm<0) paramagnetické látky: mr>1 (cm>0) Paramagnetismus způsoben přítomností částic s vlast.mag. momentem, částice spolu téměř neinteragují, jsou uspořádánynahodile po vložení do vněj. mag. pole se orientují souhlasně s polem, tj.zesilují toto pole Závislost magnetizace na termodyn. tepl. → zeslabují magnetické pole → zesilují magnetické pole Currieův vztah Fyzika I-2012, přednáška 12

6. diamagnetické látky: mr<1 (cm<0) paramagnetické látky: mr>1 (cm>0) magnetizaceM: → zeslabují magnetické pole → zesilují magnetické pole Fyzika I-2012, přednáška 12

7. Feromagnetika nelineární magnetika, tj. ve vztahu mr není konstanta závislost magnetizace na vnějším mag. poli závisí na historii vzorku, tzv. hysterezní smyčka • MS – spontánní magnetizace • Mr – remanentní magnetizace = zbytková, při nulovém poli • Bc – koercitivní pole = hodnota pole, při níž se dosáhne nulové magnetizace • magneticky tvrdá feromagnetika – široká křivka, velká hodnota BC , využití: zdroj magnet. pole • magneticky měkká feromagnetika – úzká křivka, nízká hodnota BC, využití: jádra transformátorů, v elektromotorech Fyzika I-2012, přednáška 12

8. atomy feromagnetik (železo, kobalt, nikl, gadolinium, dysprosium..) mají magnet. momenty, které spolu interagují, vytvářejí domény, v nich magnet. momenty orientovány souhlasně: feromagnetikum Fyzika I-2012, přednáška 12

9. 10. Elektromagnetické pole 10.1 Elektromagnetická indukce na nosiče nábojů působí síly mající charakter vtištěných sil, které vedou ke vzniku proudu → indukované elektromotorické napětíei 9 Fyzika I-2012, přednáška 12

10. Faradayův zákon elektromagnetické indukce magnetický (indukční) tok F plochou S celkový mag.tok FCplochouS, Z závitů souvislost induk. elektromot. napětí ei s celkovým mag. tokem FC: • Faradayův zákon elektromagnetické indukce • Velikost indukovaného napětí ei je rovna změně celkového mag. toku FC připadajícího na jednotku času • Směr indukovaného napětí je takový, že jeho účinek působí proti změně, která ho vyvolala, tzv. Lenzovo pravidlo • mag. indukce vnějšího pole roste • mag. indukce vnějšího pole klesá 10 Fyzika I-2012, přednáška 12

11. Lenzovo pravidlo 11 Fyzika I-2012, přednáška 12

12. Lenzovo pravidlo 12 Fyzika I-2012, přednáška 12

13. Diskutujme F. zák. Kdy je ei ≠ 0 ? B se mění s časem S se mění s časem úhel mezi B a S se mění s časem kombinace a) – c) situace a) v na předchozích obrázcích 13 Fyzika I-2010, přednáška 11

14. Diskutujme F. zák. ad b) S se mění s časem • l – délka vodiče, v – rychlost pohybu • indukované napětí pomocí síly na pohybující se náboj: • indukované napětí pomocí F. zák.: 14 Fyzika I-2012, přednáška 12

15. Diskutujme F. zák. ad a) B se mění s časem • mag. pole s časem roste ve znázorněném směru • indukované elektromot. napětí pomocí F. zák.: • speciálně: v čase t = 0 je B = 0, t = t1 je B = B1 15 Fyzika I-2012, přednáška 12

16. Samoindukce obvod se spínačem L – vlastní indukčnost smyčky (cívky) – schopnost vytvářet mag. pole jedn. H (henry) Indukované napětí ve smyčce • při rozpojení spínače – B se mění s časem, B ( t ) • z F. zák. → indukuje se napětí změnou vlastního magnet. pole smyčky, tzv. samoindukce • tok FplochouS: 16

17. Př. Vlastní indukčnost solenoidu (Z závitů, plocha závitu S, délka l, proud i) 17 Fyzika I-2012, přednáška 12

18. Vzájemná indukce speciální případ indukce, který je ovlivněn vzájemným poměrem mezi smyčkami případ dvou souosých těsně navinutých cívek: cívka 1: proud i1, počet závitů Z1, délka l1 , plocha závitu S1 cívka 2: počet závitů Z2, plocha závitu S2 = S1 , magnetický tok touto cívkou F21 výpočtem M – vzájemná indukčnost 18

19. 10.2 Elektromagnetické vlnění viz Optika kap. 7.110.3 Střídavéobvody 19 Fyzika I-2012, přednáška 12

20. Generátorharmonického napětí vodivá cívka o Z závitech se mechanickou silou otáčí v hom. mag. poli

21. Střední a efektivní hodnota střídavého proudu střední hodnota proudu za periodu pro harm. průběh střední hodnota proudu za polovinu periody efektivní hodnota proudu - taková hodnota stejnosměrného proudu Ief, který má stejné tepelné účinky jako střídavý proud za dobu jedné periody Fyzika I-2011, přednáška 13

22. Výkon střídavého proudu okamžitý výkon činný výkonP – střední hodnota výkonu za dobu jedné periody zdánlivý výkonS jalový výkonPj • cos j- účiník • cos j = 1→ napětí a proud ve fázi Fyzika I-2011, přednáška 13

23. Symbolické znázornění harmonických veličin Fázor : imaginární jednotka zde j, aby se nepletla s proudem okamžitá hodnota proudu 23 Fyzika I-2012, přednáška 12

24. Střídavé obvody zdroj harmonického napětí prvky: odpory R, kapacity C, indukčnosti L v ustáleném stavu – proudy i napětí na každém prvku mají taky harmonický průběh řešení střídavých obvodů – použitím Kirchhoffových zákonů pro okamžité hodnoty napětí a proudů: 1. K. zák. pro uzel součet proudů do uzlu vtékajících = součtu “ z “vytékajících Týká se okamžitých hodnot 24 Fyzika I-2012, přednáška 12

25. 2. K. zák. pro smyčky střídavého obvodu plán: probereme jedn. obvody, které obsahují idealizované prvky popsané jedinou veličinou – odporem R, kapacitou C, indukčností L při řešení obvodů s více prvky použijme Ohmův zákon v komplex. tvaru a Kirchhoff. zák. v komplex. tvaru okamž. hodn. elektromotorického napětí = součtu okamž. hodnot úbytků napětí na prvcích R, L, C (neplatí pro amplitudy !!!) ve fázorech je už časová závislost obsažena 25 Fyzika I-2012, přednáška 12

26. Střídavé obvody - pokračování Fyzika I-2012, přednáška 12