,Elektromagnetická indukce: Jev elmag. indukce Magn. indukční tok Faradayův zákon elmag. indukce Indukovaný proud Vířivé proudy Vlastní indukce Indukčnost Zhášecí obvody Rekuperační dioda Energie el. a mag. pole
V roce 1831 Michael Faraday ¤ objevil na základě svých pokusů vztah pro velikost napětí Ui indukovaného na jednom závitu:
,
kde DF je změna magnetického indukčního toku ¤ za čas Dt.
Je-li závitů N, platí
Platí tedy (ve shodě s experimenty ¤):
čím rychleji se mění magnetické pole v cívce, tím větší napětí se indukuje na jejích vývodech;
při stejné rychlosti změny magnetického pole se vyšší napětí indukuje na cívce, která je umístěna v silnějším magn. poli a má průřez o větší ploše;
i na nepohyblivé cívce v homogenním magn. poli se může indukovat napětí; stačí, když se s časem mění průřez cívky (viz aplet ¤);
čím více závitů cívka má, tím je indukované napětí větší;
když přibližujeme tyčový magnet k cívce naplocho (viz obr. zde ¤), napětí se neindukuje, protože se nemění magn. indukční tok cívkou (siločáry magn. pole magnetu jsou kolmé na osu cívky, magn. indukční tok cívkou je tedy stále prakticky nulový).
Je třeba ještě vysvětlit znaménko mínus ve Faradayově zákoně.
Indukuje-li se na cívce elektromotorické napětí a cívka je součástí uzavřeného obvodu, protéká tímto obvodem indukovaný proud Ii o velikosti
,
kde Ui je indukované napětí a R elektrický odpor obvodu. Směr tohoto proudu je právě vyjádřen znaménkem minus ve Faradayově zákoně (formuluje se také jako samostatný Lenzův zákon): Indukovaný proud má takový směr, že svými magnetickými účinky působí proti změně, která ho vyvolala.
K vysvětlení použijme následující pokus. Cívka s jádrem tvoří elektromagnet. Na závěsu je zavěšen hliníkový kroužek, kterým prochází jádro. Kroužek se může volně kývat (obr. 1). Na průběh pokusu se podívejte na video ¤ (formát *.rm 327 kB, formát *.avi ¤ 1890 kB).
obr. 1: Pokus na zjištění směru indukovaného proudu (pro zvětšení
klikněte na obrázek)
Když uzavřeme obvod, v kroužku se indukuje proud a odpuzuje se od cívky. Když obvod přerušíme, kroužek se k cívce přitahuje.
Vysvětlení: Když uzavřeme obvod, kolem cívky se vytvoří magnetické pole, jehož magn. indukce má směr osy jádra cívky. V kroužku se tedy indukuje takový proud, aby magnetická indukce magnetického pole jím vytvořeného měla opačný směr než magnetická indukce magnetického pole cívky (obr. 2).
obr. 2: Indukovaný proud v kroužku svými účinky působí proti změně,
která ho vyvolává, tj. proti nárůstu magnetické indukce magnetického pole
cívky. Magnetická indukce magnetického pole vytvořeného proudem v kroužku
má tedy opačný směr než magnetická indukce magnetického pole cívky a tak
ho zeslabuje, proud v kroužku má tedy opačný směr než proud v cívce (viz.
magn.
pole okolo závitu ¤) a kroužek se odpuzuje od cívky (viz silové
působení mezi vodiči s proudem ¤).
Když rozpojíme obvod, magnetické pole v okolí cívky zaniká. V kroužku se tedy indukuje takový proud, aby magnetická indukce magnetického pole jím vytvořeného měla stejný směr jako magnetická indukce magnetického pole cívky a tak ho zesilovala (obr. 3).
obr. 3: Indukovaný proud v kroužku svými účinky působí proti změně,
která ho vyvolává, tj. proti poklesu magnetické indukce magnetického pole cívky.
Magnetická indukce magnetického pole vytvořeného proudem v kroužku má tedy
stejný směr jako magnetická indukce magnetického pole cívky a tak ho
posiluje, proud v kroužku má tedy stejný směr než proud v cívce (viz. magn.
pole okolo závitu ¤) a kroužek se přitahuje k cívce (viz silové
působení mezi vodiči s proudem ¤).
Výraznějšího výsledku dosáhneme, když postavíme cívku na stůl, dáme do ní jádro a na něj volně navlékneme kroužek. Potom cívku na okamžik připojíme ke zdroji síťového napětí 230 V. Na pokus se podívejte na video ¤ (formát *.rm 216 kB, formát *.avi ¤ 1281 kB) a ještě na jedno video ¤ (formát *.rm 90 kB, formát *.avi ¤ 642 kB) - z toho můžete určit výšku, do jaké kroužek vystoupá.
Elektrické napětí se neindukuje jen na cívkách a závitech, ale i na obyčejných vodičích nebo i ve vodičích plošných v podobě vířivých proudů, o kterých bude řeč v další kapitole ¤.
Další kapitola: Vířivé proudy ¤