Zápisy do sešitu: El. náboj a síla       Elektrické pole        Práce v el. poli          Rozložení náboje na vodiči         Vodič v el. poli          Izolant v el. poli        Kapacita, kondenzátor        El. proud             Vodiče, polovodiče, nevodiče       Prakt. práce: měření VA char. rezistoru           Ohmův zákon        Rezistor, reostat, potenciometr        Spojování rezistorů        Ohmův zákon pro celý obvod        Kirchhoffovy zákony      Vlastní polovodič        Termistor      Fotorezistor        Dioda - pokusy      Příměsový polovodič      Princip diody       Usměrňování diodou       Graetzovo zapojení      Praktické ovládání generátoru a osciloskopu     Náhr. schéma diody     Kondenzátor ve střídavém obvodu     Kapacita diody     VA char. diody a Zenerovy diody     Zdvojovač napětí     Televize a osciloskop     Urychlování elektronů     Vychylovací destičky     Stacionární magnetické pole     Magnetická síla (zač. a pokr.)     Magn. poli přímého vodiče      Mag. pole závitu a cívky     Nabitá částice v mag. poli     Shrnutí televize a osciloskopu     Síla působící mezi dvěma vodiči     Stejnosměrný elektromotor     Magnetické vlastnosti materiálů     Elektromagnet     El. zvonek     Elmag. relé     Druhy elektromotorů     Elmag. indukce - vznik ind. napětí     Faradayův zák. elmag. ind.    Magn. ind. tok     Ind. proud     Vířivé proudy     Vl. indukce     Zhášecí obvody cívek     Rekuperační dioda     Energie el. a mag. pole     El. proud v plynech     Jiskrový výboj     Obloukový výboj     Doutnavý výboj     Koróna, katodové a kanálové záření     LED     Žárovka      Bipolární tranzistor     Unipolární tranzistor     Operační zesilovač     Práce a výkon     Ef. hodnota proudu     Regulace výkonu     Tyristor     Přenos rádiového signálu     Amplitudová modulace     Frekvenční modulace     Sériový RLC obvod     Fázorový diagram     Elmag. oscilátor     Výkon v RLC obvodu     Amplitudová demodulace (krystalka)     Frekvenční demodulace     Rádiový přijímač     Stereofonní vysílání     Televize     El. proud v kapalinách


Zápisy do sešitu - 8. pokračování

Předchozí zápisy


35. hodina - čtvrtek 5.2. 2004

Test na polovodiče - viz zde.


36. hodina - pondělí 9.2. 2004

Síla působící mezi dvěma vodiči s proudem

Dva dlouhé přímé vodiče vedle sebe ... vzájemná vzdálenost d, protékající proudy I1, I2. Vodiče na sebe působí silou - prostřednictvím svých magn. polí.

Proud prochází stejným směrem. V oblasti mezi vodiči jdou siločáry obou magnetických polí proti sobě - pole se zeslabuje, v oblasti vně vodičů mají siločáry obou polí stejný směr - pole se zesiluje a vodiče jsou tlačeny k sobě. Výsl. tvar pole dole. Proud prochází opačným směrem. V oblasti mezi vodiči mají siločáry obou polí stejný směr - pole se zesiluje, v oblasti vně vodičů jdou siločáry obou magnetických polí proti sobě - pole se zeslabuje a vodiče jsou taženy od sebe. Výsl. tvar pole dole.

Jiný pohled... přes sílu působící na vodič v mag. poli. Jeden vodič (třeba ten vlevo) vytváří magnetické pole a druhý vodič je vodič nacházející se v tomto magnetickém poli. Směr síly působící na tento vodič určíme pomocí Flemingova pravidla levé ruky.

Prochází-li proud stejným směrem, vodiče se přitahují, prochází-li opačným směrem, odpuzují se. 

Velikost síly: 

Velikost indukce magnetického pole , kterou vytváří vodič 1 v místě 2, je  

Na vodič 2 působí v tomto místě síla F = BI2l. Po dosazení za velikost magnetické indukce je

To je síla, kterou se vodiče přitahují nebo odpuzují.

Pomocí tohoto vztahu pro sílu se definuje jedna ze sedmi základních jednotek SI, jednotka elektrického proudu ampér.

Dvěma nekonečně dlouhými rovnoběžnými přímými vodiči zanedbatelného průřezu umístěnými ve vakuu ve vzájemné vzdálenosti jednoho metru protéká stálý proud jednoho ampéru, jestliže se vodiče přitahují silou 2.10-7 N na jeden metr délky vodiče.

DOMÁCÍ ÚKOL: Ověřte si podle vzorce, že je tato definice správná.


37. hodina - čtvrtek 12.2. 2004

Stejnosměrný elektromotor

Zadání: Umístěte v homogenním mag. poli obdélníkovou smyčku tak, aby při zavedení proudu do ní a) se otočila o 90 stupňů v kladném směru, b)se nepohnula, c) její pootočení bylo maximální.

Řešení: 

a) b) c)
Závit se pootočí do polohy b) a zůstane stát. Závit se pootočí do polohy b) a zůstane stát.

V případě c) se závit po pootočení ještě "přetočí" o kousek dál. Stačilo by, aby se v takovém okamžiku vždy změnil směr proudu a závit by se otáčel stále - dostali bychom elektromotor.


38. hodina - pondělí 16.2. 2004

Závit, kterým prochází elektrický proud, je umístěn v homogenním magnetickém poli. Částmi závitu, které jsou rovnoběžné s póly magnetu, tedy protéká proud opačnými směry. Směr síly působící na tyto části se určí Flemingovým pravidlem levé ruky. Síla má směr kolmý ke směru proudu a k magnetickým siločárám, působí tedy vždy "do stran". Síly působící na obě části mají opačný směr => na závit působí moment sil a závit se otáčí. Jakmile je závit ve vodorovné poloze, je třeba změnit směr proudu závitem (rozmyslete si to!). To je zajištěno komutátorem (červená součástka vlevo). Skládá se ze dvou vodivých půlválců oddělených nevodivou vložkou. Celek tvoří válec, ke kterému zvnějšku přiléhají vodiče - kartáčky - připojené ke svorkám zdroje stejnosměrného napětí. Vždy když je závit ve vodorovné poloze, chvíli jim proud neprochází, závit se otáčí chvíli setrvačností a pak začíná procházet proud opačným směrem.

Rychlost otáčení motoru je dána velikostí magnetické síly. Ta je přímo úměrná proudu procházejícímu vodičem - viz zde. Potřebujeme-li tedy silnější motor, je třeba, aby jím procházel větší proud. Pak je třeba, aby byl motor robustnější. 

Například motorem běžného vysavače prochází proud zhruba 7 A, zatímco motorem lokomotivy 5000 A. Kolik je to v tramvaji?

Pohyblivá část elektromotoru se nazývá rotor, pevná část je stator

DOMÁCÍ ÚKOL: Udělejte si vlastní elektromotor - návod je zde.

Magnetické vlastnosti materiálů

Tři  zákl. skupiny látek ... podle velikosti relativní permeability.

Druh látky Relativní permeabilita mr
diamagnetická nepatrně menší než jedna
paramagnetická nepatrně větší než jedna
feromagnetická mnohem větší než jedna

Původ magn. vlastností ... elektrony v atomech látky se pohybují a tím kolem sebe vytvářejí magnetické pole. Tato elementární  magnetická pole se skládají a určují výsledné magnetické pole atomů a tím vlastnosti látky.

Diamagnetické látky: elementární magnetická pole se zcela ruší, látky zeslabují magnetické pole, do kterého jsou vloženy (jsou z něho slabě vytlačovány).
Příklady: zlato, měď, rtuť, voda, inertní plyny, ...
Typická permeabilita: měď má m= 0,999 990.

Paramagnetické látky: elementární magnetická pole se ruší jen částečně, látky zesilují magnetické pole, do kterého jsou vloženy (jsou do něho slabě vtahovány). Vnějším magnetickým polem nelze atomy uspořádat tak, aby látka více zesilovala magnetické pole - tomu brání tepelný pohyb atomů.
Příklady: hliník, sodík, draslík, ...
Typická permeabilita: hliník má m= 1,000 023.

Feromagnetické látky: mají stejné atomy jako paramagnetické látky, ale ty jsou uspořádány do malých domén, které jsou souhlasně zmagnetovány. Látky značně zesilují magnetické pole, do kterého jsou vloženy (jsou do něho silně vtahovány). Po vložení do magnetického pole se zvětšuje doména , která je zmagnetována ve stejném směru, a ostatní domény se pak navíc natáčejí tak, aby jejich magn. pole souhlasilo s vnějším magn. polem. Doménová struktura nakonec zmizí - látka je magneticky nasycena. Když pak látku z magnetického pole vyndáme, látka zůstává částečně zmagnetovaná. 
Příklady: železo, kobalt, nikl a (nejen) jejich slitiny.
Typická permeabilita: ocel má m= 8000.


39. hodina - čtvrtek 19.2. 2004

Elektromagnet

Cívka s proudem má kolem sebe mag. pole - slabé.
Cívka s jádrem s feromag. materiálu - podstatně lepší (jádro zesiluje mag. pole) 
Pokus - kolik unese elektromagnet napájený plochou baterií?

Použití elektromagnetu:

Velké elektromagnety silnější  než permanentní magnety => zvedání železného šrotu při nakládání ¤ (foto zde ¤),  fyzikální přístroje (urychlovače a detektory - viz. stránky evropského fyzikálního ústavu CERN ¤), v elektromotory ¤ místo permanentních magnetů či v elektrický zvonek ¤. Jejich výhodou je, že jejich magnetické působení se dá vypnout.

Elektrický zvonek

Obvod je zapojen tak, že při sepnutí spínače začne procházet proud cívkou a ta přitáhne paličku, která uhodí do kloboučku. Tím se palička přestane dotýkat kontaktu, obvod se rozpojí, magnetické působení cívky zanikne a pružinka přitáhne paličku zpět. Tím se opět začne procházet el. proud cívkou atd.

DOMÁCÍ ÚKOL: Dokreslete příslušné vodiče do obvodu. 

Elektromagnetické relé

-  řídící obvod s cívkou a řízený obvod - řídícím obvodem se ovládá řízený obvod.

Cívka s jádrem i kotva - magneticky měkká ocel. Sepnutí řídícího obvodu => cívkou prochází proud a stává se magnetem => přitáhne kotvu. Konec kotvy k sobě přitlačí pružné jazýčky spínače řízeného obvodu a řízeným obvodem tak začne procházet proud. 

Malý proud v řídícím obvodu, velký v řízeném obvodu

Použití: 


40. hodina - pondělí 23.2. 2004 

Využití relé jako v zabezpečovacích zařízeních.


41. hodina - čtvrtek 26.2. 2004

Zapojení elektromotorů

Na obrázcích není zakreslen komutátor!

1. Elektromotor s cizím buzením (cize buzený elektromotor) - jsou potřeba dva zdroje napětí

2. Sériový elektromotor- budící obvod i rotor jsou zapojeny v sérii.

3. Derivační elektromotor - budící obvod a rotor jsou zapojeny paralelně.

Elektromagnetická indukce

Cívka připojená k ampérmetru. Kolem ní pohyb magnetem - ampérmetrem protéká proud, na cívce se indukuje napětí.

Velikost napětí závisí na (pracovní nápady):


42. hodina - pondělí 8.3. 2004 

Faradayův zákon elmag. indukce

Napětí Ui indukovaného na jednom závitu:

,

kde DF je změna magnetického indukčního toku ¤ za čas Dt.

Je-li závitů N, platí 

Magnetický indukční tok

Magnetický indukční tok F = BS,
B
... velikost magnetické indukce v okolí závitu
S ... plocha závitu. Vektor magnetické indukce je kolmý k ploše závitu
Indukce není kolmá k ploše závitu ... F = BScosa  

Obecně ... pomocí skalárního součinu ... (normálový vektor má jednotkovou velikost). 
Zavedeme ...           

Platí tedy:

Indukovaný proud

Cívka je v uzavřeném obvodu a indukuje se na ní napětí => obvodem protéká  indukovaný proud .

Směr proudu 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.

Pokus:

indukce6.jpg (80981 bytes)

Uzavřeme obvod, kroužek se odpuzuje od cívky. Přerušíme obvod, kroužek se k cívce přitahuje.

Vysvětlení: 

1. Uzavření obvodu:

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 ¤).

2. Rozpojení obvodu:

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 ¤).

Další pokus (přesvědčivější): 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. Kroužek vyletí asi 2 m vysoko.


Další pokračování zápisů do sešitu

Verze pro tisk