Elektromagnetická indukce a její užití

Elektromagnetická indukce a její užití: Faradayův indukční zákon. Lenzovo pravidlo, vířivé proudy, vlastní indukčnost cívky; užití elektromagnetické indukce v transformátoru, alternátoru a dynamu.

Nestacionární magnetické pole

1. Základní pojmy

- nestacionární MP = proměnné magnetické pole
- zdroje NMP - pohybující se částice s nábojem
- pohybující se proudovodič
- pohybující se magnet
- časově proměnné el. pole

- magnetický indukční tok - vektorová veličina charakterizující NMP

- a - úhel svíraný normálou plochy a B
- pro zkoumání NMP je důležitá časová změna magnetického indukčního toku DF/Dt (může nastat změnou S,B,a)

2. Elektromagnetická indukce

- pokud elektrické pole vyvolává pole magnetické ޠpole magnetické může vyvolávat pole elektrické
- nestacionární magnetické pole vyvolává ve vodiči (v cívce) indukované napětí a v uzavřeném obvodu indukovaný proud

- Faradayův zákon elektromagnetické indukce:

Indukované elektromotorické napětí je rovno záporně vzaté derivaci magnetického indukčního toku podle času.

- indukované napětí na koncích přímého vodiče délky l pohybujícího se rychlostí v v HMP:

- směr indukovaného proudu řeší Lenzův zákon:

Indukovaný proud působí svými účinky proti změně, která ho vyvolala.

- Foucaltovy proudy - NMP indukuje el. proud v tzv. masivních vodičích (desky, hranoly,..) ޠtzv. vířivé Foucaltovy proudy
- využití - el. brzda - užití v elektroměrech
- škodlivost - energie se mění v teplo

3. Vlastní indukce

- prochází-li cívkou časově proměnný proud ޠmění se magnetické pole cívky ޠmění se F ޠv cívce se indukuje napětí a proud - působí proti proudu, který ho vyvolal ލ cívka má zdánlivě velký odpor = vlastní indukce cívky

- pro F v cívce platí:

- L - indukčnost cívky (charakterizuje cívku); [L]=H (Henry)

- indukčnost válcové jednovrstevnaté cívky délky l a průřezu o obsahu S:

- pro elektromotorické napětí v cívce pak platí:

- proud v obvodu je pak dán podílem celkového elektromotorického napětí a celkového odporu:

4. Energie magnetického pole cívky

- Má-li v cívce o indukčnosti L vzniknout proud I, je třeba vykonat práci k překonání elektromotorického napětí indukovaného vlivem vlastní indukce. Současně vzniká magnetické pole cívky. Jeho energie je rovna vykonané práci.
- nemá-li cívka feromagnetické jádro:

5. Užití elektromagnetické indukce

Transformátor

Transformátor je zařízení, které umožňuje v elektrické síti snižovat, popřípadě zvyšovat elektrické napětí, je založen na elektromagnetické indukci.

Jednofázový transformátor – tvoří ho dvě cívky (primární a sekundární) na společném ocelovém jádře z měkké oceli. Primární cívka C1 (s N1 počtem závitů) je spojena se zdrojem střídavého napětí U1 a prochází jí střídavý proud I1. Na ní se indukuje proud, napětí se sčítají:
Na sekundární cívce s N2 závity bude napětí
Rovnice transformátoru: k je transformační poměr transformátoru (k>1, transformace nahoru, k<1 transformace dolů)

Alternátor a dynamo

Dynamo produkuje proud stejnosměrný, alternátor produkuje proud střídavý.
Alternátor tvoří stator (soustava cívek) a rotor (elektromagnet).
Pro výrobu el. proudu se užívá trojfázový alternátor (cívky svírají uhel 120°, uprostřed je magnet, a v cívkách se indukují střídavá napětí, vzájemně posunutá o 1/3 periody. Rotory se otáčejí frekvencí 3000 ot. za min. tj. 50Hz ࠴oto soustrojí se nazývá turboalternátor.