Elektřina a magnetismus
elektromagnet+vyuziti.odg - náčrtky

        Obsah:
Souvislost elektřiny a magnetismu
Ampérovo pravidlo pravé ruky
Využití elektromagnetu (náčrtky)
Cívka s proudem v mag. poli
Elektromotor (náčrtky)
Elektromagnetická indukce (náčrtky)
 Indukce pohybem magnetu
 Svítící stříkačka (výrobek)
Střídavý el. proud (náčrtky) stavebnice
Efektivní napětí
Generátor el. proudu
Transformátor
Indukce změnou mag. pole
 

Souvislost elektřiny a magnetismu

Průchod elektrického proudu vytvoří kolem vodiče magnetické pole.(elektřina + magnetismus = "kamarádi")

Negativní vliv elektrického vedení na elektroniku.

Magnetické pole kolem vodiče s proudemAmpérovo pravidlo pravé ruky

Cívka, póly S a JCívka = více vodičů - jejich magnetická pole se složí -> silnější výsledné pole.
Cívka s proudem = elektromagnet (chová stejně, jako magnet).
Změna pólů  +  a  -   - cívka změní S a J pól (železo ale přitáhne stejně!).
Silnější magnetické pole cívky:
- proud
- více závitů
- blíž cívky

POZN: Magnetické pole Země je vyvoláno otáčením tekutého jádra vůči pevné slupce Země - viz obr.
Vodič v mg. poli Vaščák.

Ampérovo pravidlo pravé ruky - 2 varianty:

Uchopím VODIČ: palec ukazuje technický směr proudu->prsty ukazují směr mag. indukčních čar

Uchopím CÍVKU: prsty ukazují technický směr proudu-> palec ukazuje SEVERNÍ pól cívky

Ukázka elektromagnetu: phet
¨Video: prav. pra. ruky pro vodič, cívku


Využití elektromagnetu náčrtky

Další info + obr: čez
Elektromagnet na phet.


Cívka v magnetickém poli - měřící přístrojCívka s proudem v mag. poli

Cívka s proudem (= elektromagnet):
- magnetické pole na ni působí stejně jako na magnet
- od jiného magnetu se např. odpuzuje, snaží se otočit (podle vnějšího magnetu).
Využití:

Indukce ve vodiči:eduani
Video: názor-cívky, mag, přitah.vodičů


Elektromotor náčrtky

Elektromotor mění elektrický proud na otáčivý pohyb. obrázky elektromotorů video

Dodávaným proudem vytváří magnetické pole, které přitahuje rotor ke statoru tak, aby se rotor musel neustále otáčet.

Stator = nepohyblivá (=statická) část (obal, tvoří jej cívky nebo permanentní magnet).
Rotor = otáčivá (=rotující) část (tvoří jej osa, komutátor, cívky), pohání zařízení.

Komutátor mění póly + a - přiváděné do rotoru (tím mění S a J pól cívky rotoru). obr funkce1(0:52), funkce2 (4:14)

Komutace = výměna, záměna wiki

Stejnosměrný elektromotor pracuje na stejnosměrný (=) proud.
Pokud stator tvoří cívky, pracuje tento elektromotor i na střídavý (~) proud.

POZN: příliš zatíženým elektromotorem prochází déle velký proud->roztaví izolaci drátů cívky->motor se "spálí"
POZN: pouze na ~ proud pracuje tzv. asynchronní elektromotor (obr). V něm se mg. pole statoru "točí" a strhává tak s sebou rotor tvaru "klece".

Užití: domácnost (mixér, vysavač, fén, pračka…), dílna (vrtačka, bruska…), auto (stěrače, startér…), doprava (trolejbus, lanovka, lyžař. vlek, tramvaj…), vibrační vyzvánění mobilu, stavba (míchačka, jeřáb…) výtah, stroje v továrně, servomotor (objektiv fotoaparátu, ovládání letadla, RC modelů)…

Video: elmg,


Elektromagnetická indukce pohybem magnetu 2 Elektromagnetická indukce pohybem magnetu 1 Elektromagnetická indukce neprobíhá

Uveď 4 užití elektromotoru doma, 4 na stavbě.

Elektromagnetická indukce náčrtky

Jak vyvolat změnu magnetické pole:
- pohybem magnetu (přiblížení, oddálení)
- zapnutím (vypnutím) elektromagnetu

Změníme-li u cívky magnetické pole, vyvolá se (INDUKUJE) v cívce elektrický proud.
 

Elektromagnetická indukce = indukování (vyvolání) průchodu proudu ve vodiči.

Vyvolaný proud závisí na:
- polaritě magnetu (směr proudu <-  nebo  ->)
- směru pohybu (magnetu, vodiče) (směr proudu <– nebo  –>)
- rychlosti změny (rychlejší změna - proud)

Cívkou prochází el. proud—>magnetismus (je kolem)
ZMĚNA mg. pole—>el. proud v cívce (jde jen během změny)
neměnné mg. pole—>NIC nezpůsobí (přítomnost magnetu…)

Úkol: KVIZ - Indukce základ

Indukce - phet (pohybem), phet (zap+vyp nebo ohybem)


Elektromagnetická indukce - dynamo - princip Elektromagnetická indukce - pohybem pásky Elektromagnetická indukce - střídavý proud Indukce POHYBEM (magnetu):

užití indukce pohybuje se: cívka:
tachometr na kole, otáčkoměr v autě magnet na špici kola, ozubeném kole tyčinka na vidlici, převodovce
videorekordér, magnetofon páska v kazetě (magnet) čtecí hlava
bankomat kreditní karta (magnet) čtecí hlava bankomatu
čtecí hlava pevného disku povrch disku (magnet) čtecí hlava
generátor elektrického proudu (elektrárna, auto, vagón…)  rotor (cívka) obojí (rotor i stator)


POZN: Magnetické pole Země je indukováno otáčením tekutého jádra oproti tuhé slupce.

Animace Vaščák, pohyb e- u mg (stažení),

 


Svítící stříkačka (výrobek)

potřeby cena kde pořídit
injekční stříkačka 5 ml 3 Kč lékárna
2 neodymové magnety10×5 2×8 Kč
+ poštovné
 neomag.cz
supersvítivá dioda 5 mm 5 Kč
+ poštovné
elektrotechnické potřeby, ges.cz
měděný drát průměr 0,1 - 0,2 mm
nejlépe 100 m ~2300 závitů
při koupi větší délky klesá cena na jednotlivce
2 kg cívka Cu 0,2 mm ~1224 Kč
elektroopravna (400 Kč/kg),
ges.cz: pro třídu, jednotlivce
izolepa, nůžky, vrtačka (k rychlejšímu namotávání)    
(ceny jsou z r. 2016)
svítící stříkačka potřeby postup pomůcky navíjení vrtačkou
Svítící stříkačka (elektromagnetickou indukcí) Svítící stříkačka Svítící stříkačka - postup výroby Svítící stříkačka - pomůcky k výrobě Svítící stříkačka - uchycení do vrtačky

Úkoly

1. Na čem závisí svítivost stříkačky (min. 4 vlivy)
2. Popiš děj při cestě magnetu z 1 konce stříkačky na 2.
(nápověda: průchod začátkem cívky, koncem cívky)
3. Stříkačkou mávnu tam a zpět. Kolikrát zasvítí?

Průběh střídavého proudu


Střídavý elektrický proud náčrtky

POZN: stejnosměrný elektrický proud - všechny e- ve vodiči běží stále stejným směrem.
Střídavý elektrický proud je usměrněný proud e-. Směr jejich pohybu se ale 50× za sekundu mění (tj. e- "běhají tam a zpět").
~ střídavý proud, = stejnosměrný proud
 Zásuvka: ~230 V 50 Hz
Důvody použití ~ proudu - lze jej:
* jednoduše vyrábět otáčením cívky
* transformovat (měnit velikost U, I).

~ proud: napájí vše, co se zapojuje do zásuvky
= proud: vše na baterii, adaptér

ZNÁT:  DC = stejnosměrný proud (direct current)
 AC ~ střídavý proud (alternating current)

Ve světě se užívá i 60 Hz.
Brum jednotl. frekvencí.

Badatelna ~proud, animace (vašč stažení1,stažení2)

Efektivní napětí

Napětí v zásuvce se stále mění mezi 0 a ±320 V (Umax = 320 V).
Toto proměnné napětí způsobí ve spotřebiči stejný efekt, jako by způsobilo stálé (stejnosměrné) napětí 230 V.
Říkáme proto, že ~ el. proud v zásuvce má efektivní napětí Uef = 230 V.

Obě tato napětí způsobí ve spotřebiči STEJNÝ EFEKT
střídavé (mění se mezi 0 a ±320 V) stejnosměrné (stále 230 V)

Uef = Umax* 0,7
Ief = Imax* 0,7

Měřící přístroje ukazují vždy efektivní hodnoty ~ proudu, nezáleží na zapojení svorek měřáku (! u stejnosměrného proudu označení:  +  ,   -   !).


Generátor el. proudu náčrtky

vypadá téměř stejně, jako elektromotor:

Využití:

Generátor - phet


Transformátor - schémaTransformátor
elektromagneticka-indukce.odg - náčrtky

Transformovat = měnit.

Účel: jedno střídavé napětí "změní" na jiné střídavé napětí.
Do primární cívky pouštíme střídavý proud -> jádro přenese změny mg. pole do sekundární cívky->v ní se pak indukuje střídavý proud.
Ze sekundární cívky odebíráme změněný ~proud (jednu z hodnot U, I zvětší, druhou zmenší).

Ukázky: phet Vašč
PŘ: Transformátor 12000 závitů -> 300 závitů:
- U1= 230 V -> U2=5,7 V (napětí 40×ZMENŠÍ)
- I1 = 20 mA -> I2 = 800 mA (proud 40×ZVĚTŠÍ)

Pro hodnoty naměřené na primární a sekundární cívce platí:

N1   U1   I2
––   =   ––   =   ––
N2   U2   I1

N = počet závitů, U = napětí, I = proud, 1 - hodnoty na primární cívce, 2 - na sekundární.

PŘ: Transformátor N1 = 200, N2 = 1400, U1 = 9 V, I1 = 14 mA
N1/N2 = U1/U2
200/1400 = 9/U2
U2×1/7 = 9
U2 = 9×7
U2 = 63 V

N1/N2 = I2/I1
200/1400 = I2/14
1/7×14 = I2
2 mA = I2
Transformátor primární napětí 9 V zvětší na 63 V, primární proud 14 mA zmenší na 2 mA.

Využití transformátoru:

Pokud ze sekundární cívky odebírám napětí:

Elektronické zapalování - obr, trafo-Vašč


Další indukce ZMĚNOU mag. pole (elektromagnetem)

Změnu magnetismu provede změna proudu v primární cívce.
Primární
cívka - do ní pouštíme el. proud.
Sekundární cívka - v ní se proud indukuje.
Primární cívka (~ vysílací anténa)
do prostoru vyšle elektromagnetickou změnu. Změna indukuje proud ve vzdálené cívce (~přijímací anténa):

Faradayova klec - v ní se indukuje proud a nepustí tak elmg. signál dovnitř klece obr.

Ukázka vysílač-anténa: phet


 

 

Odkazy: Já budu Einsteinem