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)
 (na blízko, na dálku)
Svítící stříkačka (výrobek)
Střídavý el. proud (náčrtky)
Efektivní napětí
Generátor el. proudu
Transformátor
 

Souvislost elektřiny a magnetismu

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

POZOR: rovnoběžné dráty vysokého napětí se přitahují, negativní vliv elektrického vedení na elektroniku.

Cívka = 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.

Ampérovo pravidlo pravé ruky:

Podle pólů  +  a  -  umíme zjistit S a J pól elektromagnetu

  1. Uchopím VODIČ: palec ukazuje technický směr proudu->prsty ukazují směr mag. indukčních čar
  2. Uchopím CÍVKU: prsty ukazují technický směr proudu-> palec ukazuje SEVERNÍ pól cívky

Využití elektromagnetu náčrtky

Další info + obr: čez

Cívka 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:

POZN: "Spálit" cívku = příliš velkým proudem se cívka zahřeje - roztaví se izolace drátů, které se navzájem zkratují.

Elektromotor

Elektromotor přeměňuje elektrický proud na otáčivý pohyb. náčrtky, obrázky motorů

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

Stator = nepohyblivá (=statická) část (obal, cívky příp. permanentní magnet).
Rotor = pohyblivá (=rotující) část (osa, komutátor, cívky).

Komutátor mění póly + a - přiváděné do rotoru (tím mění S a J pól cívky rotoru).
POZN: 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, zatáčení RC modelů)…

Elektromagnetická indukce

Změna magnetického pole vyvolá (INDUKUJE) v cívce elektrický proud.
Změnu mag. pole vyvoláme:
- vzájemným pohybem magnetu a cívky (pohybovat se může kdokoliv)
- změnou (či zapnutím, vypnutím) proudu do blízkého elektromagnetu

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

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

Indukce BLÍZKÝM KONTAKTEM cívka-(elektro)magnet:

užití indukce pohybuje se: cívka:
tachometr na kole, otáčkoměr v autě magnet na špici kola, ozubeném kole tyčinka na vidlici, převodovce
video, 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) vzhledem ke statoru (magnet) <–

Primární cívka - do ní pouštíme el. proud.
Sekundární cívka - v ní se proud indukuje.
Přenos mag. pole zajistí společné jádro cívek.
POZN: Magnetické pole Země je indukováno otáčením tekutého jádra oproti tuhé slupce.

Indukce NA DÁLKU

Primární cívka (= vysílací anténa) do prostoru vyšle elektromagnetickou změnu. Změna indukuje proud ve vzdálené cívce (=přijímací anténa):

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 elektroopravna (400 Kč/kg),
ges.cz: pro třídu, jednotlivce
izolepa, nůžky, vrtačka (k rychlejšímu namotávání)    

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 prouduStřídavý 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 (většinou 50× za 1 s) mění (tj. e- "běhají tam a zpět").
~ střídavý proud, = stejnosměrný proud
Důvody použití ~ proudu - lze jej:
* jednoduše vyrábět otáčením cívky
* transformovat (měnit velikost U, I).

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

Efektivní napětí

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

Transformátor
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).

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:


Odkazy: Já budu Einsteinem