Elektřina a magnetismus
elektromagnet+vyuziti.odg - náčrtky

Souvislost elektřiny a magnetismu

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

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.
Mg. pole kolem vodiče: Vašč-mg

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

• jeřáb na šrotišti: místo háku má elektromagnet, vypínač spíná jeřábník
  
• elektrický vrátný (z bytu ovládám elektromagnet u domovních dveří, ten uvolní západku)
• relé: ovládám jen cívku, která spíná odolné kontakty. Ty zapínají silné zařízení (reflektor, elektromotor…)
  Využití: zapínání světel auta (řidič ovládá relé), zapínání elektrického topení (termostat spíná relé), velkých strojů v továrně…
• zvonek (animace):
  stisk tlačítka-> Průchod proudu kontaktem->Přitahování kladívka-->CINK+přerušení kontaktu-->Pružina vrátí kladívko+znovu sepnutí kontaktu
  (děj se opakuje mnohokrát za sekundu)
• jistič: příliš velký proud cívkou způsobí rozpojení kontaktů (např. při zkratu, přetížení…).
  "Nahození" jističe = ruční spojení kontaktů
  POZN: zapnuto = nahoru, vypnuto = dolů, wiki
• pevný disk: cívka čtecí hlavy dané místečko disku zmagnetuje = zapíše data

Elektromagnet na phet.
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:

• reproduktor: do cívky přichází proměnný el. proud ze zesilovače->Přitahování a odpuzování s magnetem vyvolá kmity membrány->Zvuk
• ručkové (analogové) měřící přístroje (ampérmetr, voltmetr, indikace hlasitosti na zvukové technice, ukazatel stavu paliva v autě…)
• elektromotor: otočný elektromagnet = rotor (rotuje = otáčí se) je stále nucen otáčet se (působením vnějších pólů - statorem) (statický = nepohyblivý)

Video: elektromotor: anim vysvě 1+2, názor-cívky, mag, přitah.vodičů Vašč-vodič-vmg.

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,

Uveď 4 užití elektromotoru doma, 4 na stavbě.

Elektromagnetická indukce náčrtky

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

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

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)
Indukce ve vodiči:eduani

Indukce POHYBEM (magnetu):

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

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

Svítící stříkačka (výrobek)

svítící stříkačka	potřeby	postup	pomůcky	navíjení vrtačkou

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?

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 (oscil, vašč stažení1,stažení2)

Efektivní napětí

Napětí v zásuvce se stále mění mezi 0 a ±320 V (U_max = 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 U_ef = 230 V.

U_ef = U_max* 0,7
I_ef = I_max* 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:

• alternátor (má 2 stírací kroužky) - generuje střídavý proud (náčrt, obr Vašč wal) s motorem 1 2 3
• dynamo (má komutátor) - generuje pulzní (tepavý) stejnosměrný proud (obr Vašč)

Využití:

• všechny dopravní prostředky (v motoru - alternátor - dobíjení baterií), generátory proudu (elektrárny, elektrocentrály…)
• dynamo - bicykl (obr)

Generátor - phet, Vašč-alt+dyn, DCgen

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).

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:

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.

• změna velikosti napětí: - nabíječky, adaptéry (mobilu, WiFi, herní konzole, el.zub.kartáčku, zvlhčovače, el. hudebních nástrojů…)
   - napájení elektroniky (např. PC používá napětí 5 a 12 V) - TV, set-top box, počítač, reprosoustava, rádio …
   - rozvod elektřiny z elektrárny
• zvětšení proudu - ohřev: elektrická svářečka, pistolová páječka
• vysokonapěťová jiskra: zapalovací cívka v autě

Pokud ze sekundární cívky odebírám napětí:

• menší - teče větší proud (svářečka, adaptéry…)
• větší - teče menší proud(zapalovací cívka auta…)

Elektronické zapalování - obr, trafo-Vašč

Ukázka: Vašč-trafo, Vašč-svářečka

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):

• vysílání TV, rádia, mobilních operátorů, vysílačky, WiFi, Bluetooth…
  vysílač (tv, operátora…) = primární cívka
  televize, rádio, mobil, protější vysílačka = obsahuje sekundární cívku
• varná (indukční) deska - pod ní cívka (mění své  mg pole), ve dnu nádobí se tím indukuje PROUD (svým průchodem zahřívá dno)
  primární cívka - pod deskou, sekundární = DNO nádobí pokusy 1 2 3 tave
• čip (uvnitř je cívka)
  Čtecí zařízení vyšle pulz -> v cívce čipu se indukuje proud. Ten způsobí vyslání odpovědi (pulzu)
  - čip pro vstup do školy, výdej obědů
  - u vchodu obchodu (čipy na zboží)
  - čip v platební kartě
  - RFID čip (předá informace o člověku, zvířeti, autě…)
  - imobilizér v autě (zastaví běh motoru) (mobilis=pohyblivý) ( cívka pod volantem + čip v klíčku)
  - výběr mýtného na silnicích (čidlo)

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

Ukázka vysílač-anténa: phet, Faradayova klec čl. v kleci, music.Tesla

Animace

9 Awesome Physics Tr

Odkazy: Já budu Einsteinem