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.
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

• 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: 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,

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)
• dynamo (má komutátor) - generuje pulzní (tepavý) stejnosměrný proud (obr Vašč)

Využití:

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

Generátor - phet

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

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

Odkazy: Já budu Einsteinem