test 1.12. Flashcards
Magnetické indukční čáry
-U magnetů ve tvaru
podkovy je uvnitř
magnetu mag. pole
téměř homogenní.
-Piliny se nastaví ve směru
tečny k siločárám –
podobně, jako bychom
použili malý kompas
magnetické pole vodiče s proudem
magnetické pole
vytváří i kolem vodičů protékaných proudem
Magnetické indukční čáry kolem přímého
vodiče jsou soustředné kružnice
Ampérovo pravidlo
Směr magnetických indukčních čar pak určíme magnetkou anebo
Ampérovým pravidla pravé ruky:
◦ Uchopíme–li vodič pravou rukou tak, že palec máme ve směru proudu, tak prsty ukazují směr magnetických indukčních čar.
cívka
Magnetické pole přímého vodiče je relativně slabé
->cívky, což je izolovaný měděný vodič navinutý na tzv. jádře (vzduchové, železné)
solenoid
=Dlouhá hustě vinutá válcová cívka malého průměru
-Solenoid vytváří magnetické pole podobné magnetickému poli permanentního magnetu
-Vně je magnetické pole podobné
magnetickému poli permanentního magnetu
-Uvnitř je mag. pole přibližně homogenní
Pravidlo pravé ruky pro cívku
Uchopíme–li cívku pravou rukou, tak, že prsty jsou ve směru proudu, tak palec ukazuje
k směr siločar
toroid
-Cívka na kruhovém jádře.
-Magnetické pole se vytváří pouze uvnitř této cívky a může být i velmi intenzivní jako např. v magnetických nádobách termonukleárních reaktorů (tokamacích).
Magnetická síla
Vložíme–li vodič protékaný proudem do magnetického pole, tak pozorujeme, že na
něj působí magnetická síla.
Velikost magnetické síly závisí na:
a) velikosti proudu; Fm->I
b) délce vodiče; Fm->l (malé el)
c) „síle“ magnetického pole; Fm->B (magnetická indukce)
d)úhlu mezi vodičem a indukčními čarami; Fm->sinus (alfa)
vyjádření mag. síly vztahem
Fm= BIl*sin(alfa)
závislost úhlu mezi vodičem a indukčními čarami
kolmo-působí největší mag. síla na vodič (Fm=BIl)
rovnoběžně-nepůsobí žádná Fm (Fm=0)
Magnetická indukce
charakterizuje magnetické pole; B=Fm/Ilsin (alfa); jednotka B=N/A*m=T (tesla)
vektor tečný k magnetickým indukčním čárám
mag. síla
Vektor magnetické síly je kolmý k vektoru magnetické indukce i k vodiči
Flemingovo pravidlo levé ruky
Položíme–li na vodič levou ruku tak, aby prsty byly ve směru proudu a indukční čáry
směřovaly do dlaně, ukazuje palec směr magnetické síly (elektrodynamický reproduktor)
Magnetická síla na závit a cívku
-Jestliže do homogenního magnetického pole vložíme závit tvaru obdélníku a necháme jím procházet elektrický proud, začnou na dvě jeho strany působit dvě stejně velké opačně orientované síly (dvojice sil), které se jej snaží stočit kolmo k siločárám (k vektoru B)
-Severní magnetický pól závitu je pak co nejblíže jižnímu pólu magnetu, který vytváří
vnější magnetické pole, a opačně
-Cívka se chová obdobně jako závit
-Využití-Přístroje pro měření proudu a napětí (galvanometry, ampérmetry, voltmetry) s otočnou cívkou
Elektromotory
-Chceme-li, aby cívka vykonala v magnetickém poli i druhou půlotáčku a tedy se otáčela trvale, musíme změnit směr proudu, který jí prochází.
-To realizujeme speciálním mechanickým prvkem, tzv. komutátorem.
-Rotor je cívka, která se otáčí v magnetickém poli statoru
-Stator vytváří magnetické pole
-Komutátor mění směr proudu rotorem
Elektromotor na střídavý proud
-je také možné nechat procházet rotorem střídavý proud, který mění svůj směr
automaticky
-Tento typ elektromotoru pak nemusí mít komutátor, a proto je jednodušší a spolehlivější
Magnetická síla mezi dvěma rovnoběžnými vodiči s proudem
Na dva rovnoběžné přímé vodiče protékané proudem působí magnetické síly, které
mohou být:
-přitažlivé-pokud proudy tečou stejným směrem
-odpudivé-pokud proudy tečou opačným směrem
Magnetické vlastnosti látek
Podle magnetických vlastností rozdělujeme látky na:
Diamagnetické
Paramagnetické
Feromagnetické
Diamagentické látky
Jejich atomy jako celek nevykazují vlastnosti magnetu.
-Mírně zeslabují magnetické pole (mý(r)<1).
-Jsou vypuzovány z míst o větší intenzitě do míst s nižší intenzitou magnetického pole,
tzn. obvykle se mírně odpuzují od magnetu
-Patří sem některé kovy (např. Au, Cu, Hg), nekovy (např. sklo), kapaliny, plyny a většina
organických látek.
-Např. relativní permeabilita mědi mý(r) = 0,999990.
- Diamagnetické látky ze sebe vytěsňují magnetické indukční čáry
Diamagnetická levitace
diamagnetika (zlato, ryba) se odpuzují od silného magnetu
Absolutní diamagnetikum
=supravodič
-Supravodič chlazený tekutým dusíkem nedovolí magnetickému poli, aby do něj proniklo
->Magnet se jej tedy nemůže dotknout a bude se vznášet
Paramagnetické látky
-Jejich atomy se chovají jako malé magnety.
-Mírně zesilují magnetické pole (mý(r)>1).
-Jsou vypuzovány z míst o nižší intenzitě do míst s vyšší intenzitou magnetického pole, tzn. obvykle se mírně přitahují k magnetu
-Patří sem většina kovů (např. Na, K, Pt, Al), některé krystalické soli a jejich roztoky, některé plyny (např. vzduch) a řada dalších látek.
-Např. relativní permeabilita hliníku mý(r) =1,000 023
-do sebe vtahují magnetické indukční čáry
Feromagnetické látky
-Jejich atomy se chovají jako malé magnety.
-Značně zesilují magnetické pole (mý(r)=102 –105).
- Jsou velmi silně vypuzovány z míst o nižší intenzitě do míst s vyšší intenzitou magnetického pole
-jsou silně vtahována i do dutin cívek protékaných proudem.
-Využití: elektromagnetické dělo
-Pustíme–li do prvé cívky proud, začne k sobě přitahovat projektil.
Jakmile dosáhne dutiny a my proud přerušíme, bude pokračovat
setrvačností dále. Další cívky pak mohou jeho rychlost ještě zvýšit (~ km/s)
-Mezi feromagnetika patří čtyři kovy (Fe, Co, Ni, Gd), jejich slitiny i slitiny jiných kovů.
-Používají se jako jádra cívek v elektromagnetech, transformátorech a různých elektrických strojích.
-Překročíme–li tzv. Curieovu teplotu (např. pro Fe 770 °C), tak se z feromagnetika stává pouhé paramagnetikum…
- …a např. odpadává od magnetu
ferimagnety
-Mezi feromagnetické látky patří rovněž látky ferimagnetické, což jsou sloučeniny oxidu
železa (Fe2O3) s oxidy jiných kovů (Mn, Ba).
-Mají r=102 – 103 a mnohem větší odpor než feromagnetické kovy.
-Využití:
permanentní magnety, jádra cívek pro střídavé proudy atd.
rozdělení feromagnetik
-magneticky tvrdé
-magneticky měkké
Magneticky tvrdé feromagnetika
Ocelová trubka->mag. pole->trubka=magnet->vyjmutí->trubka stále magnet->TVRDÝ
===>Z magneticky tvrdých látek vyrábíme permanentní magnety
Magneticky měkká feromagnetika
Ocelová trubka->mag. pole->trubka=magnet->vyjmutí->trubka demagnetizována->
->MĚKKÝ
===>Magneticky měkké materiály používáme na jádra cívek pro proměnný proud (např. jádra transformátorů)
Elektromagnet
=Cívka s jádrem z magneticky měkké oceli
-přitahuje železo pouze tehdy, prochází-li jím proud
-Použití-např. manipulace a třídění kovového odpadu
-čištění ran od kovových nečistot aj.
-Elektromagnet je součástí elektromagnetického relé.
-elektrický zvonek, elektrický spínač, telegraf
-nahrazen TRANZISTOREM
-umožňuje magnetický záznam zvuku (magnetofony), obrazu (videomagnetofony) i dat (např. pevné disky)
Magnetické pole a nabitá částice
-Magnetická síla působí na každou částici s nábojem, která se pohybuje v magnetickém
poli, přičemž není důležité, zda např. elektrony letí v kovovém vodiči anebo jako
katodové záření vakuem.
-Budeme uvažovat homogenní magnetické pole, do něhož částice vstupují kolmo k indukčním čarám
Lorentzova síla
-Lorentzova síla je kolmá na vektor rychlosti a magnetické indukce.
-Směr Lorentzovy síly na částici s kladným nábojem opět určíme Flemingovým pravidlem
levé ruky
- Směr Lorentzovy síly na částici se záporným nábojem je samozřejmě opačný
- Podobně jako síla dostředivá je i síla Lorentzova vždy kolmá k vektoru rychlosti.
-Nemění proto velikost rychlosti, ale pouze její směr. Částice se pohybuje po trajektorii tvaru kružnice
Chování elektronů v magnetickém poli
-sledujeme v tzv. Wehneltově trubici
-Vstoupí–li elektrony do magnetického pole rovnoběžně s indukčními čarami,magnetická síla na ně nepůsobí, a proto se i nadále pohybují přímočaře
-Pokud elektrony vstoupí do magnetického pole pod úhlem, který není ani nulový ani pravý, budou vykonávat oba výše uvedené pohyby zároveň.
-Jejich výslednou trajektorií pak bude šroubovice
Wehneltova trubice
-Elektronovým dělem je katoda, která se může otáčet.
-Katoda vystřeluje elektrony kolmo k indukčním čárám homogenního magnetického pole…
…a ty narážejí na molekuly vzduchu, které září.
-elektrony se pohybují po kružnici
Hallův jev
-Pokud se elektrony nepohybují ve vakuu, ale v kovovém vodiči, „shrne“ je Lorentzovasíla k jedné straně.
-Protože opustit kov nemohou, vznikne mezi oběma stranami vodiče jisté malé napětí
(Hallův jev)
vliv magnetického pole na elektricky nabité částice v přírodě
-Protuberance (ionizovaný plyn vyvržený ze Slunce se šíří podél
magnetických indukční čar)
-černá díra požírající hvězdu vystřeluje hmotu ve směru indukčních čar magnetického pole
Využití poznatků o pohybech elektricky nabitých částic vv mag. poli
-konstrukce magnetické vychylovací cívky klasických TV obrazovek
-konstrukce urychlkovače částic
-konstrukce magnetických čoček v mikroskopu
