Elektromagnetická indukce

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František KociánDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 OtrokoviceČíslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /4

Autor Ing. František Kocián

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-AE-EP/2-EL-6/4

Název DUM Elektromagnetická indukce

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-57-H/01

Obor vzdělávání Autoelektrikář

Vyučovací předmět Elektropříslušenství

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace

Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: Základní pojmy, vznik elektromagnetické indukce, vznik střídavého proudu, grafické zobrazení střídavého proudu, využití elektromagnetické indukce

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slova Elektromagnetická indukce, střídavý proud, grafické zobrazení, využití elektromagnetické indukce

Datum 30. 8. 2013

Náplň výuky

Základní pojmyVznik elektromagnetické indukceVznik elektromotorického napětíVznik střídavého prouduGrafické zobrazení prouduVyužití elektromagnetické indukce

Elektromagnetická indukce

Základní pojmyElektromagnetická indukce – vzniká, dochází-li k protínání vodiče indukčními čarami magnetického pole. Pohybuje-li se magnet zprava doleva a protinaji-li indukcní čáry závity cívky, indukuje se v jejich závitech proud uvedeného smyslu (obr. 1a). Jestliže se pohyb magnetu zastaví (obr. 1b), proud přestane procházet. Při pohybu magnetu v opačném smyslu (tj. zleva doprava) se obrátí i smysl indukovaného proudu (obr. 1c).

Obr. 1: Vznik elektromagnetické indukce

Vznik elektromagnetické indukceElektromagnetická indukce vzniká následujícími způsoby:• pohybem vodiče v magnetickém poli,• pohybem magnetického pole kolem vodiče,• uložením vodiče v časově proměnném magnetickém poli. Zákon elektromagnetické indukce Fyzikální zákon, který vyslovil v r. 1831 Michael Faraday. Umístíme-li do magnetického pole závit z tenkého vodiče, bude jeho plochou S procházet magnetický tok Ф (viz obr. 2). Zvětší-li se náhle tento magnetický tok o ΔФ , bude se závitu indukovat proud i, jehož okamžitá hodnota závisí na rychlosti změny toku a na odporu vodiče, tedy

Obr. 2: Závit v magnetickém poli

Vznik elektromagnetická indukce

Směr elektrického proudu, který je ve smyčce indukován je určen tzv. Lenzovým zákonem (Lenzovým pravidlem).Tento zákon říká, že magnetické pole vytvořené indukovaným elektrickým proudem se snaží kompenzovat změny magnetického toku, které jsou odpovědné za vznik indukovaného proudu, tzn. indukovaný elektrický proud vytváří magnetické pole, které se snaží působit proti změnám, které indukci elektrického proudu způsobují.V uzavřené vodivé smyčce se změnou magnetického indukčního toku plochou smyčky indukuje elektromotorické napětí. Proud vzbuzený elektromagnetickou indukcí působí proti změně, která jej vyvolala.

Obr. 3: Lenzův zákon

Vznik elektromotorického napětíIndukované elektromotorické napětíUmístíme-li uzavřený elektrický obvod do magnetického pole, pak elektrickým obvodem nebude procházet žádný elektrický proud, je-li magnetické pole stacionární, tzn. nemění se s časem, a pokud se elektrický obvod nepohybuje. Elektrickým obvodem však může začít procházet elektrický proud, pokud nastane jedna či více z následujících situací:

smyčka se začne pohybovat, zdroje magnetického pole se začnou pohybovat, magnetické pole se začne měnit, např. v důsledku změny elektrických proudů, které jsou zdrojem magnetického pole.

Vznik elektromotorického napětíZměnou magnetického pole v okolí cívky se v cívce indukuje el. napětí a v

uzavřeném obvodu prochází indukovaný proud. Směr proudu je závislý na směru změny magnetického pole a na orientaci pólů magnetu vůči cívce.

Uvedené situace mají za následek vytvoření (indukci) elektrického proudu v elektrickém obvodu, ačkoliv k tomuto obvodu nebyl připojen žádný zdroj.

Pro indukované napětí platí v praxi častěji používaný vztah

Obr. 4: Vznik indukovaného napětí

Vznik elektromotorického napětí

Pro směr proudu indukovaného v tomto vodiči (je-li obvod uzavřen) platí pravidlo pravé ruky (Flemingovo)

Obr. 5: Flemingovo pravidlo pravé ruky

Vznik střídavého prouduStřídavý proud, též AC, je termín označující elektrický proud, jehož směr

se periodicky střídá, na rozdíl od stejnosměrného DC. Například při běžné síťové napětí frekvenci 50 Hz se směr proudu změní každých 10 milisekund. O střídavém proudu nejčastěji mluvíme v energetických (tj. silových) rozvodech.

Otáčí-li se závit tvořený vodičem v homogenním magnetickém poli po kruhové dráze konstantní rychlostí, bude se v něm indukovat střídavé napětí sinusového průběhu.

Velikost indukovaného napětí „u“ bude záviset na: velikost magnetické indukce B délce závitu l složce rychlosti vx

Napětí je tedy u = B . l .vx

Obr. 6: Vznik střídavého proudu

Grafické zobrazení proudu

Střídavý proud grafem střídavého proudu je SINUSOIDA Perioda střídavé proudu T – doba, za kterou se průběh střídavého proudu opakuje. v našem grafu je T = 0,2 s jednotkou periody je sekunda Kmitočet (frekvence) f – jednotkou kmitočtu je hertz (Hz) kmitočet naší spotřebitelské sítě je 50 Hz (T = 0,02 s)

Obr. 7: Sinusoida

Grafické zobrazení proudu

Střídavý proud grafem střídavého proudu je SINUSOIDA

Pro obecnou polohu závitu platí v je konstantní rychlost otáčení

Obr. 8: Grafické znázornění proudu sinusového průběhu

Využití elektromagnetické indukce

Základní rozdělení elektrických strojů

Netočivé elektrické stroje – transformátory, tlumivky, reaktory Točivé elektrické stroje – mění elektrickou energii v mechanickou a naopak

Co mají tyto elektrické stroje společné? pracují na principu elektromagnetické indukce

Obr. 9: Transformátor Obr. 10. Elektromotor

Kontrolní otázky:1. Směr elektrického proudu, který je ve smyčce indukován je určen

a) Lenzovým zákonem

b) pravidlem pravé ruky

c) záleží na velikost indukce

2. Zákon elektromagnetické indukce je fyzikální zákon, který vyslovil

a) v roce 1830 Heinrich Lenz

b) v roce 1831 Michael Faraday

c) v roce 1840 Nikola Tesla

3. Grafem střídavého proudu je

a) přímka

b) hyperbola

c) sinusoida

Kontrolní otázky – řešení:1. Směr elektrického proudu, který je ve smyčce indukován je určen

a) Lenzovým zákonem

b) pravidlem pravé ruky

c) záleží na velikost indukce

2. Zákon elektromagnetické indukce je fyzikální zákon, který vyslovil

a) v roce 1830 Heinrich Lenz

b) v roce 1831 Michael Faraday

c) v roce 1840 Nikola Tesla

3. Grafem střídavého proudu je

a) přímka

b) hyperbola

c) sinusoida

Seznam obrázků:Obr. 1: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, str. 5

Obr. 2: ŘÍHA, J., Elektrické stroje a přístroje, SNTL, Praha, 1984, str. 11

Obr. 3: Lencův zákon [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://fyzika.smoula.net/maturitni-temata-13

Obr. 4: ŘÍHA, J., Elektrické stroje a přístroje, SNTL, Praha, 1984, str. 12

Obr. 5: Flemingovo pravidlo pravé ruky [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.google.cz/imgres?hl=cs&biw=1026&bih=664&tbm=isch&tbnid=mr9k6rRNr7zkpM:&imgrefurl=http://www.youtube.com/watch%3Fv%3DKC7uuZ-j2OU&docid

Obr. 6:. střídavý proud [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: https://www.google.cz/search?hl=cs&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1026&

Obr. 7: sinusoida [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://www.4zszdar.cz/fyzika/storage/File/1292183299_sb_vznikstdavhoproudu.pdf

Obr. 8: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, str. 6

Obr. 9: transformátor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Transformer3d_col3_cs.svg/400px-Transformer3d_col3_cs.svg.png

Obr. 10: elektromotor [online]. [vid. 30.8.2013]. Dostupný na WWW:

http://www.hybrid.cz/files/images/elektromotor.jpg

Seznam použité literatury:

[1] JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-05-6

[2] ŠŤASTNÝ, J. a REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, Nakladatelství T. Malina, 1994, ISBN 80-900759-6-7

[3] Elektromagnetická indukce [online]. [cit. 30.8.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A1_indukce

Děkuji za pozornost