Magnetismus Magnet je trvale (permanentní magnet) nebo dočasně zmagnetované těleso, které je zdrojem magnetického pole. Magnet má severní pól (N) a jižní pól (S). Nesouhlasné póly dvou magnetů se přitahují, souhlasné se odpuzují. Magnetka je trvalý magnet otáčivý okolo svislé osy. Magnetické pole Magnetické pole se projevuje silovými účinky na železo, kobalt, nikl a jejich slitiny, na ostatní magnety a na pohybující se elektrické náboje. Objevuje se v okolí magnetů v okolí vodičů jimiž prochází elektrický proud Příčinou magnetického pole v okolí vodiče je pohybující se elektrický náboj. Magnetickou silou na sebe působí i dva vodiče se stálým proudem. Magnety Základy elektrotechniky Stacionární magnetické pole je magnetické pole, jehož vlastnosti se nemění v čase (veličiny, které jej charakterizují jsou konstantní). Nachází se v okolí nepohybujících se permanentních magnetů nebo v okolí nepohybujícího se vodiče se stálým proudem. Magnetické indukční čáry jsou orientované křivky, jejichž tečna v každém bodě má směr magnetické indukce a také směr osy velmi malé magnetky umístěné v daném bodě. Směr od jižního k severnímu pólu magnetky určuje orientaci indukční čáry. Magnetické indukční čáry jsou vždy uzavřené křivky a procházejí i magnetem. Jejich hustota v daném místě je úměrná velikosti magnetické indukce. Základy elektrotechniky Magnet – Wikipedie Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.3811 Název DUM: Indukční čáry magnetického pole Číslo DUM: III/2/FY/2/2/20 Vzděláv Jak funguje magnet? Šablona: V/2 – Inovace a zkvalitnění výuky v oblasti přírodních věd Číslo výukového materiálu: 96 Sada: Člověk Proving which way magnetic lines on a magnet travel Šablona: V/2 – Inovace a zkvalitnění výuky v oblasti přírodních věd Číslo výukového materiálu: 96 Sada: Člověk Ačkoli je to běžnou praxí, neměli bychom zaměňovat siločáry magnetického pole s indukčními čarami. Indukční čáry vyjadřují směr magnetické indukce a jsou to vždy uzavřené křivky, magnetické siločáry jsou hustší v prostředí, které přenáší hůře magnetické pole a naopak. Siločáry magnetického pole Intenzita magnetického pole Intenzita magnetického pole (H) vyjadřuje velikost a směr magnetického pole nezávisle na parametrech prostředí, ve kterém je magnetické pole vytvářeno. H = B / μ H = B / (μ0 . μr) V daném místě má H směr daný tečnou k siločáře a směr podle orientace siločáry. Obecný vztah pro intenzitu magnetického pole tvořeného proudem I na siločáře o délce l: [H] = A.m-1 Pro cívku Electromagnet, Electromagnetic Coil and Permeability Na vodič kterým protéká proud působí v magnetickém poli magnetická síla Fm. Je-li vodič Magnetická (Ampérova) síla Flemingovo pravidlo levé ruky: položíme-li otevřenou levou ruku k přímému vodiči tak, aby prsty ukazovaly směr proudu a indukční čáry vstupovaly do dlaně, ukazuje odtažený palec směr síly, kterou působí magnetické pole na vodič s proudem. Podle směru proudu a orientace magnetických indukčních čar se vodič vychýlí vlevo nebo vpravo. Změnou směru proudu dojde ke změně výchylky opačným směrem. Jejich směr se určuje Ampérovým pravidlem pravé ruky: Ukazuje-li při uchopení vodiče pravou rukou palec dohodnutý směr proudu, pak prsty ukazují orientaci magnetických indukčních čar. Magnetické pole dvou rovnoběžných vodičů. Magnetismus Základy elektrotechniky Indukční čáry vodičů s proudem Magnetická indukce B je vektorová fyzikální veličina, charakterizující magnetické pole (směr je určen tečnou k dané indukční čáře). V místě, kde je magnetická indukce největší, je nejsilnější magnetické pole a největší hustota indukčních čar. Fm = B . I . l . sinα l je aktivní délka vodiče, I je proud procházející vodičem, α je úhel, který svírá vodič s indukčními čarami, B je magnetická indukce. α = 0°C potom Fm = 0 α = 90°C potom Fm = max Pro dané homogenní pole je konstantní, jednotkou je Tesla (T = N.A-1.m-1) Ampérův zákon Příklad Jak velkou silou působí magnetické pole o magnetické indukci 20 mT na vodič o délce 20 cm, kterým protéká proud 500 mA. Vodič svírá s vektorem magnetické indukce úhel 30°. B = 20 mT = 20.10-3 T l = 20 cm = 0,2 m I = 500 mA = 0,5 A α = 30° Fm = ? Fm = B . I . L . sinα = 20.10-3 . 0,5 . 0,2 . sin30° Fm = 0,001 N = 1 mN magnetic force Částice s nábojem v magnetickém poli Na částici s nábojem Q pohybující se rychlostí v v magnetickém poli o indukci B působí síla Fm = B . I . l . sinα = B . v.t . Q/t . sinα = B . v . Q . sinα Směr pohybu částice s kladným nábojem se určí Flemingovým pravidlem levé ruky (směr proudu se nahradí směrem pohybu nabité částice). U částice se záporným nábojem bude směr pohybu opačný. Směr vektoru F je dán pravidlem pravé ruky resp. pravidlem pravotočivého šroubu. Vlétne-li do homogenního magnetického pole kolmo k vektoru magnetické indukce B částice s nábojem Q, bude na ni kolmo na směr pohybu působit magnetická síla Fm = Q . V . B = m . v2 /r 3.06.Magnetické pole-Tisk DETEKTORY A URYCHLOVAČE Měřením poloměru trajektorie lze určit hmotnost nabité částice (hmotnostní spektrometrie) Elektronika.Úvod.Magnetické pole Lorentzova síla – WikiSkripta Částice se bude pohybovat po kružnici, Fm působí jako dostředivá síla. static object - Google-мен іздеу | Physics, Magnetic field, Electric field Discovery of the Atomic Nucleus - Introduction to Physics - OpenStax CNX Lorentzova síla V elektromagnetickém poli se pohybuje částice s nábojem, na tuto částici současně působí síla elektrostatická Fe a magnetická Fm. Proto výsledná síla působící na částici bude dána jejich vektorovým součtem Lorentz force - Wikipedia Katodová rtg. lampa Barevná televize :: MEF CRT monitory CRT obrazovka CRT (Cathode Ray Tube, obrazová elektronka) funguje na následujícím principu: Obraz se vytváří tak, že z katody v hrdle obrazovky jsou emitovány elektrony, ty následně prochází trubicí, kde jsou díky anodě usměrňovány do úzkého svazku. Poté prochází štěrbinovou či bodovou maskou, aby dopadly na dané místo a vytvořily barevný bod ("tečku"). Elektron pak dopadne na luminofor a ten podle intenzity vyloučí foton (rozsvítí se). Obraz vzniká po tečkách, které jsou uspořádány do řad a sloupců. K tomu, aby se elektrony mohly takto vychylovat, slouží vychylovací cívky umístěné za anodou. Electron microscope- definition, principle, types, uses, images transmission electron microscope (TEM) SEM TEM Elektronový mikroskop Elektronový mikroskop je obdoba světelného mikroskopu, ve kterém jsou ale fotony nahrazeny elektrony a skleněné čočky elektromagnetickými čočkami. Elektromagnetická čočka je v podstatě cívka, která vytváří vhodně tvarované magnetické pole. Protože mezní rozlišovací schopnost je úměrná vlnové délce použitého záření a elektrony mají podstatně kratší vlnovou délku (de Broglieho vlna) než má viditelné světlo, má elektronový mikroskop mnohem vyšší rozlišovací schopnost a může tak dosáhnout mnohem vyššího efektivního zvětšení (až 1 000 000×) než světelný mikroskop. Skenovací elektronový mikroskop (SEM) Transmisní elektronový mikroskop (SEM) Příklad Do homogenního magnetického pole vlétne proton rychlostí 5.106 m.s-1 kolmo k magnetickým indukčním čarám. Velikost magnetické indukce magnetického pole je 20 mT. Určete poloměr kružnicové trajektorie protonu (m = 1,67.10-27 kg , e = 1,6.10-19 C) v = 5.106 m.s-1 B = 20 mT = 20.10-3 T m = 1,67.10-27 kg e = 1,6.10-19 C r = ? Q.v.B = m.v2/r r = m.v/(e.B) = 1,67.10-27. 5.106 /(1,6.10-19 . 20.10-3) r = 2,6 m Biotův - Savartův zákon Biotův-Savartův zákon (Biotův-Savartův-Laplaceův zákon) popisuje magnetickou indukci, která vzniká díky pohybujícímu se náboji. Udává vztah mezi magnetickou indukcí B, proudem I a geometrickým uspořádáním vodiče v prostoru. Srovnání vztahů pro elektrické a magnetické pole Magnetické pole přímého vodiče Permeabilita prostředí μ je veličinou charakterizující prostředí, ve kterém je magnetické pole vytvářeno elektrickým proudem. Ve vakuu je to permeabilita vakua μ0 = 4.π.10-7 N∙A-2. μ = μ0 . Μr μr je relativní permeabilita. Magnetické pole kolem vodiče s proudem Magnetické indukční čáry v okolí přímého vodiče s proudem, mají tvar soustředných kružnic. Jejich směr se určuje pomocí Ampérova pravidla pravé ruky. Velikost magnetické indukce B ve vzdálenosti l od přímého vodiče, kterým protéká proud I je B = μ /(2. π) . I/d Magnetické pole dvou přímých vodičů Když umístíme blízko sebe dva přímé rovnoběžné vodiče, kterým bude procházet proud, budou na sebe navzájem působit silou Fm o velikosti Fm = (μ/2π)·(I1·I2·l)/d. Použitím Ampérova pravidla pravé ruky lze zjistit orientaci indukčních čar, pro zjištění směru síly, která bude působit mezi vodiči, lze použít Flemingovo pravidlo levé ruky. Vodiči budou procházet proudy stejného směru a oba vodiče se budou navzájem přitahovat. Vodiči budou procházet proudy opačného směru a oba vodiče se budou navzájem odpuzovat. d je vzdálenost mezi vodiči, l je délka vodičů, I1 a I2 jsou proudy protékající vodiči 1 a 2. Příklad Dvěma přímými rovnoběžnými vodiči, vzdálenými od sebe 2 cm, prochází proudy 20 A a 25 A. Jaká magnetická síla působí na část každého vodiče o délce 2,5 m jestliže oba proudy mají a) stejný směr, b) opačný směr? Permeabilita vakua je 4.π.10-7 N.A-2. d = 2 cm = 0,02 m I1 = 20 A I2 = 25 A l = 2,5 m μ = 4.π.10-7 N.A-2 Fm = ? Fm = μ /(2. π) . (l.I1.I2)/d = 4.π.10-7/(2. π) . (2,5.20.25)/ 0,02 Fm = 0,0125 N = 12,5 mN a)Vodiče se přitahují silou 12,5 mN. b)Vodiče se odpuzují silou 12,5 mN. c) Cívka (solenoid) Cívka je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech k vytvoření magnetického pole elektrického proudu (cívka s jádrem slouží jako elektromagnet) a k indukci elektrického proudu proměnným magnetickým polem (cívka slouží jako induktor, nositel indukčnosti). Cívka s velkým počtem závitů se nazývá solenoid. Cívka = více vodičů - jejich magnetická pole se složí -> silnější výsledné pole. Magnetické pole v okolí cívky je shodné s magnetickým polem tyčového magnetu. Směr magnetických indukčních čar v okolí cívky se určí pomocí Ampérova pravidla pravé ruky. Cívka, póly S a J Velikost magnetické indukce B uvnitř solenoidu ve vakuu l je délka cívky, N počet závitů cívky, I je proud protékající cívkou. B = μ0 . N.I/l Elektrotechnik Fachbuch – Grundlagen der Elektrotechnik – Elektronische Bauelemente im Gleichstromkreis – Die Spule Ampérovo pravidlo pravé ruky pro cívku: pokrčené prsty ukazují směr proudu v závitech a orientaci magnetických indukčních čar pak značí palec. Ampérovo pravidlo pravé ruky 32 Magnetické pole přímého vodiče a cívky. Magnetické pole Magnetické pole Magnetické pole cívky Elektrotechnik Fachbuch – Grundlagen der Elektrotechnik – Elektronische Bauelemente im Gleichstromkreis – Die Spule Pro zesílení elektromagnetického pole cívky se do ní vkládá jádro z oceli, nebo z nějaké jiné měkké ferromagnetické látky. Cívka navinutá na ferromagnetickém jádře se nazývá elektromagnet. Jako slabý elektromagnet se chová i cívka s proudem bez ferromagnetického jádra. Elektromagnet je používán např. v elektrickém zvonku, v jističích, stykačích, v hutním průmyslu, ve sběrnách kovového šrotu nebo v elektromagnetických relé, v automobilovém průmyslu jako snímač otáček klikového hřídele, pro brzdění tramvajových vozů, obráběcích strojů a ve zdravotnictví. See the source image elektromagnetické relé Hallův jev Hallův jev je posun vodivostních elektronů ve vodiči, jímž podélně prochází elektrický proud, působením magnetické síly a následný vznik příčného elektrického pole ve směru kolmém k vektoru magnetické indukce a ke směru proudu. Mezi protilehlými stranami vodiče vznikne rozdíl potenciálů, Hallovo napětí UH. Hallův jev je generován především v polovodičích, v kovech se vzhledem k vysoké koncentraci vodivostních elektronů téměř neuplatňuje. Hallův jev se využívá při měření magnetických polí (Hallova sonda), bezkontaktního měření el. proudu, apod. UH = E . d Pro velikost elektrické síly Fe platí: Fe = E . e = UH . e / d Pro velikost magnetické síly Fm platí: Fm = e . v . B UH = B . v . d See the source image 1. diamagnetické látky jsou složeny z diamagnetických atomů, nepatrně zeslabují magnetické pole, jejich relativní permeabilita je o něco menší než jedna. N S Ve vnějším magnetickém poli látka projevuje slabý magnetismus s polem vektoru indukce opačného směru vzhledem k vektoru indukce vnějšího pole. 2. paramagnetické látky jsou složeny z paramagnetických atomů, rušivým vlivem tepelného pohybu nelze dosáhnout paralelního uspořádání jejich magnetických momentů, nepatrně zesilují magnetické pole. Jejich relativní permeabilita je o něco větší jako jedna. S N Ve vnějším magnetickém poli látka projevuje slabý magnetizmus s polem vektoru indukce stejného směru vzhledem k vektoru indukce vnějšího pole. 3. ferromagnetické látky jsou složeny z paramagnetických atomů, v látkách působí tzv. výměnné síly Þ dochází k paralelnímu uspořádání magnetických momentů Þ vznikají tzv. magnetické domény. Jejich relativní permeabilita je mnohem větší jako jedna. Magnetické pole - Elektrotechnika 1. ročník N S Ve vnějším magnetickém poli látka projevuje silný magnetizmus s polem vektoru indukce stejného směru vzhledem k vektoru indukce vnějšího pole. Magnetické momenty v doméně mají stejný směr - domény se projevují silným magnetickým polem. Směry magnetických polí domén jsou zpravidla rozloženy nahodile - látka se navenek magneticky neprojevuje. Spontánní magnetizace - samovolné magnetické nasycení domén, tj. bez působení vnějšího magnetického pole. Magnetické vlastnosti látek část 02 - PDF Stažení zdarma N S Magnetizace - magnetické nasycení feromagnetické látky vlivem vnějšího magnetického pole. Atomy se orientují do směru souhlasného s indukčními čárami vnějšího pole. Čím vyšší je uspořádanost v doméně, tím silnější je výsledné pole. Vzdálené uspořádání (a výsledné silné magnetické pole) je hlavním znakem feromagnetických materiálů. Curieova teplota (Tc) je charakteristická vlastnost feromagnetických a piezoelektrických látek, nad Curieovou teplotou ztrácí látka své feromagnetické (či piezoelektrické) vlastnosti. See the source image Magnetizační křivka je závislost magnetické indukce na intenzitě magnetického pole B = f (H). B = μ⋅H = μ0⋅μr⋅H Magnetická susceptibilita (χ) je skalární veličina, popisuje chování materiálu ve vnějším magnetickém poli. ELUC Hysterezní křivka (hysterezní smyčka) vyjadřuje závislost B na H při pomalé, plynulé změně H od +Hs do -Hs. Elektromagnetická indukce Elektromagnetická indukce je jev, při kterém ve vodiči dochází ke vzniku indukovaného elektromotorického napětí Ui a indukovaného proudu v důsledku časové změny magnetického indukčního toku, tj. důsledkem umístění vodiče v nestacionárním magnetickém poli. Image result for Induction Science Vlastnosti nestacionárního magnetického pole (magnetická indukce) se s časem mění. Mezi zdroje tohoto pole můžeme zařadit nepohybující se vodič s časově proměnným proudem, pohybující se vodič s proudem (časově proměnným i konstantním) nebo pohybující se permanentní magnet či elektromagnet. Velikost indukovaného napětí závisí na velikosti změny magnetického pole a rychlosti této změny. Magnetický indukční tok Φ = B.S.cosα Magnetický indukční tok Φ je skalární veličina, která slouží pro kvantitativní popis sumárního působení magnetického pole a používá se např. ke kvantitativnímu popisu elektromagnetické indukce. homogenní magnetické pole, rovinnou plochu o obsahu S, normálu n k ploše S, vektor magnetické indukce B a úhel α, který svírá normála n s vektorem B Magnetický indukční tok - FYZIKA 007 [Φ] = Wb (weber) Vyjadřuje úhrnný tok magnetické indukce procházející určitou jednoduše souvislou plochou. Při názorném zobrazení pomocí indukčních čar je mírou celkového počtu indukčních čar procházejících touto plochou. Vlastní indukčnost (indukčnost) L je fyzikální veličina, vyjadřující schopnost dané konfigurace elektricky vodivých těles protékaných elektrickým proudem vytvářet ve svém okolí magnetické pole. Indukčnost L = Φ / I [L] = H (henry) Magnetic Flux Vlastní indukčnost cívky: kde μ je permeabilita prostředí, N je počet závitů cívky, l je délka cívky, S je obsah průřezu cívky (vztah platí pro cívku, jejíž délka je mnohem větší než poloměr (solenoid), při zanedbání rozptylu magnetického pole na krajích cívky) Pro výpočet indukovaného elektromotorického napětí Ui v cívce při změně elektrického proudu v čase Faradayův - Lenzův zákon (Lenzův zákon) popisuje vztah mezi elektrickým proudem a změnou magnetického indukčního toku: Indukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodu má takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně magnetického indukčního toku, která je jeho příčinou. Energie magnetického pole kolem cívky je vyjádřena vztahem Geomagnetické pole Země Magnetické pole Země (geomagnetické pole) je indukované magnetické pole v určitém prostoru okolo Země, ve kterém působí magnetická síla generovaná geodynamem uvnitř Země. Magnetické pole Země má převážně dipólový charakter (rozložení siločar je podobné siločarám v okolí tyčového magnetu). Jeho osa neprochází středem Země, ale je na povrchu Země přibližně o 520 kilometrů odkloněna. Poloha magnetických pólů driftuje různou rychlostí, v posledních letech i několik desítek km za rok, což způsobuje problémy v navigaci. Magnetické pole se vytváří elektrickým proudem vznikajícím prouděním tekutého vnějšího zemského jádra nacházejícího se mezi pevným vnitřním jádrem planety a zemským pláštěm. Tento proces funguje jako obrovské hydrodynamické geodynamo (prvky jádra jsou hlavně nikl a železo). Earth's magnetic poles could be about to FLIP sparking chaos and mass blackouts Earth Magnets | Earth Changes Kompas je zařízení k určování světových stran, obsahuje volně pohyblivou magnetickou střelku, která se vlivem zemského magnetického pole natáčí ve směru magnetického severu a jihu. Buy PRODUCTMINE®Big Compass Stainless Steel Directional Military Magnetic Compass (7.3 cm) for Feng Shui/Travel Online at Low Prices in India - Amazon.in Diagram showing the Earth with magnetic field lines running from the south pole around to the north pole. A region near the Earth circling the equatorial to mid-latitudes and oriented along a magnetic field line is highlighted and labeled Inner Van Allen radiation belt. A region farther out circles the Earth, except in the polar regions, also following the magnetic field lines, and is labeled Outer Van Allen radiation belt. Magnetosféra Země Působením magnetického pole Země vzniká zemská magnetosféra. Van Allenovy radiační pásy jsou oblasti v okolí planety, ve kterých je zachycené korpuskulární záření (energetické ionty a elektrony ze slunečního větru). Nabité částice zde jsou ovládané Lorentzovou silou a vykonávají tři různé pohyby: Kompas 1. oběh okolo své siločáry s periodou několika mikrosekund až milisekund. 2. posuvný (při složení s prvním pohybem spirálový) pohyb podél siločar. 3. pohyb kolmý na rovinu magnetického poledníku. Peter Pan & His Shadow | Cindy Goeddel Photography, LLC Fleet Foxes Might Hunt with Magnetic Fields | Mental Floss Lišky se při lovu hlodavců pod sněhem či ve vysoké trávě přednostně staví severojižně a skoky provedené tímto směrem mají vyšší pravděpodobnost úspěšného ulovení kořisti. Liška tedy zřejmě nejen vnímá zemské magnetické pole, ale při lovu ho dokáže využít i k vylepšení odhadu vzdálenosti. Na základě terénních záběrů zvěře a satelitních snímků se ukázalo, že pasoucí se nebo odpočívající krávy, srnci a jeleni nepostávají náhodně, ale nejčastěji se orientují v severojižním směru. Pod dráty vysokého napětí je poloha zvířat naopak náhodná, tj. indukovaná elektromagnetická pole vedou k dezorientaci a ztrátě schopnosti vnímat zemské magnetické pole. Čím dále od elektrického vedení, tím více opět začala u zvířat převládat severojižní orientace. Magnetorecepce Mechanismy magnetorecepce mechanický, založený na magnetickém minerálu magnetitu biochemický, založený na proteinu kryptochromu. Paleomagnetismus zkoumá rozložení geomagnetického pole a jeho změny v jednotlivých geologických obdobích na základě studia zbytkového magnetismu některých hornin. Metoda je založena na magnetizaci kovových částic v horninách, které se buď během fáze roztavení hornin (Tt > Tc) orientují ve směru geomagnetického pole (převážně magnetit) či na sedimentárních horninách, kde se částice orientují během sedimentace (hematit). Paleomagnetismus See the source image Vznik střídavého proudu Jestliže se hodnota napětí na svorkách zdroje nemění, obvodem protéká stálý, tzv. stejnosměrný proud (DC). Bude-li se polarita obou svorek rychle a periodicky měnit, bude se obdobně měnit i směr elektrického napětí, čímž získáme tzv. střídavé elektrické napětí. Připojíme-li ke svorkám zdroje střídavého napětí elektrický obvod, bude jím procházet proud, který periodicky mění směr i velikost, tzv. střídavý elektrický proud. Podle Ampérova pravidla pravé ruky určíme, že v první polovině pohybu bude proud směřovat od nás a v druhé polovině pohybu k nám. Pohybuje-li se vodič v magnetickém poli po kruhové dráze, můžeme sledovat, kolik indukčních čar vodič protne za stejnou dobu. Čím více indukčních čar vodič protne, tím větší napětí se v něm indukuje. V času 0 s se vodič pohybuje ve směru indukčních čar, neprotíná téměř žádné magnetické indukční čáry a ve vodiči žádné napětí nevzniká. V čase 0,25 s už vodič protíná více magnetických indukčních čar, a proto se ve vodiči indukuje napětí a jemu odpovídají proud směřující od nás. V čase 0,5 s protíná vodič nejvíce indukčních čar, a proto se indukuje největší napětí tzv. amplituda napětí. Průběh napětí indukovaného ve vodiči je o periodický děj. Grafem závislosti střídavého indukovaného napětí na čase je sinusoida. u ... okamžitá hodnota napětí Um ... amplituda napětí ω ... úhlová frekvence Alternátor (synchronní generátor) je typ elektrického generátoru, synchronního stroje měnící točivou mechanickou energii na střídavý elektrický proud. Přeměňuje kinetickou energii (pohybovou energii) rotačního pohybu na energii elektrickou ve formě střídavého proudu a střídavého napětí, čímž se liší od dynama generující proud stejnosměrný. Výstupní střídavý proud (a odpovídající střídavé napětí) může být jednofázový nebo vícefázový (nejčastěji třífázový). Alternátor pracuje na principu elektromagnetické indukce – ve vodiči je indukováno napětí, pokud se vodič a magnetické pole vůči sobě pohybují. Alternátor Alternátor – Wikipedie Magneto je generátor elektřiny, který využívá otáčivého pohybu permanentních magnetů k výrobě střídavého proudu (alternátory používají místo permanentních magnetů elektromagnetické cívky). Ručně poháněná magneta byla součástí prvních telefonů (poskytovala proud pro vyzvánění), magneta upravená pro generování pulsů vysokého napětí jsou používána v některých systémech spalovacích motorů jako zdroj energie pro zapalovací svíčky. Magneto Graf závislosti střídavého napětí na čase může mít i jiný než sinusový průběh Komutátor je v elektrotechnice speciální sběrný kroužek, který je rozdělen na vzájemně izolované lamely, na něž doléhají kartáče (obvykle grafitové). Zajišťuje přívod a přepínání směru proudu vedeného do rotorových cívek tak, aby byla napájena vždy cívka pod aktivním pólem a bylo dosaženo co největší účinnosti stroje (stejnosměrný motor nebo univerzálního motoru − vrtačka, mixér atd.). U dynama slouží komutátor jako mechanický rotační usměrňovač. Komutátor See the source image See the source image Dynamo je již zastaralý elektrický generátor, který přeměňuje mechanickou energii na stejnosměrný proud. Mechanickou energii dodává dynamu vnější zdroj (např. turbína, klika). Dynamo se skládá ze statoru tvořeného magnetem nebo elektromagnetem, rotoru s vinutím a komutátoru. Slouží k přeměně mechanické energie na stejnosměrný proud. Nevýhodou dynama je přítomnost komutátoru a závislost výstupního napětí na otáčkách rotoru. Dynamo bylo používáno například ve starých automobilech, protože při použití permanentních magnetů nepotřebuje buzení (a tedy ani přítomnost akumulátoru) – staré automobily neměly baterii a startovaly se klikou. 1908-laurin-a-klement-bsc-01 Dynamo Elektřina a magnetismus Transformátor Transformátor umožňuje přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do druhého pomocí elektromagnetické indukce. Používá se zejména pro transformaci nízkého střídavého napětí na vysoké (a zpět) nebo pro galvanické oddělení obvodů (ochrana před úrazem elektrickým proudem). Transformátor je základním prvkem pro zajištění přenosu elektrické energie od místa výroby ke spotřebiteli, protože při přenosu vysokého napětí jsou ztráty nepoměrně nižší. Elektrická přenosová soustava Elektrická přenosová soustava je systém zařízení, která zajišťují přenos elektrické energie od velkých zdrojů (elektráren) k velkým rozvodnám. Část od rozvoden k jednotlivým uživatelům, například domácnostem, se nazývá distribuční soustava. V české elektrické síti nízkého napětí je střídavé napětí o frekvenci 50 Hz a efektivní napětí 230 V. Maximální napětí (amplituda) během periody trvající 0,02 s je asi 325 V. Tato napětí jsou vztažena vůči zemi (pracovnímu vodiči). Udávané napětí třífázové soustavy je efektivní napětí mezi jejími každými dvěma fázemi, tzv. sdružené napětí. V evropské soustavě nízkého napětí je sdružené napětí definováno na 400 V. Každá fáze přitom má efektivní napětí vůči střednímu vodiči (tzv. fázové napětí) symetricky zhruba 231 V. Obvod střídavého proudu s odporem Obvodem prochází střídavý proud, jehož okamžitá hodnota i je dána vztahem : Im ... amplituda střídavého proudu Um ... amplituda střídavého napětí R ... rezistance (odpor) Odpor R rezistoru v obvodu střídavého proudu je stejný jako v obvodu stejnosměrného proudu a nazývá se rezistance. Pro okamžitou hodnotu napětí u platí : Rezistance střídavého obvodu nemá vliv na fázový rozdíl střídavého napětí a proudu. V jednoduchém obvodu s odporem mají obě veličiny stejnou fázi a jejich fázový rozdíl je nulový ( ϕ = 0 ) Obvod střídavého proudu s indukčností Střídavý proud procházející cívkou vytváří měnící se magnetické pole v cívce. V cívce se indukuje napětí, které podle Faraday - Lenzova zákona má opačnou polaritu než napětí zdroje. Pro okamžitou hodnotu střídavého proudu i platí : Pro okamžitou hodnotu napětí u platí: Cívka svou indukčností L vytváří v obvodu zdánlivý odpor, který způsobuje předbíhání napětí před proudem ( ϕ = + π/2 ). Tento odpor nazýváme induktance (XL , jednotka Ω (ohm)). L ... indukčnost cívky ω ... úhlová frekvence Obvod střídavého proudu s kapacitou Střídavý proud dielektrikem mezi deskami kondenzátoru neprochází. Kondenzátor se střídavě nabíjí a vybíjí, napětí se zpožďuje za proudem. Pro okamžitou hodnotu střídavého proudu i platí: Pro okamžitou hodnotu napětí u platí: Kondenzátor svou kapacitou C vytváří v obvodu zdánlivý odpor, který způsobuje zpožďování napětí za proudem (ϕ = - π/2). Tento odpor nazýváme kapacitance (XC, jednotka: Ω (ohm)) C ... kapacita kondenzátoru ω ... úhlová frekvence Složený obvod střídavého proudu - sériový obvod RLC Vlastnosti vyplývající ze způsobu zapojení: 1) všemi prvky prochází stejný proud 2) napětí na jednotlivých prvcích se liší svou velikostí i vzájemnou fází. Pro amplitudu výsledného napětí platí: Fázorový diagram UR, UL, UC ... amplitudy napětí na prvcích obvodu UR = ImR UL = ImωL UC = Im/ωC Um2 = UR2 + (UL - UC)2 Z ... impedance, parametr charakterizující sériový obvod RLC jako celek (vyjadřuje zdánlivý odpor celého obvodu), jednotka Ω (ohm) Fázový rozdíl napětí a proudu v obvodu viz fázorový diagram Reaktance (X) = veličina charakterizující vlastnost té části obvodu střídavého proudu, v níž se elektromagnetická energie nemění v teplo, ale jen v energii elektrického a magnetického pole. X = XL - XC Rezonance střídavého proudu = podmínka, za které proud v obvodu dosahuje největší hodnoty, t.j. pokud je Z nejmenší. To nastane právě tehdy, když XL - XC = 0 => XL = XC podmínka pro rezonanční frekvenci f0 Výkon střídavého proudu Kvůli neustále se měnící okamžité hodnotě střídavého proudu a napětí se mění také elektrický výkon. Průměrný elektrický výkon střídavého proudu (harmonický průběh) lze vypočítat: kde U a I jsou efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí, φ je fázový posuv mezi proudem a napětím, člen cos φ se nazývá účiník. Efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí jsou hodnoty takového stejnosměrného proudu a napětí, jehož výkon by byl stejný jako je výkon daného střídavého proudu a napětí. Velikost efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí s harmonickým průběhem je kde Im je amplituda střídavého proudu a Um je amplituda střídavého napětí. Vířivý (Foucaultův) proud Vířivý proud (též Foucaultův proud) vzniká v plošných a objemových vodičích, když se v jejich okolí mění magnetický indukční tok. Indukované proudy mají charakter proudových smyček. Indukovaný proud se snaží svým polem zabránit změně, která je vyvolala, tedy zeslabit budící magnetický tok. Největší zeslabení nastane uprostřed průřezu, protože ten obepínají všechny indukované proudy. The difference between inductive proximity, displacement, and eddy-current sensors – Passive Components Blog Skin efekt Skin efekt (povrchový jev) je fyzikální děj, při kterém dochází k vytlačování elektrického proudu k povrchu vodiče. Elektrický střídavý proud procházející vodičem uzavírá kolem sebe siločáry magnetického (indukčního) toku. Část tohoto toku prochází i tím samým vodičem a indukuje v něm uzavřené vířivé proudy. Tyto vířivé proudy mají blíže ke středu vodiče opačný směr než původní elektrický proud a odečítají se od něj, kdežto blíže k povrchu jsou směry souhlasné a proudy se sčítají. K povrchovému jevu nedochází při průchodu stejnosměrného proudu vodičem, při frekvenci 50 Hz používané v síťových rozvodech je obvykle zanedbatelný. See the source image See the source image See the source image Průchodem vířivých proudů vodičem vznikají tepelné ztráty, část energie, kterou dodáme na magnetování materiálu, se mění v energii tepelnou (Jouleovo teplo). Ztráty vzniklé vířivými proudy jsou značně závislé na frekvenci: Ztráty způsobené vířivými proudy se omezují například použitím navzájem izolovaných plechů (např. jádra cívek), použitím materiálu s velkým elektrickým odporem (přidáním malého množství křemíku do základního materiálu), nebo snížením indukovaného napětí. kde Ph jsou ztráty způsobené hysterezní křivkou a Pv jsou ztráty způsobené již zmíněnými vířivými proudy. Tohoto jevu se využívá například při stabilizaci ručiček tachometru, pro zastavení elektroměru po ukončení odběru, nebo v indukční brzdě. Tepelných účinků se využívá například v kuchyňských indukčních vařičích nebo metalurgii. laminating an iron core Celkové ztráty ve feromagnetických materiálech jsou vyjádřeny vztahem: Tepelné účinky vířivých proudů Indukční ohřev je ohřev vodivého materiálu (obvykle kovu) vířivými proudy, které se v něm indukují elektromagnetickým polem. Používá se na pájení, žíhání a tavení kovových materiálů, od malých laboratorních zařízení až po tavicí pece. Hlavní výhody jsou úspory energie, protože se materiál ohřívá přímo, možnost provádět ohřev v ochranné atmosféře nebo ve vakuu a čistý provoz. Indukční ohřev Ohřev se provádí cívkou s několika málo závity, do níž se umístí ohřívaný materiál buď přímo nebo v nevodivém kelímku. Cívka je napájena střídavým proudem buď o frekvenci sítě (50 Hz), častěji o vysoké frekvenci desítek až stovek kHz. Nižší frekvence se používají pro velké předměty, vyšší pro tenkostěnné a drobné předměty. Při vaření pomocí indukce se teplo vytváří přímo ve dnu varné nádoby. Sklokeramická deska slouží pouze jako plocha k postavení hrnce, nikoli k přenosu tepla. Generátor (měnič) převádí proud ze sítě o frekvenci 50 Hz na vysokofrekvenční proud o asi 25000 Hz. Vysokofrekvenční proud vytváří v měděné cívce, tak zvaném induktoru, střídavé magnetické pole. To ovlivňuje pohyb elektronů ve feromagnetickém dnu hrnce, které se tak zahřívá. Vaření pomocí indukce Elektrické křeslo sloužilo k popravám pomocí střídavého elektrického proudu. Tento způsob popravy je používán téměř výlučně jen v některých státech USA (Alabama, Arkansas, Florida, Kentucky, Mississippi, Oklahoma, South Carolina, Tennessee a Virginia). See the source image See related image detail Účinek elektrického proudu na lidský organismus ovlivňuje řada faktorů. Závisí na druhu proudu, jeho intenzitě, napětí i frekvenci, impedanci lidského těla, dráze proudu, době průchodu proudu a na fyziologickém a psychickém stavu organismu. Účinek elektrického proudu na lidský organismus Defibrilátor využívá elektrického proudu ke zvrácení fibrilace komor (zhoubné srdeční arytmie), jež by bez zásahu nevyhnutelně vedla ke smrti. Ta spočívá v chaotické činnosti jednotlivých svalových buněk myokardu, při níž nedochází k účinné kontrakci srdce vedoucí k vypuzení krve. Princip metody spočívá v průchodu elektrického výboje pacientovým srdečním svalem (myokardem), který způsobí depolarizaci všech jeho vláken (dojde k jejich synchronizaci), po níž by se měl obnovit normální rytmus. Elektrody musí mít při defibrilaci dokonalý vodivý kontakt s kůží, jinak dojde k jejímu popálení. Po zapnutí obvodu nastává výboj (vybití kondenzátoru), který trvá 8 až 12 ms. Monofazické přístroje používají unipolární proud ve tvaru tlumené sinusoidní vlny, která postupně klesá k nule (častější), nebo seřízlé exponenciální vlny, která je před dosažením nuly náhle ukončena. U bifazických přístrojů teče proud po stanovenou dobu jedním směrem, poté se obrací a po zbytek periody teče směrem opačným. Ve srovnání s monofazickým, dosáhne obdobné účinnosti při použití přibližně poloviční energie. Přenosný manuální externí defibrilátor.