20. Nestacionárne magnetické pole

20. Nestacionárne magnetické pole

• je magnetické pole, ktorého veľkosť sa časom mení
• vzniká v okolí pohybujúceho sa trvalého magnetu alebo elektromagnetu, v okolí pohybujúceho sa vodiča s konštantným prúdom a v okolí nepohybujúceho sa vodiča s premenlivým prúdom

• magnetický indukčný tok – skalárna fyzikálna veličina, ktorá kvantitatívne opisuje nestacionárne magnetické pole

ø = B . S . cos α [ø] = Wb => Weber

• B – magnetická indukcia homogénneho magnetického poľa
• S – plocha závitu, ktorú sme vložili do tohto poľa
• α – uhol, ktorý zviera normála plochy závitu s MIČ

• magnetický indukčný tok je maximálny, ak je plocha závitu kolmá na MIČ (α = 0°) a minimálny, ak je plocha závitu rovnobežná s MIČ (α = 90°)
• magnetický indukčný tok s N – závitmi je potom :

ø = N . B . S . cos α

• α – uhol, ktorý zviera os cievky s MIČ

• elektromagnetická indukcia – jav, pri ktorom vzniká indukovaný prúd a indukované napätie

- tento jav vzniká v cievke, ku ktorej približujeme alebo vzďaľujeme magnet, v cievke ku ktorej približujeme alebo vzďaľujeme druhú cievku s konštantným prúdom a v cievke v okolí, ktorej sa mení prúd v inej cievke => v cievke sa indukuje prúd a napätie vtedy ak sa mení aj magnetický indukčný tok plochou cievky

• indukovaný prúd a napätie sú tým väčšie, čím rýchlejšia je zmena magnetického indukčného toku
• ak by sme menili len vektor magnetickej indukcie nie magnetický indukčný tok, napätie ani prúd by sa neindukovali

• tento jav opisujú dva zákony :

• 1) Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie – indukované elektromotorické napätie sa rovná zápornej časovej zmene magnetického indukčného toku

U_i = - Δ ø / Δ t

• na indukciu prúdu a napätia je potrebná časová zmena magnetického indukčného toku

2) Lenzov zákon – indukovaný prúd má taký smer, aby svojim magnetickým polom bránil zmene, ktorá ho vyvolala (ak k závitu približujeme magnet, závit sa odpudzuje, ak vzďaľujeme magnet závit sa priťahuje) => ak magnetický indukčný tok narastá, indukuje sa záporné napätie, a ak klesá indukuje sa kladné napätie

Δ ø > 0 => U_i < 0

Δ ø < 0 => U_i > 0

• vlastná indukcia – je to jav, pri ktorom sa v cievke v dôsledku prechodu časovo premenného elektrického prúdu indukujú elektromagnetické napätie a prúd (ak zväčšíme prúd v obvode, cievka sa tejto zmene bráni tak, že si vytvorí vlastný prúd proti smeru, resp. v smere prúdu spôsobeného zdrojom)

• časová zmena magnetického indukčného toku je tu spôsobená zmenou prúdu v obvode

ø ~ B ˄ B ~ I => ø ~ I

ø = L . I

• L – vlastná indukčnosť – je to veličina charakterizujúca magnetické pole v danej cievke

[L] = H => Henry

U_i = - Δ ø / Δ t = - ( L . Δ I ) / Δ t

• čím rýchlejšie sa mení prúd v obvode, tým väčšie napätie a prúd sa indukujú na cievke

• energia magnetického pola cievky – zdroj napätia do obvodu a teda aj do cievky energiu

ΔE = U_e . Q = U_e . I _t

• časť tejto energie sa spotrebuje na zohriatie obvodu (na teplo) a zvyšok energie sa spotrebuje na vytvorenie magnetického pola v okolí cievky

• energia magnetického pola cievky zodpovedá obsahu plochy pod grafom závislosti ø od I

E_m = ½ L . I ²

• čím väčšíprúd prechádza cievkou, tým silnejšie magnetické pole sa vytvorí v jej okolí => tým väčšiu energiu má toto magnetické pole

• po vypnutí obvodu magnetické pole cievky postupne zaniká, pričom sa jeho energia premieňa na iné formy energie (tepelná energia obvodu,okolia)