Elektromagnetická indukce - Faraday, Lenz

4. ELEKTROMAGNETICKÁ INDUKCE

1. magnetický indukční tokNestacionární magnetické pole je příčinou vzniku indukovaného elektrického pole a tento jev nazýváme elektromagnetická indukce. Na koncích cívky vzniká indukované elektromotorické napětí Ui a uzavřeným obvodem prochází indukovaný proud Ii.– magnetický indukční tok: – skalární veličina; [Φ] = [B][S] = T.m2 = Wb (weber); je-li plocha kolmá na indukční čáry: – u rovinného závitu otáčejícího se v magnetickém poli se úhel mění s časem:

2. Faradayův zákon elektromagnetické indukceZmění-li se magnetický indukční tok za dobu Δt o ΔΦ, vzniká indukované elektromotorické napětí, jehož střední hodnota je

Lenzův zákon, konkrétní aplikace, vířivé proudyIndukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodě má takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně magnetického indukčního toku, která je jeho příčinou.– zahrnuto ve Faradayově zákoně elektromagnetické indukce pomocí znaménka (–) – jestliže se při EMI magnetický indukční tok zvětšuje, má indukované napětí takovou polaritu, že indukovaný proud vytváří magnetické pole s opačným směrem indukčních čar (a) – jestliže se magnetický indukční proud zmenšuje, je směr indukčních čar indukovaného magnetického pole souhlasný (b) – konkrétní aplikace: Tyčinka opatřená na konci feritovým magnetem tvoří kyvadlo, které kmitá s poměrně malým tlumením. Když na stůl pod kyvadlo položíme hliníkovou desku, kmitání velmi rychle zanikne. Energie kmitavého pohybu kyvadla se přeměnila v energii indukovaných proudů v hliníkové desce. Indukované proudy v plošných vodičích si můžeme představit v podobě miniaturních vírů, tyto proudy označujeme jako vířivé (Foucaultovy) proudy. Jejich účinků se využívá k tlumení pohybu – např. brždění pohybu hliníkového kotoučku v elektroměru. Kotouček zasahuje do úzké mezery permanentního magnetu a při přerušení odběru proudu se prakticky ihned zastaví.

1. vlastní indukce– proud procházející cívkou vytváří magnetické pole – po sepnutí obvodu se s rostoucím proudem postupně zvětšuje magnetická indukce vznikajícího pole magnetické pole je nestacionární a je příčinou vzniku indukovaného elektrického pole v cívce podle Lenzova zákona působí toto pole proti změně, která ho vyvolala: na koncích cívky vzniká napětí opačné polarity, než má připojený zdroj – proud nedosáhne okamžitě plné hodnoty, ale narůstá postupně až na hodnotu určenou odporem cívky a dále se již nemění nastává ustálený stav a indukované elektrické pole zanikáIndukované elektrické pole vzniká ve vodiči i při změnách magnetického pole, které vytváří proud procházející vlastním vodičem. Tento jev se nazývá vlastní indukce.

2. indukčnost cívky– indukčnost je vlastnost celého elektrického obvodu, ale např. u vodičů je velmi malá, projevuje se zejména u cívek L … indukčnost cívky [L] = [ΔΦ][ ΔI-1] = Wb.A-1 = H (henry) – u cívek se indukčnost projevuje zejména při přechodném ději, tj. při skokové změně napětí v obvodu z hodnoty U1 na hodnotu U2 – v případě obvodu s rezistorem R vzroste proud okamžitě z nulové hodnoty na ustálenou hodnotu – v případě obvodu s cívkou však vlivem indukčnosti cívky vzniká indukované napětí Ui a proud v obvodu je určen vztahem – v okamžiku zapojení zdroje je I = 0 a indukované napětí má stejnou hodnotu, ale opačnou polaritu než zdroj; protože však indukované napětí existuje jen při změnách proudu, začíná se proud zvětšovat; postupně se přírůstky proudu zmenšují, až nastane ustálený stav, kterému odpovídá proud I0– ke stejnému ději dochází také při přerušení obvodu; u obvodu s cívkou vzniká indukované napětí stejné polarity jako má zdroj napětí  proud v obvodu nezaniká okamžitě, ale postupně – při rozpojení obvodu se jeho odpor silně zvětší, rychle se mění i proud v obvodu velká hodnota indukovaného napětí, několikanásobně překračující hodnotu napětí zdroje

3. energie magnetického pole cívky– průběh přechodného děje vyplývá ze ZZE (vytvoření a zánik magnetického pole provázejí přeměny energie, které nejsou okamžité – dochází ke konání práce elektrických sil, což trvá určitou dobu) – čím větší je indukčnost cívky, tím delší dobu se bude magnetické pole vytvářet a proud narůstá pomaleji; indukčnost tedy představuje jistou „setrvačnost“ ve vztahu ke změnám proudu v obvodu (je veličinou analogickou k hmotnosti při přeměnách energie v mechanice) – stejně jako jiná silová pole má i magnetické pole energii; aby vznikl v cívce proud je třeba vykonat práci na překonání indukovaného elektromotorického napětí, současně vzniká magnetické pole cívky a vykonaná práce odpovídá energii vytvořeného magnetického pole