Hlavní obsah
Kurz: AP®︎ Fyzika 2 > Kapitola 4
Lekce 4: Magnetický indukční tok a Faradayův zákonElektromagnetické pole indukované vodičem pohybujícím se v magnetickém poli
Elektromagnetické pole indukované vodičem pohybujícím se v magnetickém poli
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
Mám tu připravený zajímavý pokus. Mám konstantní magnetické pole
vystupující kolmo z povrchu této smyčky. Velikost magnetického pole
v každém bodě povrchu bude B. Nejzajímavější je ale to,
že pravá část smyčky je pohyblivá. Můžeme si jí představit jako váleček, kterým můžeme pohybovat doprava
velikostí rychlosti malé v. Délka válečku je L. Už vidíte, že se nám
bude měnit magnetický tok. Jak ke změně magnetického
toku touto plochou dojde? Tohle se pohybuje doprava rychlostí v,
může mít libovolné jednotky, třeba metry za sekundu. Přestože je magnetické pole konstantní, měníme rovnoměrně obsah
plochy ohraničené touto smyčkou, což způsobí změnu toku. Kde je změna toku, tam se bude
indukovat elektromotorické napětí, a to napětí způsobí,
že tudy poteče proud. Zamysleme se nad tím,
jaké to elektromotorické napětí bude. Napíšu sem Faradayův zákon. minus N krát změna toku
lomeno změna času. N je počet smyček, kterými pole prochází. V našem případě N bude rovno 1
a na ten minus jsem si stěžoval už dříve. Jenom nás upomíná, že když nepoužíváme
pořádnou vektorovou matematiku, tohle elektromotorické napětí
vyvolá ve smyčce proud, jehož indukované magnetické pole
bude směřovat proti změně toku. Tohle je jenom upomínka. Nás vlastně zajímá jen změna toku v čase. Kolik to bude? Napíšu to sem, změna
toku lomeno změna času. V našem případě bude změna toku rovna
změně velikosti magnetického pole, tedy jeho složky
kolmé k povrchu smyčky, násobená obsahem povrchu
smyčky děleno časem. Čemu to bude rovno? B je konstantní, v čase,
o který nám jde, se nebude měnit. Změna B krát A znamená
B krát změna plochy. B krát změna plochy děleno
časem, který uběhnul. Jaká bude naše změna plochy? Když uběhne čas delta t,
jak se změní naše plocha? Nechme běžet čas delta t. Během delta t se tento válec… Nebo řekněme, že po uplynutí
t jednotek času… Udělám to jinou barvou… Jak daleko se dostaneme za delta t? Známe velikost rychlosti, a když vynásobíme velikost rychlosti
změnou času, dostaneme vzdálenost. Změna plochy bude rovna vzdálenosti,
kterou váleček urazil, krát jeho délka L. Naše změna plochy v čase, tedy tahle část,
bude úměrná vzdálenosti, kterou tyč urazí. Všimněte si, že se tyč pohybuje směrem
kolmým ke směru magnetického pole. To je důležité. Změna plochy bude vzdálenost,
kterou tyč urazí, krát délka tyče. Tolik plochy nám přibyde.
To je změna plochy. Můžeme to dosadit sem. To se bude rovnat… Budeme tu mít B,
změnu času a změnu plochy… Délka tyče krát velikost
rychlosti krát změna času. Změna času dělená změnou času se vyruší. Průměrná změna toku se zjednoduší na: součin délky tyče, její rychlosti
a velikosti kolmé složky magnetického pole. Tohle ve fyzice potkáte často, že tyč pohybující se
kolmo k magnetickému poli indukuje elektromotorické
napětí velikosti L v B. Vychází to odtud,
z Faradayova zákona. Dobrá, ale jakým směrem
vlastně ten proud teče? Magnetické pole se nezvětšuje, ale protože se zvětšuje plocha,
tok se zvětšuje směrem vzhůru. Tok se zvětšuje tímto směrem. Indukuje se proud, jehož
velikost závisí na odporu, a který indukuje magnetické
pole potlačující změnu toku. Zkusme, co by se stalo,
kdyby proud tekl tímto směrem? Vezmu svoji pravou ruku,
ukážu palcem tudy, a když dám prsty takhle kolem, vidím, že tento proud by indukoval
magnetické pole tímto směrem. To by magnetický tok ještě zesílilo,
protože to míří stejným směrem. O tom jsme už mluvili,
to jde proti zákonu zachování energie. Proud poteče opačným směrem. V tomto případě půjde
po směru hodinových ručiček, protože proud bude
indukovat magnetické pole. Zase můžu nakreslit svojí pravou ruku,
a tentokrát moje prsty míří takto. Všimněte si, že se díváme
na vnitřek té plochy. Změna plochy zvyšuje tok směrem vzhůru, protože tím směrem jde víc magnetických
siločar ohraničených smyčkou. Magnetické pole indukované proudem
indukovaným elektromotorickým napětím, bude záviset na odporu a bude
mířit opačným směrem, tedy dolů. Proud tedy musí téct
po směru hodinových ručiček.