iSES - Internet School Experimental System

 

Home News Remote Laboratory System iSES Contacts

Elektromagnetická indukcia

Physical Background

Elektromagnetická indukcia je jav vzájomnej väzby magnetického a elektrického poľa, kedy vzniká elektrické pole vždy, ak je prítomné premenné magnetické pole a naopak V základnom kurze fyziky sa často ako príklad tohto javu uvádza generovanie elektrického poľa v prípade, ak pohybujeme tyčovým magnetom v jadre cievky, v závitoch ktorej preteká prúd, kedy sa generuje časovo závislé magnetické pole. Na pripojenom meracom zariadení môžeme pozorovať výchylku, ktorá je spôsobená časovo premenným elektrickým poľom v závite cievky. Elektromagnetická indukcia sa využíva napríklad v dynamách alebo alternátoroch - zariadeniach, ktoré transformujú mechanickú energiu na elektrickú.

Pre kvantitatívny popis experimentu je nevyhnutné zaviesť niektoré fyzikálne veličiny a ich symboly.

Magnetický tok cez plochu závitu slučky

Pre akýkoľvek bod roviny resp. element plochy dS, ohraničenej závitom slučky, určenej plochou S a indukciou magnetického poľa B, je magnetický tok Φ_mag plochou závitu kde dS je vektor, kolmý na plochu slučky s veľkosťou rovnou elementu plochy slučky dS.
Jednotkou magnetického toku je weber, [Φ_mag] = Wb, magnetickej indukcie tesla [B] = T.
V prípade konštantnej magnetickej indukcie B platí:

kde α je uhol medzi vektormi B a S, teda uhol medzi normálou na plochu závitu a vektorom magnetickej indukcie.

Elektromotorické napätie ε, [ε] = V (volt), indukované v jednom závite je určené Faradayovým zákonom elektromagnetickej indukcie:

Magnetické pole sa môže meniť v dôsledku:

• časovej zmeny veľkosti magnetickej indukcie B(t)
• meny veľkosti plochy S(t),
• zmeny vzájomnej orientácie vektorov B a dS, teda zmenou uhla α(t).

V našom experimente využijeme tretiu možnosť (cievku otáčajúcu sa v homogénnom magnetickom poli). V tomto špecifickom experimente použijeme usporiadanie podľa obr. 1, v ktorom rovinný závit plochy S rotuje okolo pevnej osi, ležiacej v rovine závitu, v homogénnom magnetickom poli s magnetickou indukciou B..
Elektromotorické napätie indukované v jednom závite, určené vzťahom (3), v prípade homogénneho konštantného poľa B(t) = konšt. a S(t) = konšt., prejde na tvar
Závit rotuje konštantnou uhlovou frekvenciouω = 2π/T, kde T je perióda pohybu, (pozri obr. 1) a opíše uhol α (resp. uhlovú dráhu α ) α = ωt, a tak indukované elektromotorické napätie v N závitoch je: Integrovaním rovnice (5) získame dôležitú podmienku, ktorá musí byť splnená, ak platí Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie:

---