Powtórzenie wiadomości z klasy II. Elektromagnetyzm pole magnetyczne prądu elektrycznego

Transkrypt

1 Powtórzenie wiadomości z klasy II Elektromagnetyzm pole magnetyczne prądu elektrycznego

2 Doświadczenie Oersteda (1820) 1.Jeśli przez przewodnik płynie prąd, to wokół tego przewodnika powstaje pole magnetyczne. 2.Obecność oraz kierunek linii tego pola można wykryć za pocą igły magnetycznej. 3.Zmiana kierunku przepływu prądu w przewodniku wywołuje zmianę kierunku pola magnetycznego wokół niego. 4.Układ linii pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem zależy od kształtu przewodnika. 5.Powstające wokół prostoliniowego przewodnika z prądem pole magnetyczne ma kształt współśrodkowych okręgów.

3 Linie pola magnetycznego wokół liniowego przewodnika z prądem

4 Linie pola magnetycznego zwojnicy Pole magnetyczne wokół zwojnicy przypomina kształtem pole wokół magnesu sztabkowego.

5 Elektromagnesy 1.Elektromagnes to magnes powstający w wyniku przepływu prądu elektrycznego. 2.Elektromagnes najczęściej zbudowany jest ze zwojnicy, w której płynie prąd, i ferromagnetycznego rdzenia (żelazo, kobalt, nikiel), wzmacniającego pole magnetyczne. 3.Elektromagnesy oddziałują na siebie wzajemnie i z magnesami: przyciągają się biegunami różnoimiennymi, a odpychają jednoimiennymi. 4.Przykładowe zastosowania elektromagnesów: dźwigi elektromagnetyczne na złomowiskach; zamki i zawory elektromagnetyczne; włączniki i styczniki elektromagnetyczne; akceleratory; urządzenia do magnetycznego rezonansu jądrowego.

6 Silnik elektryczny 1.Na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła zwana siłą elektrodynamiczną. 2.Siła ta działa prostopadle do przewodnika oraz prostopadle do linii pola magnetycznego. Zależy od kierunku i natężenia prądu oraz od ustawienia przewodnika względem linii pola. 3.Oddziaływanie to można wyjaśnić na podstawie oddziaływania magnesu z polem magnetycznym wytworzonym przez prąd płynący w przewodniku. 4.Oddziaływanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem znalazło zastosowanie w silnikach elektrycznych. 5.W silniku elektrycznym energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną. 6.Silnik na prąd stały zbudowany jest z: stojana tworzą go magnesy trwałe lub elektromagnesy; wirnika ułożyskowanej zwojnicy, umieszczonej między magnesami, czyli wewnątrz stojana. 7.Wirnik, w którym płynie prąd, staje się elektromagnesem, który oddziałuje na magnesy. Dzięki temu wirnik się obraca.

7 Siła elektrodynamiczna Prąd elektryczny to poruszające się ładunki. Na ładunki przepływające w przewodniku umieszczonym w polu magnetycznym działa siła elektrodynamiczna F. Gdy prostoliniowy przewodnik jest prostopadły do linii pola magnetycznego o indukcji B, to: F = B * I * l B indukcja magnetyczna, I natężenie prądu, l długość przewodnika Zwrot siły określa reguła lewej dłoni.

8 Zjawisko indukcji elektromagnetycznej 1.Względny ruch magnesu i przewodnika sprawia, że zaczyna płynąć prąd. Nazywamy go prądem indukcyjnym. 2.W przewodniku umieszczonym w zmiennym polu magnetycznym powstaje napięcie elektryczne zjawisko to nazywamy indukcją elektromagnetyczną. 3.Zjawisko indukcji elektromagnetycznej zostało odkryte niezależnie przez dwóch naukowców - Michaela Faraday'a i Josepha Henry'ego.

9 Prądnica Zjawisko indukcji elektromagnetycznej znalazło zastosowanie w prądnicach i transformatorach prądu zmiennego. W prądnicy energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną. Prądnica (generator prądu) to zwojnica obracająca się w polu magnetycznym. Przykładem prądnicy jest prądnica rowerowa (tzw. dynamo).

10 Transformator Transformator to urządzenie służące do obniżania lub podwyższania napięcia elektrycznego. Transformator zbudowany jest z uzwojenia pierwotnego i wtórnego, które są umieszczone na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym. Przepływ prądu zmiennego w uzwojeniu pierwotnym wzbudza przepływ prądu w uzwojeniu wtórnym. Jest to możliwe dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Za pomocą liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym możemy regulować napięcie powstające na uzwojeniu wtórnym. Przedstawia to proporcja:

11 Fale elektromagnetyczne

12 Długość i częstotliwość fali 1.Fale elektromagnetyczne powstają w wyniku zaburzenia pola magnetycznego lub elektrycznego. Dzieje się tak, ponieważ prąd elektryczny jest źródłem pola magnetycznego, a źródłem prądu jest zmienne pole magnetyczne. W efekcie wzajemnej zależności elektryczności i magnetyzmu w przestrzeni rozchodzi się zaburzenie nazywane falą elektromagnetyczną. 2.Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w próżni z prędkością km/s. 3.Długość fali λ (lambda) oblicza się ze wzoru: lub w próżni: gdzie v - prędkość rozchodzenia się fali, f - częstotliwość. λ = v / f λ = c / f 4.Im większa jest długość fali, tym mniejsza jest jej częstotliwość. Mówimy, że długość i częstotliwość fali są do siebie odwrotnie proporcjonalne.

13 Do fal elektromagnetycznych zaliczamy: fale radiowe mają największą długość fali i najmniejszą częstotliwość. Znalazły zastosowanie w radiofonii i telewizji oraz telekomunikacji; mikrofale mają mniejszą długość niż fale radiowe, stosowane są m.in. w radarach, łączności satelitarnej, kuchenkach mikrofalowych, telefonii komórkowej; podczerwień ma długość fali mniejszą od mikrofal, ale większą od światła widzialnego, emitowana jest przez wszystkie ciała o temperaturze większej od zera bezwzględnego, także przez ciało człowieka; podczerwień jest stosowana m.in. w noktowizorach, termowizji oraz komunikacji typu IRDA; światło widzialne światło rejestrowane przez wzrok człowieka; różnym długościom fali odpowiada różna barwa światła: najkrótsze są fale światła fioletowego, a najdłuższe czerwonego; ultrafiolet ma większą częstotliwość niż światło widzialne; jego źródłem są lampy kwarcowe i Słońce; w dużych dawkach jest szkodliwy dla skóry, w małych dawkach stosuje się go w terapii schorzeń dermatologicznych; ponadto wykorzystywany jest on do sterylizacji sprzętu medycznego i pomieszczeń, przyspieszania reakcji chemicznych w przemyśle chemicznym, identyfikacji minerałów (spektroskopia UV); promieniowanie rentgenowskie (promienie X) wytwarzane przez aparaty rentgenowskie, Słońce i inne obiekty astronomiczne; jest przenikliwe (ale zatrzymuje je warstwa ołowiu); promienie X stosowane są w diagnostyce i terapii medycznej oraz do badania struktury wewnętrznej materiałów i konstrukcji, np. elementów silników samolotowych, prześwietlania bagażu na lotniskach; promieniowanie gamma promieniowanie o najmniejszej długości i największej częstotliwości; emitowane jest przez pierwiastki promieniotwórcze oraz podczas reakcji jądrowych; jest bardzo przenikliwe, silnie jonizujące i zabójcze dla organizmów żywych; stosuje się je w radioterapii nowotworów, w diagnostyce medycznej, do sterylizacji żywności i sprzętu medycznego.

14 Zadanie Chcesz zbudować własny elektromagnes. Sporządź listę przedmiotów, które będą potrzebne do wykonania tego zdania. Wykonaj rysunek elektromagnesu, którego budowę planujesz.

15 Zadanie Oblicz długość fali stosowanej w telefonii komórkowej, która pracuje na częstotliwości 1800 MHz. Prędkość fal elektromagnetycznych ma wartość v = km/s.

16 Zadanie Narysuj kształt linii pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd płynący w zwojnicy.

17 Zadanie Na rysunku poniżej przedstawiono dwie sytuacje, w których przewodnik umieszczono pomiędzy biegunami magnesu. Narysuj wektory siły elektrodynamicznej działającej na przewodniki. Uwaga: na lewym rysunku przewodnik jest umieszczony prostopadle do płaszczyzny kartki i prąd w nim płynie do czytelnika, a na prawym rysunku prąd płynie w głąb kartki.

18 Zadanie W jaki sposób możemy zmieniać kierunek obrotów wirnika w silniku elektrycznym na prąd stały?

19 Zadanie Prędkość fal elektromagnetycznych wynosi v = m/s Oblicz długość fali λ [m] emitowanej przez stację radiową pracującą na częstotliwości 100 MHz. Herc (Hz) jednostka częstotliwości w układzie SI