MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

Transkrypt

1 MAGNETYZM 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego. Źródła pola magnetycznego: Ziemia, magnes stały (sztabkowy, podkowiasty), ruda magnetytu, przewodnik, w którym płynie prąd. Każdy magnes posiada dwa bieguny: północny (N) i południowy (S). Biegunów tych nie można od siebie oddzielić. Po podziale jednego magnesu na dwa, każda część ma nadal dwa bieguny. Bieguny jednoimienne magnesów odpychają się, a bieguny różnoimienne przyciągają się wzajemnie. Drobne przedmioty stalowe umieszczone w polu magnetycznym magnesują się (stają się magnesami). Własność przestrzeni polegającą na tym, że na umieszczoną w niej igiełkę magnetyczną działają siły, nazywamy polem magnetycznym. Pole magnetyczne przedstawiamy na rysunku w postaci tzw. linii pola magnetycznego. Przyjęto umowę, że zwrot tych linii wskazuje biegun północny igiełki magnetycznej umieszczonej w tym polu. Linie pola magnetycznego wokół magnesów stałych: Linie pola magnetycznego wokół Ziemi:

2 2. Pole magnetyczne przewodnika z prądem. Wokół przewodnika prostoliniowego z prądem występuje pole magnetyczne, co potwierdza ruch igły magnetycznej ustawionej w sąsiedztwie przewodnika. Oddziaływanie pola magnetycznego na igłę jest tym silniejsze, im większe jest natężenie prądu w przewodniku i mniejsza odległość igły od przewodnika. Linie pola magnetycznego występującego wokół przewodnika z prądem są zamknięte i mają kształt okręgów o wspólnym środku. Zwrot linii pola magnetycznego określa reguła prawej dłoni: Jeżeli prawa dłoń obejmuje przewodnik tak, że kciuk wskazuje kierunek prądu, to palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego. 3. Pole magnetyczne zwojnicy. Linie pola magnetycznego są zamknięte. Wewnątrz zwojnicy pole jest jednorodne, tzn. linie pola są równoległe. Do określania biegunów magnetycznych zwojnicy służy reguła prawej dłoni: Jeżeli prawą dłonią obejmiemy zwojnicę tak, aby palce wskazywały kierunek prądu w zwojnicy, to kciuk wskaże biegun północny. 4. Siła magnetyczna (elektrodynamiczna). Na umieszczony w polu magnetycznym przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, działa siła elektrodynamiczna. Siła ta ma największą wartość, gdy przewodnik umieszczony jest prostopadle do linii pola magnetycznego. Jeśli przewodnik ustawiony jest równolegle do linii pola magnetycznego, to siła elektrodynamiczna jest równa zeru. Kierunek siły elektrodynamicznej jest zawsze prostopadły do kierunku prądu w przewodniku i do kierunku linii pola magnetycznego.

3 Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej określa reguła lewej dłoni: Jeżeli lewą dłoń ustawimy tak, aby palce wskazywały kierunek prądu, a linie pola magnetycznego wbiegały do wewnętrznej części dłoni, to odchylony kciuk wskaże kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej. Działanie siły magnetycznej wykorzystujemy m. in. w silnikach elektrycznych. Silniki elektryczne działają dzięki wzajemnemu oddziaływaniu magnesów z elektromagnesami lub elektromagnesów z elektromagnesami, czyli dzięki wykorzystaniu siły magnetycznej. W silniku oddziałują na siebie wirnik i nieruchomy stojan. Najprostszy silnik zbudowany jest z obracającej się cewki, nieruchomych magnesów, komutatora oraz szczotek. 5*. Indukcja elektromagnetyczna. Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko wzbudzania prądu elektrycznego w obwodzie znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym. Prąd elektryczny powstający w zamkniętym obwodzie nazywa się prądem indukcyjnym. Kierunek prądu indukcyjnego określa reguła Lenza: Prąd indukcyjny w obwodzie ma zawsze taki kierunek, że jego własne pole magnetyczne przeciwdziała przyczynie, dzięki której powstał. Jednym ze sposobów wzbudzania prądu indukcyjnego jest wsuwanie magnesu do zwojnicy

4 lub wysuwanie magnesu ze zwojnicy. 6*. Praktyczne zastosowanie indukcji elektromagnetycznej. a) Prądnica prądu przemiennego urządzenie zamieniające energię mechaniczną w energię elektryczną. Najprostszy model prądnicy składa się z dwóch magnesów stałych (o biegunach N i S) i ramki aluminiowej obracanej w tym polu magnetycznym. Końce ramki wyprowadzone są na dwa metalowe pierścienie, umieszczone na osi obrotu ramki, po tych pierścieniach ślizgają się dwie szczotki, które odprowadzają prąd do odbiornika. b) transformator urządzenie stosowane do podwyższania lub obniżania napięcia prądu przemiennego. Transformator składa się z rdzenia z e stali miękkiej i osadzonych na nim dwóch uzwojeń (pierwotnym i wtórnym) najczęściej o różnej liczbie zwojów. Uzwojenie pierwotne jest to uzwojenie podłączone do źródła prądu przemiennego, wytwarzające wokół siebie zmienne pole magnetyczne. Uzwojenie wtórne jest to uzwojenie, w którym w wyniku indukcji elektromagnetycznej powstaje prąd indukcyjny. U 1 - napięcie w uzwojeniu pierwotnym U 2 - napięcie w uzwojeniu wtórnym

5 I 1 - natężenie prądu w uzwojeniu pierwotnym I 2 - natężenie prądu w uzwojeniu wtórnym n 1 - liczba zwojów w uzwojeniu pierwotnym n 2 - liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym Przyjmując, że moc prądu w uzwojeniu wtórnym jest równa mocy prądu w uzwojeniu pierwotnym P 1 = P 2 otrzymujemy: Wykazano doświadczalnie, że wyższe napięcie panuje miedzy zaciskami tego uzwojenia, które ma większą liczbę zwojów. lub