Wykład Pole magnetyczne, indukcja elektromagnetyczna

Podobne dokumenty
Indukcja elektromagnetyczna

Podstawy elektrotechniki

Rozdział 4. Pole magnetyczne przewodników z prądem

Pole elektromagnetyczne

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Indukcja magnetyczna pola wokół przewodnika z prądem. dr inż. Romuald Kędzierski

Pole magnetyczne Ziemi. Pole magnetyczne przewodnika z prądem

Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika

elektryczna. Elektryczność

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

Wymiana ciepła. Ładunek jest skwantowany. q=n. e gdzie n = ±1, ±2, ±3 [1C = 6, e] e=1, C

Pole magnetyczne. Magnes wytwarza wektorowe pole magnetyczne we wszystkich punktach otaczającego go przestrzeni.

POLE MAGNETYCZNE Magnetyzm. Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Siła Lorentza. Prawo Biota-Savarta. Prawo Ampère a. Prawo Gaussa dla pola

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO. Wykład 9 lato 2016/17 1

Stany nieustalone w SEE wykład III

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Pole elektryczne. Zjawiska elektryczne często opisujemy za pomocą pojęcia pola elektrycznego wytwarzanego przez ładunek w otaczającej go przestrzeni.

Wykład 15: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Wykład FIZYKA II. 4. Indukcja elektromagnetyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Wykład FIZYKA II. 3. Magnetostatyka. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład 14: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Zwój nad przewodzącą płytą METODA ROZDZIELENIA ZMIENNYCH

Zadanie 1. Rozwiązanie. opracował: Jacek Izdebski.

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Zakres pól magnetycznych: Źródło pola B B maks. [ T ] Pracujący mózg Ziemia Elektromagnes 2 Cewka nadprzewodząca. Cewka impulsowa 70

Indukcja elektromagnetyczna Faradaya

Prawo Biota-Savarta. Autorzy: Zbigniew Kąkol Piotr Morawski

Indukcja elektromagnetyczna. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Elektrodynamika. Część 2. Specjalne metody elektrostatyki. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Geometria płaska - matura Przyprostokątne trójkąta prostokątnego mają długości 3 7cm poprowadzona z wierzchołka kąta prostego ma długość: 12

Podstawy fizyki sezon 2 6. Indukcja magnetyczna

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

Metoda obrazów wielki skrypt przed poświąteczny, CZĘŚĆ POTRZEBNA DO OFa

Wyprowadzenie prawa Gaussa z prawa Coulomba

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

Rozdział 5. Twierdzenia całkowe. 5.1 Twierdzenie o potencjale. Będziemy rozpatrywać całki krzywoliniowe liczone wzdłuż krzywej C w przestrzeni

POLE MAGNETYCZNE. Magnetyczna siła Lorentza Prawo Ampere a

Magnetyzm cz.ii. Indukcja elektromagnetyczna Równania Maxwella Obwody RL,RC

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

Strumień Prawo Gaussa Rozkład ładunku Płaszczyzna Płaszczyzny Prawo Gaussa i jego zastosowanie

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 26 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 1

Prawa Maxwella. C o p y rig h t b y p lec iu g 2.p l

Ferromagnetyki, paramagnetyki, diamagnetyki.

Zwój nad przewodzącą płytą

Wykład 14: Indukcja cz.2.

KO OF Szczecin:

Pole magnetyczne. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Podstawy fizyki sezon 2 5. Indukcja Faradaya

Relacje Kramersa Kroniga

Wielomiany Hermite a i ich własności

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Podstawy fizyki wykład 8

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 5

WYKŁAD V. Elektrostatyka

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

BADANIE AMPEROMIERZA

Pojęcie ładunku elektrycznego

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

Analiza wektorowa. Teoria pola.

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Indukcja elektromagnetyczna

30P4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM PODSTAWOWY

Przekształcenie całkowe Fouriera

Równania dla potencjałów zależnych od czasu

1. Podstawowe pojęcia w wymianie ciepła

26 MAGNETYZM. Włodzimierz Wolczyński. Indukcja magnetyczna a natężenie pola magnetycznego. Wirowe pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego

Wykłady z Hydrauliki- dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD 3

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

dr inż. Zbigniew Szklarski

Wyznaczenie składowej poziomej indukcji ziemskiego pola magnetycznego

Indukcja elektromagnetyczna

Ładunek elektryczny. Zastosowanie równania Laplace a w elektro- i magnetostatyce. Joanna Wojtal. Wprowadzenie. Podstawowe cechy pól siłowych

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Rozdział 6. Równania Maxwella. 6.1 Pierwsza para

Obliczanie indukcyjności cewek

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Podstawy elektromagnetyzmu. Wykład 2. Równania Maxwella

3b. ELEKTROSTATYKA. r r. 4πε. 3.4 Podstawowe pojęcia. kqq0 E =

Magnetostatyka. Bieguny magnetyczne zawsze występują razem. Nie istnieje monopol magnetyczny - samodzielny biegun północny lub południowy.

Temat XXIV. Prawo Faradaya

Elektromagnetyzm. pole magnetyczne prądu elektrycznego

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 27 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 2

Transkrypt:

Wykła 5 5. Pole magnetyczne, inukcja elektromagnetyczna Prawo Ampera Chcemy teraz znaleźć pole magnetyczne wytwarzane przez powszechnie występujące rozkłay prąów, takich jak przewoniki prostoliniowe, cewki it. Pole magnetyczne prezentujemy graficznie rysując tzw. linie pola magnetycznego czyli linie wektora inukcji magnetycznej. Na rysunku pokazane są linie pola magnetycznego wokół prostoliniowego przewonika z prąem. Wektor jest styczny o tych linii pola w każym punkcie. Linie pola wytwarzanego przez przewonik są zamkniętymi współśrokowymi okręgami w płaszczyźnie prostopałej o przewonika. To, że linie pola są zamknięte stanowi funamentalną różnicę mięzy polem magnetycz- 1

nym i elektrycznym, którego linie zaczynają się i kończą na łaunkach. Zwrot wektora inukcji wokół przewonika wyznaczamy stosując następującą zasaę: Jeśli kciuk prawej ręki wskazuje kierunek prąu, to zgięte palce wskazują kierunek (linie pola krążą wokół prąu). Żeby obliczyć pole potrzeba nam "magnetycznego" opowienika prawa Gaussa. Związek mięzy prąem i polem jest wyrażony poprzez prawo Ampera. Zamiast sumowania (całki) E po zamkniętej powierzchni, w prawie Ampera sumujemy (całkujemy) po zamkniętym konturze (całkę krzywoliniową). Taka całka la pola E równała się wypakowemu łaunkowi wewnątrz powierzchni, a w przypaku pola jest równa całkowitemu prąowi otoczonemu przez kontur, co zapisujemy l (5.1) gzie = 4 1-7 Tm/A, jest przenikalnością magnetyczną próżni. Tak jak w przypaku prawa Gaussa wynik był prawziwy la owolnej powierzchni zamkniętej tak la prawa Ampera

wynik nie zależy o kształtu konturu zamkniętego Przykła 1 Obliczmy pole wokół nieskończenie ługiego prostoliniowego przewonika w oległości r o niego. Z prawa Ampera wynika, że la konturu kołowego (rysunek obok) r = Stą (5.) r Strumień magnetyczny Tak jak liczyliśmy strumień la pola E (liczbę linii przechozących przez powierzchnię S) tak też obliczamy strumień pola s (5.3) S Ponieważ linie pola są zamknięte więc strumień przez zamkniętą powierzchnię musi r 3

być równy zeru (tyle samo linii wchozi co wychozi). s S Przykłaowe rozkłay prąów Pręt (przewonik) Na zewnątrz pręta (r > ) znamy już pole. r Pole to jest takie jakby cały prą płynął przez śroek pręta (analogie o rozkłau łaunków). Jeżeli chcemy obliczyć r pole wewnątrz pręta to wybieramy kontur kołowy o r <. Wewnątrz konturu przepływa prą i bęący tylko częścią całkowitego prąu 4

Stą i r r = i Czyli c r r r a b Cewka (solenoi) Solenoiem nazywamy cewkę skłaającą się z użej liczby zwojów. Linie pola magnetycznego solenoiu są pokazane schematycznie na rysunku poniżej. 5

Jak wiać pole wewnątrz solenoiu jest jenorone, a na zewnątrz praktycznie równe zeru. Jeżeli zwoje solenoiu stykają się ze sobą wówczas możemy rozpatrywać solenoi jako ukła połączonych szeregowo prąów kołowych (rysunek). Do obliczenia pola wytwarzanego przez solenoi zastosujemy prawo Ampera, la konturu pokazanego na rysunku obok. Całkę l przestawimy jako sumę czterech całek l b l a c l b l c a l Druga i czwarta całka są równe zeru bo l. Trzecia całka jest też równa zero ale to latego, że = na zewnątrz solenoiu. Tak więc niezerowa jest tylko całka pierwsza i równa b l h a gzie h jest ługością ocinka ab. Teraz obliczmy prą obejmowany przez kontur. 6

Jeżeli cewka ma n zwojów na jenostkę ługości to wewnątrz konturu jest nh zwojów czyli całkowity prą przez kontur wynosi: = nh gzie jest prąem przepływającym przez cewkę (przez pojeynczy zwój). Z prawa Ampera otrzymujemy więc: czyli h = nh = n (5.4) Dwa przewoniki równoległe Dwa przewoniki równoległe umieszczone w oległości. Płyną w nich prąy a i b opowienio. Przewonik a wytwarza w a b swoim otoczeniu pole F a l a a i a i b 7

W tym polu znajuje się przewonik b, w którym przepływa prą b. Na ocinek l tego przewonika ziała siła F b l a b bla (5.5) Zwrot siły wiać na rysunku. To rozumowanie można "owrócić" zaczynając o przewonika b. Wynik jest ten sam. Fakt oziaływania przewoników równoległych wykorzystano przy efinicji ampera. Załóżmy, że = 1m oraz, że a = b =. Jeżeli obierzemy tak prą aby siła przyciągania przewoników, na 1 m ich ługości, wynosiła 1-7 N to mówimy, że natężenie prąu jest równe 1 amperowi. Prawo iota-savarta l stnieje inne równanie, zwane prawem iota- Savarta, które pozwala obliczyć z rozkłau prąu. Oczywiście to prar 8

wo i prawo Ampera muszą być matematycznie równoważne. Prawo Ampera jest jenak "łatwe" w stosowaniu tylko gy rozkłay prąów są na tyle symetryczne, że obliczenie opowieniej całki nie jest trune. Gy rozkła prąów jest skomplikowany (nie znamy jego symetrii) to zielimy prąy na nieskończenie małe elementy (rysunek) i stosując prawo iota- Savarta obliczamy pole o takich elementów, a następnie sumujemy je (całkujemy) żeby uzyskać wypakowy wektor. Wartość liczbowa zgonie z prawem iota- Savarta wynosi lsin 4 r a zapisane w postaci wektorowej 4 l r r 3 (5.6) 9

Przykła Obliczmy pole na osi kołowego przewonika z prąem. r x Z prawa -S otrzymujemy oraz lsin 9 4 r cos o Z tych równań otrzymujemy Ponato oraz r cosl 4r x 1

11 cos x r Postawiając otrzymujemy l x ) ( 4 3 Zauważmy, że wielkości,, x są takie same la wszystkich elementów prąu. Całkujemy, żeby obliczyć (wyłączając stałe czynniki prze znak całki) 3 3 3 ) ( ) ( ) ( 4 ) ( 4 x x l x Dla x >> ostajemy 3 x

nukcja elektromagnetyczna Prawo Faraaya Zjawisko inukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu prąów elektrycznych w zamkniętym obwozie poczas przemieszczania się wzglęem siebie źróła pola magnetycznego i tego zamkniętego obwou. Mówimy, że w obwozie jest inukowana siła elektromotoryczna (SEM inukcji), która wywołuje przepływ prąu inukcyjnego. Prawo inukcji Faraaya stosuje się o trzech różnych sytuacji fizycznych: Nieruchoma pętla, wzglęem której porusza się źróło pola magnetycznego (mamy tzw. elektryczną SEM). Przewó w kształcie pętli porusza się w obszarze pola magnetycznego (magnetyczna SEM). Nieruchoma pętla i nieruchome źróło pola magnetycznego lecz zmienia się prą, który jest źrółem pola magnetycznego (także elektryczna SEM). Na postawie obserwacji Faraay oszeł o wniosku, że czynnikiem ecyującym jest 1

szybkość zmian strumienia magnetycznego. lościowy związek przestawia prawo Faraaya (5.7) t Jeżeli mamy obwó złożony z N zwojów to N t v eguła Lenza S N Prą inukowany v ma taki kierunek, że przeciwstawia się zmianie, która S N go wywołała. Kierunek prąu inu- kowanego w pętli (rysunek obok) zależy o tego czy strumień rośnie czy maleje 13

(zbliżamy czy oalamy magnes). Ta reguła otyczy prąów inukowanych. 14