Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Indukční proud je proud způsobený fenoménem elektromagnetické indukce.
Faraday provedl mnoho experimentů studujících tento jev a zjistil, že aby indukční proud procházel (uzavřeným!) obvodem, musí být splněna následující podmínka:
Tok magnetického pole povrchem pokrytým tímto obrysem se musí změnit.
Tato podmínka musí být splněna bez ohledu na základní příčinu toku elektrického proudu (magnetická nebo elektrická síla působící na elektrony).
Jak ale změnit tok magnetické indukce? Jak získat indukční proud? Tento článek vám o tom poví.
Teorie
Tok magnetické indukce B povrchem S se nazývá skalární součin vektorů B a S. Podle definice | S | se shoduje s oblastí S a směr S je kolmý (normální) k této oblasti.
ФB=BS=BScos α
Kde α je úhel mezi B a S.
Tok se změní, pokud se změní některá z veličin ve výše uvedeném produktu: plocha povrchu, hodnota magnetické indukce, úhel mezi plochou povrchu a vektorem indukce – za předpokladu, že produkt, který určuje ФBnezůstává konstantní.
Magnetické siločáry versus magnetický tok skrz povrch
Když znázorňujeme magnetické pole siločárami, interpretujeme hustotu těchto čar jako míru velikosti indukce B tohoto pole.Podobně interpretujeme tok magnetického pole plochou S. Čím více siločar touto plochou prochází, tím větší je hodnota toku ФB
Obrazně řečeno tedy změna toku bude vždy spojena se změnou počtu magnetických siločar procházejících povrchem obrysu.
Relativní pohyb magnetu a elektrického obvodu
Tok magnetické indukce povrchem obvodu, ve kterém indukujeme elektrický proud, se bude měnit při změně vzdálenosti mezi obvodem a tyčovým magnetem (obr. 1.). Potom se změní hodnota indukce B ve vzorci (1).
Tyčový magnet: Magnet ve tvaru krychle s jednou stranou výrazně delší než zbývající dvě, které jsou si blízké velikosti. Takový magnet je zmagnetizován tak, že siločáry v jeho nitru jsou rovnoběžné (přibližně) s jeho dlouhým okrajem.
Rýže. 1. Prstencový obvod umístěný v různých vzdálenostech od pólu tyčového magnetu. Čím blíže umístíme obvod k pólu, tím větší je magnetický tok jeho povrchem.
Změna toku nastane bez ohledu na to, jaký předmět - magnet nebo řetěz - se pohybuje. Pokud bychom magnet nahradili elektromagnetem, pak by potřeba pohybu úplně zmizela. Stačí upravit elektrický proud tekoucí v elektromagnetu. V obou případech se počet siločar procházejících povrchem změní.
Otáčení obrysu
Magnetický tok lze také změnit změnou orientace povrchu S vzhledem k magnetu. To vede podle rovnice (1) ke změně úhlu α mezi vektory B a S.
Stačí např. otočit obrys (viz obrázek 2).
Rýže. 2. Obrys prstence může být vyrovnán v rovině kolmé k ose symetrie magnetu nebo v rovině obsahující tuto osu. V každém z těchto případů, stejně jako v mezipolohách, je tok magnetického pole povrchem jiný.
Magnetem můžete také otáčet. Ale to musí být provedeno takovým způsobem, aby se změnil počet magnetických siločar procházejících povrchem ohraničeným kruhem. Pokud totiž otočíte kruhový obvod kolem osy symetrie magnetu, pak se počet siločar protínajících povrch nezmění - magnetický tok bude konstantní.
Pokusy se vznikem indukčního proudu
Pokud bychom chtěli provést experimenty zkoumající fenomén elektromagnetické indukce, museli bychom zajistit, aby byly splněny následující podmínky:
- Nejprve musíme mít citlivý ampérmetr (galvanometr) s nulou uprostřed stupnice jako indikátor indukčního proudu.
- Za druhé: aby byl indukční proud měřitelný, tzn. aby byl proud dostatečně velký, musí být velký magnetický tok. V praxi je to realizováno pomocí cívky. Cílem je zvýšit hodnotu plochy pokryté obrysem.Pro jednu smyčku, kterou bude magnetické pole procházet, se hodnota plochy bude rovnat ploše průřezu smyčky. U spirály se závity bude mnohonásobně větší a o tolik větší průtok bude ve srovnání s průtokem jedinou spirálou.
- Zatřetí musíme mít zdroj dostatečně silného magnetického pole. Může to být permanentní magnet (např. neodym) nebo elektromagnet.
Poté můžeme pokračovat. Nejprve je potřeba zapojit galvanometr do obvodu s cívkou, ve které chceme indukovat proud. Dále musíme vytvořit experimentální situaci, ve které se mění tok magnetického pole cívkou. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je zatlačit magnet dovnitř a ven z cívky. Totéž lze samozřejmě provést výměnou magnetu za elektromagnet. Všimnete si, že v tomto případě bude ručička galvanometru oscilovat nejprve jedním směrem, pak druhým.
Místo pohybu magnetem nebo elektromagnetem můžeme pohybovat cívkou se stejným účinkem. Pokaždé, stejně jako předtím, se tok magnetického pole v cívce změní.
Všimneme si, že síla indukčního proudu je tím větší, čím rychleji se obvod pohybuje vzhledem ke zdroji magnetického pole, tzn. tím rychleji se mění magnetický tok. Směr indukčního proudu bude zase záviset na tom, zda se magnetické pole uvnitř cívky zvětšuje nebo zmenšuje, a také na směru vektoru magnetické indukce - tzn. orientace pólů zdroje pole vzhledem k cívce.
Indukční proud můžeme nakonec indukovat úplně jinak, bez využití relativního pohybu zdroje magnetického pole a obvodu, ve kterém chceme proud indukovat. Jediné, co musíme udělat, je umístit elektromagnet do cívky a zapnout napájení elektromagnetu. Uvnitř elektromagnetu pak vznikne magnetické pole, které způsobí změnu magnetického toku cívkou. Po zapnutí elektromagnetu protéká cívkou proud, který poměrně rychle mizí. Když je elektromagnet vypnutý, proud poteče opačným směrem.
Rýže. 3. V kytarových snímačích vzniká také indukční proud (velmi slabý - napětí na koncích obvodu je několik desítek nebo tak mV).
Na obrázku 3 je každý z viditelných šesti "kolíků" magnet, kolem kterého je navinuto nejméně několik tisíc závitů tenkého měděného drátu. Vinutí jsou voskovaná, aby nedocházelo k "mikrofonii" , tzn. hluk vznikající malými pohyby částí vinutí vůči ostatním. V blízkosti pólů struny s ocelovým jádrem vibrují, čímž ruší magnetické pole - to vede ke vzniku elektrického napětí ve vinutí; signál je pak směrován do zesilovače a reproduktoru. Na fotografii je jeden převodník, tzv. single.