Magnetické pole přímého vodiče a cívky

 

Téma: Magnetické pole přímého vodiče a cívky

Předmět: Elektronika

Přidal(a): David Veselík

 

 

Máme-li 2 vodiče, kterým protéká el. proud, tak se vodiče odpuzují nebo přitahují. Když mají vodiče stejný proud, tak se přitahují, když opačný tak se odpuzují.

 

Daná síla, která působí na oba vodiče, se vypočte podle následujícího vzorce níže: F=K* I1*I2*l/d

• d=délka vzdálenosti mezi vodiči
• I1, I2 = proudy ve vodičích
• L= délka vodiče

 

Magnetické pole

• Kolem každého vodiče, kterým protéká el. Proud vzniká magnetické pole. Indukční čáry magnetického pole se určují podle ampérova pravidla, které zní: Jestliže pravotočivý šroub šroubujeme ve směru el. Proudu je jeho směr otáčení stejný, jako směr indukčních čar. Indukční čáry začínají v severním a končí jižním pólu.
• Magnetické pole je ovlivněno spinem otáčení elektronu, které zeslabují nebo zesilují magnetické účinky. Účinky zeslabují diamagnetické látky a naopak zesilují tzv. paramagnetické látky (vlastnost některých látek, že jsou póly magnetu slabě přitahovány silou úměrnou intenzitě magnetického pole).
• Feromagnetické látky (schopnost silné magnetické polarizace některých kovů a slitin ve vnějším magnetickém poli).
• Protéká-li vodičem elektrický proud, vytváří se v jeho okolí magnetické pole. Je-li vodič rovný, mají magnetické siločáry tvar soustředných kružnic se středem na vodiči. Jejich směr určíme Ampérovým pravidlem pravé ruky: Pravou ruku přiložíme na vodič tak, aby vztyčený palec ukazoval směr proudu. Pak ohnuté prsty ukáží směr magnetických indukčních čar.
• Umístíme-li pravou ruku na vodič tak, že palec ukazuje dohodnutý směr proudu (od + k -), potom prsty ukazují směr magnetických indukčních čar.
• Kolem každého pohybujícího se elektrického náboje vzniká magnetické pole. Kolem každého nepohybujícího se elektrického náboje vzniká elektrické pole. Kolem vodiče protékaného proudem vzniká magnetické pole. Magnetické indukční čáry kolem pohybujícího se náboje nebo vodiče mají tvar soustředných kružnic. Orientace indukčních čar je závislá na orientaci proudu. Silové účinky magnetického pole vodiče klesají se vzdáleností od vodiče. Elektrický proud vytváří magnetické pole stejně jako permanentní magnet.
• Prochází-li vodičem elektrický proud, vzniká kolem vodiče magnetické pole.
• Indukční čáry jsou kružnice se středem ve vodiči.

 

Směr indukčních čar

Směr indukčních čar můžeme určit pomocí Ampérova pravidla:

• Pomocí Ampérova pravidla pravé ruky – pravou ruku položíme tak, že palec ukazuje dohodnutý směr proudu ve vodiči a zahnuté prsty nám určí směr magnetických indukčních čar.
• Pravidlem pravotočivého šroubu – směr magnetických indukčních čar je stejný jako směr otáčení pravotočivého šroubu, který zašroubováváme po směru, kterým prochází proud.

 

Magnetické pole cívky:

• Cívka vznikne stočením vodiče do více závitové šroubovice.
• Kolem cívky se průchodem stejnosměrného proudu vytváří stálé magnetické pole. Magnetický indukční tok závisí přímo úměrně na indukčnosti cívky a velikosti proudu. Indukčnost cívky a tím i magnetické pole je možné zesílit vložením jádra do cívky.
• Dostatečně dlouhá válcová cívka s větším počtem závitů, jejíž průměr je menší než délka se nazývá solenoid. Stočíme-li takovouto cívku do prstence, dostaneme toroid.

 

Podle tvaru můžeme cívky rozdělit na:

• válcové – solenoid,
• prstencové – toroid.

 

Prochází-li válcovou cívkou elektrický proud, vytváří se kolem magnetické pole.

• To má stejné účinky jako magnetické pole trvalého magnetu. Obdobně jak se znázorňuje magnetické pole přímého vodiče, je možné znázornit i magnetické pole vodičů navinutých ve tvaru závitů, kterými prochází elektrický proud.
• Magnetické pole cívky se skládá z magnetických polí jednotlivých závitů a je podobné jako magnetické pole tyčového magnetu.
• Indukční čáry uvnitř cívky jsou rovnoběžné a mají velkou hustotu, magnetické pole je zde homogenní.
• V místě, ve kterém indukční čáry vycházejí z cívky, se vytváří severní pól, a v místě vstupu jižní pól.
• Vně cívky je magnetické pole nehomogenní.

 

Směr indukčních čar

• Polarita magnetického pole válcové cívky závisí na směru proudu v cívce.
• Směr indukčních čar určíme Ampérovým pravidlem pravé ruky:
  • Uchopíme cívku do pravé ruky tak, aby prsty směřovaly po proudu v závitech,  odkloněný palec ukáže severní pól cívky.

 

Magnety:

• Jsou materiály, které přitahují ostatní magnety, nebo materiály, které se dají zmagnetovat. (Co, Ni – těmto materiálům říkáme feromagnetické látky) V přírodě vykazují magnetické účinky některé druhy rudy – magnetovec, magnetit. Fe3Co4. Magnet vykazuje severní pól N červeně a jižní pól S modře.
• Magnety nejčastěji dělíme na:
  • Tyčové, válcovité, podkovité = trvalé magnety
• Magnet ztrácí magnetické účinky bouchnutím o zem. Kolem magnetu se vytváří magnetické pole, které znázorňujeme pomocí indukčních čar, začínají v severním pólu a končí v jižním.
• Největším magnetem v přírodě je Země, kolem které se vytváří magnetické pole (geomagnetické pole).
• Z řeckého „Magnesijský kámen“. Může mít formu trvalého (permanentního) magnetu nebo elektromagnetu (dočasného magnetu). Trvalé magnety nepotřebují k vytváření magnetického pole vnější vlivy. Vyskytují se přirozeně v některých horninách, ale dají se také vyrobit. Elektromagnety potřebují k vytvoření magnetického pole elektrický proud. Při zvýšení elektrického proudu se zvýší i magnetické pole.
• Magnety jsou tělesa, která ve svém okolí vytvářejí magnetické pole.
• Magnety působí na feromagnetické látky přitažlivými silami.
• Magnet přitahuje železo (ocel, litinu), nikl a kobalt a pevně je přidržuje. Látky přitahované magnetem jako železo se nazývají feromagnetické látky (feromagnetický – magnetický jako železo – ferrum). Všechny ostatní prvky, kovové i nekovové nejsou feromagnetické. Magnetické přitažlivé síly nejsou způsobeny ani gravitací, ani přitažlivostí mezi oddělenými náboji.

   

 

Elektromagnet:

• Je zařízení složené z cívky, která je navinutá na jádro z magnetického materiálu, přičemž se využívá účinků z magnetického pole cívky.
• Silové účinky elektromagnetu mohou být mechanické, větší než účinky tvrdých materiálů.
• Užítí= při upnutí kovů nebo polotovarů, v hutích, na skládkách lesního odpadu, na jeřábech, kde je to velmi nebezpečné. Elektromagnet se využívá u elektrických motorů a dalších el. Strojů a přístrojů.

 

Intenzita mag. pole:

• Značka H
• H= I*N/l
• A/m
• L = délka závitů
• N= počet závitů

 

Trvalé magnety

Ocelové předměty se zachycují převážně na koncích tyčového magnetu. Místa s nejsilnějšími přitažlivými účinky se nazývají póly magnetu. Magnetické silové účinky slábnou s rostoucí vzdáleností od pólů. Ve středu tyčového magnetu mezi póly se neprojevují žádné silové účinky. Střed magnetu je magneticky neutrální zónou.

 

Trvalé (permanentní) magnety mají:

• severní pól – označuje se N (S)
  • (north-sever) – červená barva,
• jižní pól – označuje se S (J)
  • (south-jih) – modrá barva.
• Při zavěšení malého tyčového magnetu otočně kolem příčné osy tak, aby se mohla jeho osa natáčet ve vodorovné rovině, natočí se podélnou osou přibližně ve směru sever – jih.
• Pól magnetu směřující na sever označujeme jako severní pól magnetu (S) a opačný pól jako jeho jižní pól (J). Mezinárodní (anglické) značení je pro severní pól N (north) a pro jižní pól S (south).
• Nesouhlasné póly magnetu se přitahují.
  • Severní pól magnetu se přitahuje s jižním pólem jiného magnetu.
• Souhlasné póly magnetu se odpuzují.

 

Provedení trvalých magnetů

• tyčové magnety,
• válcové,
• podkovovité,

Trvalé magnety se vyrábějí nejčastěji z tvrdé oceli  nebo z feritu (keramické oxidy).

Naše Země je obrovský magnet. Její jižní magnetický pól leží v blízkosti severního zeměpisného pólu a severní magnetický pól leží poblíž jižního zeměpisného pólu. Severní pól magnetky se přitahuje k nesouhlasnému magnetickému pólu Země.

 

Využití magnetů

• Záznamová média. Kreditní nebo debetní karty. Přenášení předmětů a separace kovů. Střelka kompasu. Audiotechnika. Medicína.
• Účinky dočasných magnetů trvají, jen pokud jsou v magnetickém poli, nebo krátce po zaniknutí pole.
• Elektrický proud vytváří magnetické pole (stejně jako permanentní magnet)..