Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Jakub Gallik - Magnetizmus - Coggle Diagram
Jakub Gallik - Magnetizmus
Permanentný magnet
póly magnetu sú
Severný pól: N
Južný pól: S
Neutrálne pásmo - medzi pólmi
Vzájomné pôsobenie pólov
Súhlasné póly
Nesúhlasné póly
Magnetické pole
Vzniká okolo
Permanentných magnetov
Vodičov s elektrickým prúdom
Závitov a cievok s prúdom
Magnetické indukčné čiary
Priestorovo orientačné krivky
Dotyčnica => smer osi malej magnetky v danom bode
Orientácia: od južného k severnému pólu magnetky
Homogénne pole
Rovnobežné, rovnako husté čiary
Magnetická indukčná čiara
Uzavreté krivky
Nikdy sa nepretínaju
Hustota čiar => sila magnetického pola
Magnetické pole okolo vodiča s prúdom
Priami vodič
indukčné čiary => kružnice okolo vodiča
Ampérovo pravidlo pravej ruky
Palec = smer prúdu
Prsty = smer indukčných čiar
Závit s prúdom => podobné magnetu
cievka (solenoid)
Vo vnútri homogénne pole
Vonku rozptýlené
Magnetka v magnetickom poli
Otočí sa do polohy, kde je
výsledný moment síl 0
jej os je rovnobežná s indukčnými čiarami
Feromagnetické látky
Vlastnosti: ľahko sa zmagnetizujú
Príklady: železo, nikel, kobalt
Magnetické domény
Oblasti s rovnakým natočením molekulárnych magnetov
V nezmagnetizovanom stave – náhodne usporiadané
V zmagnetizovanom stave – usporiadané jedným smerom
Typy feromagnetov:
Magneticky mäkké (ľahko zmagnetizujú, ľahko stratia)
Magneticky tvrdé (držia si magnetizáciu)
Významné mená
Hans Christian Ørsted
Objavil magnetické účinky elektrického prúdu
André-Marie Ampère
Popísal vzťah medzi prúdom a magnetickým poľom
Magnetické pole zeme
Pri severnom zemepisnom póle sa nachádza južný magnetický pól Zeme
Rovnobežné vodiče s prúdmi
Dva rovnobežné vodiče
prúdy: I₁, I₂
vzdialenosť: d
dĺžka pôsobenia: l
Pravidlo pravej ruky
prsty → smer prúdu
indukčné čiary → do dlane
palec → smer magnetickej sily
Vzájomné pôsobenie vodičov
Prúdy rovnakého smeru
vodiče sa priťahujú
Prúdy opačného smeru
vodiče sa odpudzujú
Veľkosť magnetickej sily
Závisí od
veľkosti prúdov I₁ a I₂
vzdialenosti vodičov d
dĺžky vodičov l
permeabilita prostredia
Permeabilita
μ₀ – permeabilita vákua
μᵣ – relatívna permeabilita
Definícia ampéra
Prúd, ktorý pri vzdialenosti 1 m medzi dvoma vodičmi vo vákuu vytvorí silu 2·10⁻⁷ N na každý meter dĺžky
Magnetické materiály v technickej praxi
Základné rozdelenie magnetických materiálov
Magneticky tvrdé
používajú sa na výrobu permanentných magnetov
Magneticky mäkké
zosilňujú magnetické pole cievok
tvoria pólové nástavce magnetov
Typy magnetických látok
Diamagnetické látky
nepatrne zoslabujú magnetické pole
príklady: zlato, meď, ortuť, inertné plyny
Paramagnetické látky
nepatrne zosilňujú magnetické pole
relatívna permeabilita o málo väčšia než 1
príklady: Al, Cu, Na, Mg, Ta, Pt, W, kyslík
Feromagnetické látky
veľmi veľká relatívna permeabilita
tvorené feromagnetickými prvkami: Fe, Co, Ni, Gd
aj rôzne zliatiny týchto kovov
Ferimagnetické látky (Ferity)
vysoký elektrický odpor
využitie v elektrotechnike
zlúčeniny Fe₂O₃ s oxidmi Mg, Zn, Cu, Fe, Mn
výroba podobná keramike (lisovanie, vypaľovanie)
využitie: jadrá vysokofrekvenčných cievok, transformátory, keramické magnety
Vplyv látok na magnetické pole
Vnútri diamagnetík → magnetické pole sa zoslabuje
Vnútri paramagnetík → magnetické pole sa zosilňuje
Curieho teplota
Teplota, pri ktorej feromagnetická látka prestáva byť feromagnetická
Pre železo: cca 770 °C
Elektromagnetické relé
Hlavné časti
cievka
jadro z mäkkej ocele
pohyblivá kotva
pružné kontakty
Činnosť
prúd vytvorí magnetické pole v cievke
jadro sa zmagnetizuje a pritiahne kotvu
kotva zopne kontakty
Využitie
ovládanie veľkých prúdov malým prúdom
regulácia nabíjania v autách
spínanie väčších zariadení cez USB
Meracie prístroje – otočná cievka
Hlavné časti
magnet tvaru U
otočná cievka
ukazovateľ spojený s cievkou
pružné špirály
Princíp
prechod prúdu vyvolá pôsobenie magnetických síl
cievka sa vychýli
výchylka závisí od smeru a veľkosti prúdu
Typy
prístroje s otočnou cievkou
magnetoelektrické prístroje
deprézske prístroje
Príklady zariadení využívajúcich magnetické materiály
Elektrický zvonček
Magnetický záznam dát (pásky, Fe₂O₃, CrO₂)
Reproduktor a mikrofón
Magnetron v mikrovlnke
CT a magnetická rezonancia
Elektromagnet a hysterézia
Magnetické pole cievky
Vzniká v okolí cievky s prúdom
Znázornené magnetickými indukčnými čiarami
Orientácia indukčných čiar
Určuje sa Ampérovým pravidlom pravej ruky
prsty → smer prúdu
palec → orientácia poľa
Magnetické póly cievky
Na severnom póle čiary vystupujú
Na južnom póle čiary vstupujú
Magnetické pole v osi cievky
Takmer homogénne
Magnetická indukcia B je konštantná
Závisí od:
počtu závitov N
prúdu I
dĺžky cievky l
Vplyv feromagnetického jadra
Jadro sa zmagnetizuje
Bₘ – magnetická indukcia jadra
Zväčšuje účinok magnetického poľa
Hustota závitov cievky
Počet závitov na jednotku dĺžky
d = priemer drôtu → hustota závitov je jeho prevrátená hodnota
Magnetizovanie feromagnetickej látky
B₀ v dutine cievky rastie priamo úmerne prúdu
Celková indukcia BC rastie nelineárne
Pri Imax → magnetické nasýtenie jadra
Pri znižovaní prúdu:
ostáva zostatková indukcia Br (remanencia)
Zmena smeru prúdu:
odmagnetizovanie jadra
pri -Imax opätovné nasýtenie v opačnom smere
Magnetická hysterézia
Jav, pri ktorom B závisí od predchádzajúceho magnetizačného stavu
Vytvára sa hysterézna slučka
Magnetické materiály
Magneticky tvrdé
Široká hysterézna slučka
Veľká hodnota HK
Ťažko sa odmagnetizujú
Magneticky mäkké
Úzka hysterézna slučka
Malá hodnota HK
Ľahko sa odmagnetizujú
Magnetický indukčný tok
Podstata
Fyzikálna veličina popisujúca, koľko magnetických indukčných čiar prechádza plochou závitu.
Značka: Φ (fí)
Jednotka: weber (Wb)
Od čoho závisí
Magnetická indukcia B (čím väčšia, tým väčší tok)
Obsah plochy S závitu
Uhol α medzi normálou závitu a smerom indukcie
vzťah: Φ = B · S · cos α
Špeciálne prípady
Závit kolmo na indukčné čiary → Φ je maximálny
Závit rovnobežne s indukčnými čiarami → Φ = 0
Cievka s počtom závitov N
Celkový tok: Φₙ = N · Φ
Ako môže nastať zmena toku ΔΦ
zmenou magnetickej indukcie ΔB
otáčaním závitu (zmena uhla α)
Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie
Podstata javu
Pri pohybe vodiča alebo zmene magnetického indukčného toku vzniká indukované napätie Ui.
Voľné elektróny vo vodiči usmerňuje magnetická sila Fm = B · e · v.
Faradayov zákon
Ui = – dΦ/dt
(záporné znamenie → Lenzovo pravidlo – indukované napätie pôsobí proti zmene)
Indukcia pri pohybe vodiča (lineárny pohyb)
plocha opísaná vodičom: ΔS = l · v · Δt
indukované napätie závisí od:
rýchlosti vodiča v
dĺžky vodiča l
veľkosti indukcie B
Znamenie indukovaného napätia
Pri približovaní magnetu → ΔΦ kladná → Ui záporné
Pri vzďaľovaní magnetu → ΔΦ záporná → Ui kladné
Príklady z praxe
bicyklový alternátor
rýchlejšia jazda → väčšia zmena toku → vyššie napätie → silnejšie svetlo
Častica s nábojom v magnetickom poli
Magnetická sila na vodič s prúdom
Smer určujeme Flemingovým pravidlom ľavej ruky
indukčné čiary → do dlane
prsty → smer prúdu
palec → výsledná sila
Zmena smeru prúdu → zmena smeru sily
Veľkosť magnetickej sily na vodič
Fm = B · I · l · sin α
I – prúd
l – dĺžka vodiča
α – uhol medzi prúdom a B
Magnetická sila na časticu s nábojom (Lorentzova sila)
F = e · v · B · sin α
Závisí od:
náboja častice e
rýchlosti v
B
uhla α
Pri α = 90° → sila maximálna
Pri α = 0° alebo 180° → sila nulová
Určenie smeru Lorentzovej sily
Pre kladnú časticu → klasické Flemingovo pravidlo
Pre zápornú časticu → smer je opačný
Základné jednotky
Magnetická indukcia
B
Magnetický indukčný tok
Φ (fí)
Obsah plochy závitu
S
Uhol medzi normálou a B
α
Zmena magnetického toku
ΔΦ
Čas zmeny
Δt
Indukované napätie (emf)
Ui
Dĺžka vodiča
L
Rýchlosť pohybu vodiča / častice
V
Elektrický prúd
I
Náboj častice
q
Magnetická sila na vodič
Fm
Magnetická sila na časticu
F
Gravitačná sila
Fg
Hmotnosť častice
m
Gravitačné zrýchlenie
g