13. Vznik indukovaného napätia

Pomôcky :

Cievka s 300, 600  závitmi, ampérmeter,  tyčový magnet, spojovacie vodiče,  

Realizácia:      

a) Cievku s 300 závitmi pripojíme na ampérmeter.  Tyčový magnet zasúvame ( vysúvame ) do ( z ) dutinky cievky. Sledujeme smer výchylky pri zasúvaní a pri vysúvaní. Zmeníme polaritu magnetu a opakujeme zasúvanie a vysúvanie. Smer výchyliek je opačný.  Zväčšíme rýchlosť zasúvania a vysúvania magnetu. Pozorujeme, že výchylka ručičky ampérmetra je väčšia. 

b) Položíme magnet do dutinky cievky a nepohybujeme s ním. Ampérmeter neukazuje žiadnu výchylku. Pri vyberaní magnetu opäť zaregistrujeme výchylku ručičky ampérmetra. 

c) Spojíme dva magnety súhlasnými pólmi k sebe. Zasúvame (vysúvame ) ich do  ( z ) dutinky cievky. Výchylka ručičky ampérmetra je pri pohybe dvoch magnetov väčšia ako pri pohybe jedného magnetu. Pri zmene polarity magnetu sa opäť zmení smer výchylky.

d) Magnet upevníme na podložku tak, aby sme naň mohli voľne nasúvať  cievku. Posúvame cievkou  a sledujeme výchylku ručičky ampérmetra. Pri nasúvaní cievky na opačný pól magnetu sú výchylky na ampérmetri opačné.  Zväčšíme rýchlosť  pohybu cievky.  Pozorujeme,  že výchylka ručičky ampérmetra je väčšia. 

e)  300 závitovú cievku nahradíme 600 závitovou cievkou. Nasúvame ( vysúvame ) ju na ( z ) magnet (u ) a sledujeme výchylky ručičky ampérmetra. V porovnaní s 300 závitovou cievkou sú výchylky väčšie.

Fyzikálna interpretácia:   

O stacionárnom  magnetickom poli hovoríme vtedy, ak sa na danom mieste nemení počet a tvar magnetických indukčných čiar. Počas pokusu nás bude zaujímať  počet indukčných čiar pretínajúcich plochu závitu cievky. 300 závitová cievka sa nenachádza v magnetickom poli ( mg. pole Zeme neuvažujeme - alebo ho považujeme za homogénne ), počet indukčných čiar pretínajúcich plochu závitu cievky  = 0. Permanentný magnet vytvára magnetické pole a v súlade s pilinovým obrazcom jeho magnetického poľa, môžeme stanoviť počet indukčných čiar v rôznych oblastiach  na osi magnetu. Pozri obrázok. Pri približovaní magnetu k  cievke narastá počet indukčných čiar pretínajúcich plochu závitu cievky ( 0 – 5 - 10 ). Pri zasunutom magnete všetkých 10 indukčných čiar pretína plochu závitu. Pri vyťahovaní magnetu z dutinky, počet magnetických indukčných čiar klesá ( 10 - 5 - 0 ). Pri zmene počtu  indukčných čiar pretínajúcich plochu závitu cievky sa na cievke indukuje napätie. V uzavretom obvode preteká prúd, ktorý meriame pripojeným ampérmetrom. Ak je magnet položený v dutinke cievky, jej plochu pretína 10 indukčných čiar, ale pretože sa počet indukčných čiar pretínajúcich plochu závitu cievky nemení,  indukované napätie na cievke nevzniká. Analogicky s meniacim sa počtom indukčných čiar na ploche závitu cievky vysvetlíme vznik indukovaného napätia pri pohybe cievky.

Realizačná poznámka:  

Ak pohybujeme magnetom kolmo na cievku, nemalo by sa teoreticky indukovať napätie, pretože indukčné čiary nepretínajú plochu cievky. V praxi však ampérmeter zaznamená výchylku. Časť  indukčných čiar magnetického poľa permanentného magnetu je zakrivená a práve toto zakrivenie spôsobí pri kolmom pohybe pretnutie plochy závitu cievky a teda vznik indukovaného napätia. Ak by sme na meranie indukovaného napätia pripojili voltmeter, jeho ručička by sa vychyľovala minimálne. Do obvodu by sme spolu s voltmetrom zapojili aj  veľký odpor ( vnútorný odpor voltmetra ) a tiekol by ním len veľmi malý prúd. Voltmeter by bol zapojený sériovo.

Otázky :

1. Prečo pri zmene upevnenia prívodných vodičov na ampérmetri sa zmení smer vychyľovania ručičky?