14. Vznik indukovaného napätia 2

Pomôcky :

Zdroj napätia, vypínač, žiarovka, ampérmeter, cievky 300 a 600 závitov, feromagnetické jadro, reostat, prívodné vodiče,

Realizácia:      

Primárny obvod je  zostavený  zo zdroja napätia, vypínača, reostatu, žiarovky a primárnej cievky. Na spoločnom jadre je umiestnená sekundárna cievka, ktorá spolu s ampérmetrom tvorí sekundárny obvod. Cievka primárneho obvodu bude slúžiť ako zdroj magnetického poľa ( nahrádza permanentný magnet ) a na sekundárnej cievke budeme pozorovať vznik indukovaného  napätia.

a) Pri uzavretí primárneho obvodu vypínačom zaznamená ampérmeter prudkú  výchylku, ktorá okamžite poklesne na nulu. Pri rozopnutí obvodu ampérmeter opäť ukáže prudkú výchylku, avšak na opačnú stranu. Výchylka klesne na nulu.

b) Pri uzavretom primárnom obvode posúvame primárnou cievkou po spoločnom jadre. Na sekundárnej cievke sa indukuje napätie, ampérmeter ukazuje prechádzajúci prúd. Výchylky sú opačné pri približovaní ako pri odďaľovaní.

c) Primárny obvod je uzavretý. Pohybujeme sekundárnou cievkou po spoločnom jadre. Ampérmeter zaznamenáva výchylky, ktoré majú pri približovaní a odďaľovaní navzájom opačný smer.  

d) Pri uzavretom primárnom obvode ( prechádzajúci prúd signalizuje žiarovka ) ampérmeter zapojený v sekundárnom obvode neukazuje výchylku. Reostatom meníme veľkosť prúdu v primárnej cievke. Žiarovka mení svoj jas. Ampérmeter ukazuje výchylky. Pri náraste prúdu sú výchylky opačné ako pri jeho poklese.

e) Pri uzavretom primárnom obvode ( mohol by  byť aj rozopnutý ) pohybujeme spoločným jadrom tak, aby sa nemenila vzájomná vzdialenosť cievok. Ampérmeter na sekundárnej  cievke ukáže výchylku. Na cievkach sa indukuje napätie.

Fyzikálna interpretácia:     

Primárna cievka ako zdroj magnetického poľa vytvára pri plnom jase žiarovky napr.10 magnetických indukčných čiar, pri najslabšom jase napr.1 magnetickú indukčnú čiaru. Pri rozopnutom primárnom obvode cievka nevytvára magnetické pole a teda ani magnetické indukčné čiary. Magnetické pole Zeme neuvažujeme.  Magnetické pole jadra cievok v prípadoch a) - d) neuvažujeme.

a)  Pri zapnutí primárneho obvodu sa zmení počet indukčných čiar vytvorených primárnou cievkou z 0 na 10. Sekundárna cievka je v tesnej blízkosti cievky primárnej a teda všetky magnetické indukčné čiary ju pretínajú. Na sekundárnej cievke v okamihu zapnutia dochádza k zmene počtu magnetických indukčných čiar  prechádzajúcich cez plochu závitu cievky  ( 0 - 10 ) a vzniká indukované napätie.

b) c) V uzavretom primárnom obvode vytvára cievka 10 magnetických indukčných čiar. Ak je v jej tesnej blízkosti sekundárna cievka, všetky tieto čiary ju pretínajú. Ak sa nachádza primárna cievka na okraji spoločného jadra už iba napr. 5 indukčných čiar jej magnetického poľa pretína plochu sekundárnej cievky. Pri pohybe primárnej cievky po spoločnom jadre dochádza k zmenám počtu magnetických indukčných čiar ( 10 - 5, 5 - 10 ) pretínajúcich plochu závitu sekundárnej cievky. Na sekundárnej cievke sa indukuje napätie. Analogicky vysvetlíme vznik indukovaného napätia pri pohybe sekundárnej cievky. Použijeme tie isté zmeny počtu magnetických indukčných čiar.

d) Pri plnom jase žiarovky vytvára primárna cievka 10 magnetických indukčných čiar. Pri zoslabenom jase napr. 4. Sekundárna cievka je na spoločnom jadre v tesnej blízkosti primárnej cievky. Všetky indukčné čiary vytvorené primárnou cievkou ju teda pretínajú. Pri zmenách  prúdu v primárnom obvode meníme počet magnetických indukčných čiar ( 4 -10, 10 - 4 ),  ktoré pretínajú plochu závitu sekundárnej cievky. Na sekundárnej  cievke  vzniká indukované napätie.

e) Spoločné jadro je vyrobené z magneticky mäkkej ocele, ktorá má určitú remanentnú  magnetickú  indukciu. Aj pri vypnutom primárnom obvode ( primárna cievka nie je zdrojom magnetického poľa ) je  spoločné jadro zdrojom  magnetického poľa, vytvára napr. 3 magnetické indukčné čiary. Posunuté  jadro  pretína plochu závitov cievok už iba  napr. dvoma indukčnými čiarami.  Pri pohybe jadra sa mení počet magnetických indukčných čiar ( 3 - 2, 2 - 3 ) pretínajúcich plochu závitov cievok, vzniká na nich indukované napätie. K sekundárnej cievke pripojený  ampérmeter ukáže výchylku ( preukáže vznik indukovaného napätia ). Na rozsvietenie žiarovky zapojenej v primárnom obvode potrebujeme väčší prúd ako sa dosiahne v obvode pri vzniku indukovaného napätia na primárnej cievke. Pri danom zapojení zdanlivo nepozorujeme vznik indukovaného napätia na primárnej  cievke.

Otázky :

1.  Ak by sme uvažovali aj o vplyve zemského magnetického poľa, ako by ste charakterizovali jeho vplyv na priebeh experimentu ?