ELEKTROMAGNESY
Elektromagnes - zwojnica z umieszczonym wewnątrz rdzeniem ze stali miękkiej.
Pierwszy elektromagnes zbudował Wiliam Sturgeon w 1825 r.
Zwojnica przez którą płynie prąd elektryczny wykazuje właściwości magnetyczne. Jej działanie można wzmocnić przez umieszczenie wewnątrz rdzenia wykonanego ze stali miękkiej. W ten sposób otrzymujemy elektromagnes. Zwiększenie liczby zwojów zwojnicy lub zwiększenie natężenia prądu również wzmacnia działanie elektromagnesu.
Budowa:
Zwojnica z rdzeniem stali miękkiej
Zastosowanie:
- huty (przenoszenie złomu żelaznego)
- stocznie (transport blach stalowych)
- hale (utrzymywanie ciężkich części stalowych)
- budowa słuchawek, dzwonków, automatycznych przedmiotów
- nauka
- medycyna
POLE MAGNETYCZNE ZIEMI I MAGNESÓW STAŁYCH
Źródła pola magnetycznego:
- Ziemia
- Magnesu stałe
- Elektromagnesy
Linie Sił pola magnetycznego stwarzanego przez magnes sztabkowy
Oddziaływanie biegunów magnetycznych:
bieguny różnoimienne N-S przyciągają się, a jednoimienne N-N, S-S odpychają się
Ferromagnetyk -ciało zbudowane z domen magnetycznych, wykazujące silne właściwości magnetyczne
Domeny magnetyczne - bardzo małe obszary stałego namagnesowania
Pole magnetyczne - przestrzeń w której na umieszczony w niej magnes lub poruszający się ładunek elektryczny działają siły magnetyczne.
Magnes trwały - ferromagnetyk po uporządkowaniu domen
POLE MAGNETYCZNE PRĄDU
Zjawisko istnienia pola magnetycznego wokół przewodnika, przez który płynie prąd, wykazał H.Ch.ersted. Jego doświadczenie zapoczątkowało rozwój elektrotechniki (zostało wykonane w 1820 r.).
WNIOSEK: przewodnik z prądem jest źródłem pola magnetycznego.
Gdy przez przewodnik przepuścimy stały prąd elektryczny wówczas igła magnetyczna odchyla się z położenia równowagi. Kierunek odchylenia bieguna płn. igły można wyznaczyć przy pomocy „reguły prawej dłoni” (jeśli prawa dłonią obejmiesz przewodnik tak, że kciuk wskaże kierunek przepływu prądu to zgięte pozostałe palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego).
Wielkość kąta wychylenia zależy od natężenia prądu.
Kierunek wychylenia bieguna północnego zależy od kierunku prądu.
SILNIK ELEKTRYCZNY
To maszyna elektryczna przetwarzająca energię elektryczną na mechaniczną.
Zasada działania:
Silniki elektryczne i mierniki działają w wyniku oddziaływania siły elektrodynamicznej. W silniku oddziałują na siebie pola magnetyczne wirnika i nieruchomego stojana.
Na wirnik silnika umieszczony w polu magnetycznym działa sila elektrodynamiczna wówczas gdy poprzez szczotki zostanie doprowadzony prąd stały do uzwojeń wirnika
W silniku elektrycznym energia elektryczna jest zamieniana na energię mechaniczną
Budowa:
- obracająca się cewka
- nieruchome magnesy
- komutator (metalowe półpierścienie odizolowane od siebie)
- szczotki (doprowadzają prąd do ramki)
- źródło napięcia
stojan (nieruchoma część silnika)
SIŁA ELEKTRODYNAMICZNA - to siła działająca na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym
WZÓR:
F=B*I*l
F - siła elektrodynamiczna
B - indukcja magnetyczna (T- tesla)
I - natężenie prądu
l - długość przewodnika
Jeśli na umieszczony w polu magnetycznym przewodnik o długości l, przez który płynie prąd o natężeniu I, działa siła magnetyczna (elektrodynamiczna).
Kierunek i zwrot siły magnetycznej określa reguła lewej dłoni:
Jeżeli lewą dłoń ustawisz tak, aby linie pola magnetycznego przebijały wewn stronę dłoni, a wszystkie palce- z wyjątkiem kciuka- wskazywały kierunek płynącego prądu to odchylony kciuk wskaże kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej.
INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA
DOŚW. Farradaya- 1831r.
Gdy następuje ruch magnesu względem zwojnicy to wskazówka miernika wychyla się, co świadczy o tym, że przez zwojnicę płynie prąd zw. Prądem indukcyjnym, który został zaindukowany (wzbudzony) wskutek zmian pola magnetycznego otaczającego zwojnicę. Zjawisko to nosi nazwę indukcji elektromagnetycznej.
Zastosowanie:
- elektrotechnika, przy wytwarzaniu prądu w elektrowniach (generatory prądotwórcze)
- w rowerze (dynamo)
SPOSOBY WYTWARZANIA PRĄDU ELEKTRYCZNEGO:
- zbliżanie i oddalanie od zwojnicy innej zwojnicy przez którą płynie prąd elektryczny
- włączanie i wyłączanie prądu w obwodzie pierwotnym
- zmienianie natężenia
- zasilanie obwodu pierwotnego prądem zmiennym
PRĄD PRZEMIENNY
1. Prądnica prądu przemiennego działa na tej samej zasadzie co silnik elektryczny ale „w stronę przeciwną” tzn. obrót ramki (wirnika) w polu magnetycznym powoduje powstawanie prądu elektrycznego.
Zamienia ona en. Mechaniczną na elektryczną.
Wytwarzany jest w niej prąd przemienny - prąd którego kierunek i wartość natężenia ulegają okresowym zmianom.
WIELKOŚCI FIZYCZNE CHARAKTERYZUJĄCE PRĄD PRZEMIENNY:
- OKRES ZMIAN T (s)
to czas w którym nastąpi jedna pełna zmiana natężenia prądu zmiennego
- CZĘSTOTLIWOŚĆ f (Hz)
to ilość pełnych zmian zachodzących w czasie 1s, jednostka to 1herc- 1Hz
częstotliwość prądu wynosi 1Hz gdy w ciągu 1s nastąpi jedna pełna zmiana natężenia i kierunku.
Wykresem jest SINUSOIDA
Związek między okresem a częstotliwością
T=1/f f=1/T
BUDOWA TRANSFORMATORA
U1- NAPIĘCIE PIERWOTNE
U2- NAPIĘCIE WTÓRNE
N1- ilość zwojów w uzwojeniu pierwotnym
N2- ilość zwojów w uzwojeniu wtórnym
CZĘŚCI SKŁADOWE:
- rdzeń stalowy
- uzwojenie pierwotne
- uzwojenie wtórne
Transformator służy do zmiany napięcia i natężenia prądu przemiennego.
U2/U1=n2/n1
Napięcie w uzwojeniu wtórnym jest tyle razy mniejsze (większe) od napięcia w uzwojeniu pierwotnym, ile razy liczba zwojów w uzwojeniu wtórnym jest mniejsza (większa) od liczby zwojów w uzwojeniu pierwotnym
U2=n2/n1*U1
N2/n1- przekładnia transformatora
Czyli stosunek liczby zwojów w uzwojeniu wtórnym do liczby zwojów w uzwojeniu pierwotnym.
Gdy n2/n1>1 to transformator podwyższa napięcie
Gdy n2/n1< to transformator obniża napięcie
U2/U1=I1/I2
U1*I1=U2*I2
W transformatorze stosunek napięcia na uzwojeniu wtórnym do napięcia na uzwojeniu pierwotnym jest równy stosunkowi natężenia prądu elektrycznego uzwojeniu pierwotnym do natężenia prądu elektrycznego w uzwojeniu wtórnym
P1=P2
P1 i P2 to moc w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym.
Przykład zadania
N1=12 000
N2=?
U1=6000V
U2=220V
N2=U2/U1*n1=220V: 6000V*12 000=440
Fale elektromagnetyczne - zmiany pola magnetycznego i elektrycznego rozchodzące się w przestrzeni
Fale elektromagnetyczne w odróżnieniu od fal mechanicznych mogą rozchodzić się w próżni (nie potrzebuje ośrodka)