🧲 Elektromagnetismus

Pokusy

O čem to je

Dlouho si lidé mysleli, že elektřina a magnetismus nemají nic společného. Pak se ukázalo, že jsou to dvě stránky jedné věci. Elektřina umí vyrobit magnet a magnet umí vyrobit elektřinu.

Na tom stojí elektromotory (pračka, vrtačka, elektromobil), elektrárny, zvonky i jeřáby na šrot.

Nové pojmy

Magnetické poleProstor kolem magnetu, ve kterém magnet působí na železo nebo na jiné magnety. Ukáže ho střelka kompasu, která se v něm natočí.Kolem magnetky na lednici je magnetické pole.
Elektrický proudPohyb nabitých částic (v drátu elektronů) vodičem.Proud teče drátem od baterie k žárovce.

Pokus 1: drát a kompas (Ørsted, 1820)

Polož kompas na stůl a nad něj natáhni drát.
Připoj drát krátce k baterii.
Střelka se vychýlí.
Odpoj baterii – střelka se vrátí.
Závěr: kolem vodiče s proudem vzniká magnetické pole.

Tohle si všiml dánský fyzik Hans Christian Ørsted v roce 1820.

Pokus 2: elektromagnet

CívkaDrát navinutý do mnoha smyček (závitů) jako nit na cívce.Navineš 50 závitů drátu na tužku.
ElektromagnetCívka, kterou prochází proud, obvykle se železným jádrem uvnitř. Chová se jako magnet, ale jen dokud teče proud.Hřebík omotaný drátem připojeným k baterii přitáhne sponky.

Elektromagnet zesílíš: větším proudem, více závity a železným jádrem. A hlavně – můžeš ho vypnout. Proto jeřáb na šrot auto zvedne a nad hromadou ho pustí.

Pokus 3: magnet vyrobí proud

Připoj cívku k citlivému měřidlu proudu.
Zasuň do cívky magnet – ručička se vychýlí.
Nech magnet v klidu – ručička je na nule.
Vytáhni magnet – ručička se vychýlí na druhou stranu.
Proud vzniká, jen když se magnetické pole v cívce mění.
Elektromagnetická indukceVznik napětí (a proudu) v cívce, když se v ní mění magnetické pole.Dynamo na kole: točící se magnet vyrábí proud pro světlo.
Proč jeřáb na šrot používá elektromagnet a ne obyčejný magnet?
Elektromagnet jde vypnout přerušením proudu. Jeřáb šrot zvedne, přenese a vypnutím pustí. Obyčejný magnet by šrot nepustil.
V cívce leží magnet a nehýbe se. Teče proud?
Ne. Proud se indukuje jen při změně magnetického pole – když magnetem pohybuješ.
✗Elektromagnet zesílím měděným jádrem.
✓Zesílím ho železným jádrem.

Měď magnetická není. Železo se v poli cívky samo zmagnetuje a pole mnohonásobně zesílí.

Proud vytváří magnetické pole (elektromagnet). Měnící se magnetické pole vytváří proud (elektromagnetická indukce).

Stroje

O čem to je

V jedné domácnosti je klidně dvacet elektromotorů: v pračce, ledničce, fénu, ventilátoru počítače. A elektřinu do nich vyrábějí obří generátory v elektrárnách. Oboje funguje díky spojení elektřiny a magnetismu.

Nové pojmy

Magnetické poleProstor, kde působí magnetické síly – kolem magnetu, Země nebo vodiče s proudem.Kompas ukazuje k severu díky magnetickému poli Země.
Cívka a elektromagnetCívka = drát navinutý do závitů. Když jí teče proud, je z ní elektromagnet. Železné jádro ho zesílí.Elektrický zvonek: elektromagnet přitahuje kladívko, které bije do zvonku.

Tři jevy a jejich využití

JevVyužití
magnetické pole cívkyelektromagnet, zvonek, jeřáb na šrot, relé
síla na vodič v polielektromotor
elektromagnetická indukcealternátor, dynamo, transformátor
Síla na vodič v magnetickém poliKdyž vodič s proudem leží mezi póly magnetu, magnet ho odstrčí stranou.Drátek mezi póly podkovy poskočí, když jím pustíš proud.
ElektromotorStroj, kde se cívka s proudem otáčí mezi magnety, protože na ni působí síla. Mění elektrickou energii na pohybovou.Motor vysavače, elektrokola, vrtačky.
Generátor (alternátor, dynamo)Stroj, kde se otáčí magnet a cívka a díky indukci vzniká proud. Mění pohybovou energii na elektrickou.Alternátor v elektrárně roztáčí turbína.

Motor a generátor jsou si stavbou podobné – jen dělají opačnou přeměnu energie.

Roztřiď zařízení podle toho, jakou přeměnu energie dělají.

Jak funguje elektrický zvonek?
Proud projde elektromagnetem, ten přitáhne kladívko a to udeří do zvonku. Pohybem kladívka se obvod přeruší, elektromagnet „vypne“, kladívko odskočí a obvod se zase spojí. Opakuje se to rychle dokola.
Kde se elektromagnet nevyužívá: zvonek, jeřáb na šrot, relé, LED svítilna?
V LED svítilně. Je tam jen baterie, spínač a LED – žádná cívka.
✗Dynamo na kole vyrábí proud, i když kolo stojí.
✓Proud vzniká jen při otáčení.

Indukce potřebuje změnu magnetického pole. Když se magnet netočí, pole se nemění.

Elektromotor: elektrická → pohybová energie (síla na vodič v poli). Generátor: pohybová → elektrická (indukce). Elektromagnet jde vypnout.
〰️Střídavý proud