Experiment:


  1. Najprv pripravíme a zostavíme obvod podľa obrázku.

  2. Vypínač zaradený v  nerozvetvenej časti obvodu zapneme a vyregulujeme odpor vetvy s rezistorom (reostatom) tak, aby bol rovnaký, ako vo vetve s cievkou. Vtedy by mali obidve žiarovky svietiť rovnako jasne.

  3. Budeme pozorovať, ako sa bude správať prúd vo vetvách pri striedavom zapínaní a prerušovaní obvodu vypínačom.

 

http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G3/kap2/2-5.htm

 

Časť obvodu na obrázku je rozvetvená. V jednej vetve je zapojená cievka na uzavretom feromagnetickom jadre, v druhej vetve je reostat s približne rovnakým odporom, aký ma aj cievka, b) schematická značka pre cievku bez feromagnetického jadra, c) pre cievku s feromagnetickým jadrom.


 

Zistenie:

 

a) Pri zapnutí vypínača sa vo vetve s cievkou rozsvietila žiarovka neskôr ako žiarovka vo vetve s reostatom.

b) Pri vypnutí vypínača zhasli obe žiarovky súčasne.


 

Vysvetlenie:

 

a) Vo vetve s rezistorom sa prúd okamžite po zapnutí ustáli na určitej hodnote, ktorá vyplýva z Ohmovho zákona pre časť obvodu.

 

Vo vetve s cievkou to bude pravdepodobne zložitejšie:

 

Ak zapneme vypínač, prúd sa zväčšuje a spolu s ním vzrastá magnetický tok prechádzajúci dutinou cievky. Cievka sa nachádza vo vlastnom, časove premennom magnetickom poli. V cievke sa indukuje prúd, ktorý sa podľa Lenzovho zákona snaží zabrániť zmene, ktorá ho vyvolala. Indukovaný prúd bude preto namierený proti smeru narastajúceho prúdu z pripojeného zdroja napätia. Prúd vo vetve s cievkou preto narastá pomalšie ako vo vetve s rezistorom.

 

b) Aj teraz by sa mala prejaviť elektromagnetická indukcia (Ak cievkou prechádzal ustálený prúd a obvod vypínačom prerušíme, prúd klesá k nule a zmenšuje sa aj magnetický tok v dutine cievky. V cievke sa znova indukuje prúd, ktorý sa snaží zabrániť zmene, ktorá ho vyvolala. Teraz bude indukovaný prúd namierený tak, aby zabránil poklesu prúdu z pripojeného zdroja. Bude mať teda rovnaký smer ako pôvodný prúd.) a žiarovka vo vetve s cievkou by mala zhasnúť neskôr ako žiarovka vo vetve s reostatom. Aby sme to mohli overiť a vysvetliť zmeriame prúdy vo vetvách.


 

Aké veľké prúdy vo vetvách boli zmerané

 

http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G3/kap2/2-5.htm

 

Nasledujúce grafy boli získané pri školskom experimente s podporou počítača. V závislosti od času je znázornený prúd IR prechádzajúci vetvou s rezistorom a prúd IL, prechádzajúci cievkou. Pri experimente sa prúd vo vetvách zaznamenával pomocou senzorov pripojených na počítač, ktorý zobrazil obidva grafy.


 

Z grafov čítame:

 

- Prúd IR vo vetve s rezistorom vzrastie a ustáli sa ihneď po uzavretí obvodu vypínačom v čase tz. Prúd IL vo vetve s cievkou začne prechádzať v rovnakom čase tz, ale narastá postupne a ustáli sa neskôr ako prúd IR.

 

- Prúd IR vo vetve s rezistorom klesne na nulu ihneď po prerušení obvodu vypínačom v čase tv. Prúd IL vo vetve s cievkou začne v rovnakom čase tv postupne klesať a nulovú hodnotu dosiahne neskôr ako prúd IR.


 

Na grafoch sme si overili, že žiarovkou zaradenou v obvode s cievkou prechádza prúd ešte o niečo dlhšie, než žiarovkou vo vetve s rezistorom.

 

Treba sa ešte pokúsiť o vysvetlenie javu – podľa nášho pozorovania zhasli obidve žiarovky súčasne. Ak sa však pozrieme lepšie na graf, vidíme, že pri prerušení obvodu poklesne prúd IL behom piatich stotín sekundy na zlomok svojej pôvodnej hodnoty. Pri tak malom prúde sa jas žiarovky nedá rozlíšiť od jasu žiarovky vo vetve s rezistorom, ktorá vďaka tepelnej zotrvačnosti vlákna tiež nezhasne okamžite v čase tv.


 

Zhrnutie, zovšeobecnenie


Jav, ktorý sme práve preskúmali, sa nazýva vlastná indukcia. Vlastnú indukciu vo vodiči pozorujeme vtedy, keď vodičom prechádza časovo premenný prúd. Časovo premennému prúdu zodpovedá časovo premenné magnetické pole. Vo vodiči sa v časovo premennom magnetickom poli indukuje napätie, ktorému zodpovedá indukovaný prúd.


Indukovaný prúd sa aj pri jave vlastnej indukcie správa podľa Lenzovho zákona – tak, aby svojím magnetickým poľom bránil zmene, ktorá ho vyvoláva:


  • Pri zapnutí má indukovaný prúd opačný smer ako prúd z pripojeného zdroja napätia. Magnetické pole indukovaného prúdu bráni narastaniu magnetického toku z pripojeného zdroja.

  • Pri prerušení obvodu je smer indukovaného prúdu rovnaký ako smer zanikajúceho prúdu zo zdroja, ktorý sme práve odpojili. Magnetické pole indukovaného prúdu predlžuje trvanie magnetického poľa prúdu z odpojeného zdroja.


Po preskúmaní javov znázornených na obrázkoch môžeme urobiť závervlastná indukcia je jeden z prejavov elektromagnetickej indukcie:

 

Charakteristické pre vlastnú indukciu je to, že zmeny magnetického toku majú pôvod v zmenách prúdu v tom istom obvode.


Kvantitatívny opis

 

Magnetický tok v dutine cievky alebo v okolí vodiča iného tvaru závisí priamo úmerne od prúdu I, ktorý vodičom prechádza


Vypracovala: Mgr. Monika Andrejovská

 

Súčiniteľ L má pre vodič daného tvaru konštantnú veľkosť a nazýva sa vlastná indukčnosť vodiča.


Jednotkou vlastnej indukčnosti je henry (H). Zo vzťahu (1) vychádza


Vypracovala: Mgr. Monika Andrejovská

 

(Cievky bez jadra majú indukčnosť približne od 1mikrohenry (µH) do 10 milihenry (mH), cievky s feromagnetickým jadrom od desiatok µH do desiatok H. Jadro teda zväčšuje indukčnosť cievky.)

 

Ak sa prúd vo vodiči zmení o I, zmení sa magnetický tok v okolí vodiča o

 


Podľa Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie sa vo vodiči indukuje napätie

 

Vypracovala: Mgr. Monika Andrejovská

 

Napätie vznikajúce v cievke vlastnou indukciou určíme podľa vzťahu:

 

Vypracovala: Mgr. Monika Andrejovská

 

Vypracovala: Mgr. Monika Andrejovská

 

Výraz vyjadruje zmenu prúdu za jednotku času. Napätie vznikajúce v časti elektrického obvodu pri jave vlastnej indukcii je teda priamo úmerné rýchlosti, s ktorou sa v tejto časti obvodu mení prúd. 



Zopakujte si:
1. Aký pokus sme urobili, aby sme preskúmali vlastnú indukciu?
2. Čo je zdrojom premenlivého magnetického poľa pri vlastnej indukcii vodiča daného tvaru?
3. Ako vieme zvýšiť indukčnosť L cievky daného tvaru?
2. V ktorej vetve zhasne žiarovka skôr, vo vetve s rezistorom, alebo vo vetve s cievkou, a prečo?

Použitá literatúra:
http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G3/kap2/2-5.htm

Zdroje obrazkov:
http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G3/kap2/2-5.htm