Elektromagnetické jevy

Póly - Severní (N) a jižní (S)
sever se zvýrazňuje
Indukční čáry - od severu k jihu, ukazují směr silového působení
Přesně uprostřed magnetu je netečné pásmo.
Pokud magnet rozpůlím, budu mít dva magnety, na obou bude sever i jih
Nesouhlasné póly se přitahují
Mageticky měkká látka se po přiložení k magnetu zmagnetizuje dočasně, magneticky tvrdá trvale.
Cívka - Namotaný drát, kterým protéká proud → magnetismus

Magnetické pole cívky s proudem (zdroj:techmania.cz)

Pravidlo pravé ruky - pravou ruku se zahnutými prsty položíme na cívku tak, že prsty ukazují směr proudu a odtažený palec ukazuje na sever (ukazuje směr indukčních čar uvnitř cívky)
Magnetické pole vzniká i uvnitř cívky.
Hustota siločar určuje velikost magnetické síly (hustější siločáry → větší síla).
Uvnitř cívky je pole homogenní - stejnorodé (všude stejné).
Magnetické indukční čáry uvnitř cívky mají směr od jihu k severu.
Jádro cívky - zmagnetizovatelný kov uvnitř cívky - musí být z magneticky měkká oceli; zesiluje vnější magnetické pole (tvořené cívkou).

Elektromagnet a jeho využití

Výhody oproti magnetu: dá se zapnout a vypnout, dají se obrátit póly, regulovat síla
Elektromagnetismu využívá např. zvonek, elektromagnetické relé, jistič.

Zesílení elektromagnetického pole

Zvýšení počtu závitů / dáme dovnitř jádro

Proud má vždy směr od + k - !
DÚ 20/6

Působení magnetického pole na cívku s proudem, elektromotor

Vložíme-li volně otáčivou cívku do vnějšího magnetického pole, otočí se ve smyslu působení magnetických sil (nesouhlasné póly se přitahují). Vhodnou změnou směru proudu v cívce docílíme jejího otáčení.
Využití v magnetických přístrojích - v elektromotorech.
Elektromotor je tvořen:

• Rotorem - Otáčivou částí
• Stator - statickou, pevnou částí = vnější magnetickou částí

Pro připojení ke stejnosměrnému proudu je potřeba komutátor.

Elektromagnetická indukce

Při změně magnetického pole v okolí cívky vzniká v obvodu cívky proud - tento proud se nazývá indukovaný proud. Napětí je v tomto případě nazýváno indukovaným napětím. Čím větší a rychlejší je změna, tím je proud větší.

Nákres galvanometru a reostatu.

Vznik střídavého proudu

Elektromagnetická indukce je základem vzniku střídavého proudu.
Střídavý proud - pravidelně se mění směr proudu. Je to periodický děj, jeho běh má tvar sinusoidy. Perioda - doba, za kterou se začne děj opakovat Frekvence - počet opakování za určitý časový úsek (např. za sekundu = hertz)
Obvyklá frekvence proudu v domácnosti je 50Hz - jedna změna proběhne za 0,02 s.
Zařízení, které vyrábí elektrický proud z kinetické energie otáčivého pohybu = generátor.
Dynamo = generátor stejnosměrného proudu (stará kola)
Alternátor = generátor střídavého proudu.

Měření střídavého proudu a napětí

U	=	Umax	≗	0,7×Umax
		√2

I	=	Imax	≗	0,7×Imax
		√2

Efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí jsou takové hodnoty, které by při jinak stejných podmínkách ve stejnosměrném obvodu podaly stejný výkon:

V tomto grafu má stejnosměrný i střídavý proud stejný výkon

Transformátor

= zařízení, které transformuje (=přeměňuje) proud a napětí

U1	=	N1
U2		N2

P=U*I - výkon=proud*napětí
P₁=U₁*I₁ ... výkon v primárním, netransformovaném obvodu
P₂=U₂*I₂ ... výkon v sekundárním, již transformovaném obvodu
↓
P₁=P₂ - U ideálního (bezeztrátového) transformátoru je výkon v primárním i v sekundárním obvodu stejný

U₁*I₁=U₂*I₂
↓

U1	=	I2
U2		I1

↓
kolikrát se zyýší proud, tolikrát se sníží napětí a naopak (a výkon je pořád stejný)

p ... poměr	=	počet závitů v sekundárním obvodu	=	N2
		počet závitů v primárním obvodu		N1

p > 1 → transformace nahoru (proud se zvyšuje, napětí snižuje)
p < 1 → transformace dolů (proud se snižuje, napětí zvyšuje)

Příklad:
N₁=1200 (počet závitů v primárním obvodu)
N₂=300 (počet závitů v sekundárním obvodu)
U₁=230V (střídavé napětí ze zásuvky)
I₁=200mA (proud ze zásuvky)
U₂=? (výsledné napětí)
I₂=? (výsledný proud)

U1	=	N1
U2		N2

230	=	1200
U2		300

230	=	4	... počet závitů se snížil 4×, proto se i napětí sníží 4×.
U2

U₂=230:4
U₂=57.5
Nyní, pokud se napětí 4× zmenšilo, musíme proud 4× zvětšit:

U1	=	I2
U2		I1

220	=	I2
57.5		200

4	=	I2	/×200
		200

800=I₂
I₂=800mA

Jiný způsob počítání - pomocí poměru:
N₁=1200 (počet závitů v primárním obvodu)
N₂=300 (počet závitů v sekundárním obvodu)
U₁=230V (střídavé napětí ze zásuvky)
I₁=200mA (proud ze zásuvky)
U₂=? (výsledné napětí)
I₂=? (výsledný proud)

p	=	N2
		N1

p	=	300	=	1	=	0,25
		1200		4

U₂=U₁×p=230*0,25=57,5V
I₂=I₁÷p=200÷0,25=800mA

Výkon se nemění:
P₁=U₁×I₁=230*200=46 000W=46kW
P₂=U₂×I₂=57,5*800=46 000W=46kW
P₁=P₂

Rozvodná elektrická síť

Proč je v elektrickém vedení vysoké napětí?
Dráty se při vedení proudu zahřívají → tepelné ztráty
Tomu se dá zamezit buď zmenšením vzdálenosti mezi elektrárnou a odběratelem (nemožné), nebo zvětšením průměru drátu (metr tlustý drát - nesmyslné), nebo zmenšením proudu a zvýšením napětí → transformátor
Elektrárna - 10kV (10 000V) → dálkový rozvod 220kV(může být až 400kV) = VVN (velmi vysoké napětí) → blízký rozvod - 22kV = VN (vysoké napětí) → místní rozvod - 230V = NN (nízké napětí)
Pokud bychom měli ideální transformátor:
výkon v primárním obvodu - P₁=U₁I₁=napětí×proud
výkon v sekundárním obvodu - P₂=U₂I₂
P₁=P₂ - ideální transformátor by dokázal transformovat beze ztrát
Př: zkuste navrhnout transformátor, který by transformoval z 10kV na 220kv:
napětí se zvedne 22krát, počet závitů v druhé cívce tedy musí být 22krát větší:

U1	=	N1
U2		N2

10kV	=	N1
220kV		N2

10kV	=	1
220kV		22

nebo:

10kV	=	1 000
220kV		22 000

nebo:

10kV	=	200
220kV		4400

atd.

Úkol: navrhněte transformátor, abychom u běžné sítě mohli používat zařízení které má 24V:
U₁=230V
U₂=24V
N₁=2300 například
N₂=240 například
N₁ a N₂ jsou na sobě závislé (N₂ je 9,583krát menší než N₁), ale můžou mít různé hodnoty - 230 a 24, 560 a 48, 230000 a 24000...
p=N₂÷N₁=240÷2300=0,104
I₁=200mA
I₂=?
I₂=200÷0,104=1923mA