Powtórzenie wiadomości z klasy II
Elektromagnetyzm – pole magnetyczne prądu
elektrycznego
Doświadczenie Oersteda (1820)
1.Jeśli przez przewodnik płynie prąd, to wokół tego przewodnika powstaje pole magnetyczne.
2.Obecność oraz kierunek linii tego pola można wykryć za pocą igły magnetycznej.
3.Zmiana kierunku przepływu prądu w przewodniku wywołuje zmianę kierunku pola magnetycznego wokół niego.
4.Układ linii pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem zależy od kształtu przewodnika.
5.Powstające wokół prostoliniowego przewodnika z prądem pole magnetyczne ma
kształt współśrodkowych okręgów.
Linie pola magnetycznego wokół
liniowego przewodnika z prądem
Linie pola magnetycznego zwojnicy
Pole magnetyczne wokół zwojnicy przypomina
kształtem pole wokół magnesu sztabkowego.
Elektromagnesy
1.Elektromagnes to magnes powstający w wyniku przepływu prądu elektrycznego.
2.Elektromagnes najczęściej zbudowany jest ze zwojnicy, w której płynie prąd, i ferromagnetycznego rdzenia (żelazo, kobalt, nikiel), wzmacniającego pole magnetyczne.
3.Elektromagnesy oddziałują na siebie
wzajemnie i z magnesami: przyciągają się biegunami różnoimiennymi, a odpychają – jednoimiennymi.
4.Przykładowe zastosowania elektromagnesów:
➢
dźwigi elektromagnetyczne na złomowiskach;
➢
zamki i zawory elektromagnetyczne;
➢
włączniki i styczniki elektromagnetyczne;
➢
akceleratory;
➢
urządzenia do magnetycznego rezonansu
jądrowego.
Silnik elektryczny
1.Na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła zwana siłą
elektrodynamiczną.
2.Siła ta działa prostopadle do przewodnika oraz prostopadle do linii pola magnetycznego. Zależy od kierunku i natężenia prądu oraz od ustawienia przewodnika względem linii pola.
3.Oddziaływanie to można wyjaśnić na podstawie oddziaływania magnesu z polem magnetycznym wytworzonym przez prąd płynący w przewodniku.
4.Oddziaływanie pola magnetycznego na
przewodnik z prądem znalazło zastosowanie w silnikach elektrycznych.
5.W silniku elektrycznym energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną.
6.Silnik na prąd stały zbudowany jest z:
➢ stojana – tworzą go magnesy trwałe lub elektromagnesy;
➢ wirnika – ułożyskowanej zwojnicy, umieszczonej między magnesami, czyli wewnątrz stojana.
7.Wirnik, w którym płynie prąd, staje się
elektromagnesem, który oddziałuje na magnesy.
Dzięki temu wirnik się obraca.
Siła elektrodynamiczna
Prąd elektryczny to poruszające się ładunki. Na ładunki przepływające w przewodniku umieszczonym w polu magnetycznym działa siła
elektrodynamiczna F.
Gdy prostoliniowy przewodnik jest
prostopadły do linii pola magnetycznego o indukcji B, to:
F = B * I * l B – indukcja magnetyczna, I – natężenie prądu,
l – długość przewodnika
Zwrot siły określa reguła lewej dłoni.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej
1.Względny ruch magnesu i
przewodnika sprawia, że zaczyna płynąć prąd. Nazywamy go prądem indukcyjnym.
2.W przewodniku umieszczonym w zmiennym polu magnetycznym powstaje napięcie elektryczne – zjawisko to nazywamy indukcją elektromagnetyczną.
3.Zjawisko indukcji
elektromagnetycznej zostało
odkryte niezależnie przez dwóch
naukowców - Michaela Faraday'a i
Josepha Henry'ego.
Prądnica
➢
Zjawisko indukcji
elektromagnetycznej znalazło zastosowanie w prądnicach i transformatorach prądu
zmiennego.
➢
W prądnicy energia mechaniczna zamieniana jest na energię
elektryczną.
➢
Prądnica (generator prądu) to zwojnica obracająca się w polu magnetycznym.
➢
Przykładem prądnicy jest prądnica
rowerowa (tzw. dynamo).
Transformator
➢
Transformator to urządzenie służące do obniżania lub podwyższania napięcia elektrycznego.
➢
Transformator zbudowany jest z uzwojenia pierwotnego i wtórnego, które są
umieszczone na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym.
➢
Przepływ prądu zmiennego w uzwojeniu pierwotnym wzbudza przepływ prądu w uzwojeniu wtórnym. Jest to możliwe dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
➢
Za pomocą liczby zwojów na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym możemy regulować napięcie powstające na uzwojeniu
wtórnym. Przedstawia to proporcja:
Fale elektromagnetyczne
Długość i częstotliwość fali
1.Fale elektromagnetyczne powstają w wyniku zaburzenia pola magnetycznego lub elektrycznego. Dzieje się tak, ponieważ prąd elektryczny jest źródłem pola
magnetycznego, a źródłem prądu jest zmienne pole magnetyczne. W efekcie wzajemnej zależności elektryczności i magnetyzmu w przestrzeni rozchodzi się zaburzenie nazywane falą elektromagnetyczną.
2.Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w próżni z prędkością 300 000 km/s.
3.Długość fali λ (lambda) oblicza się ze wzoru:
λ = v / f lub w próżni:
λ = c / f gdzie v - prędkość rozchodzenia się fali,
f - częstotliwość.
4.Im większa jest długość fali, tym mniejsza jest jej częstotliwość. Mówimy, że długość i
częstotliwość fali są do siebie odwrotnie proporcjonalne.
Do fal elektromagnetycznych zaliczamy:
➢ fale radiowe – mają największą długość fali i najmniejszą częstotliwość. Znalazły zastosowanie w radiofonii i telewizji oraz telekomunikacji;
➢ mikrofale – mają mniejszą długość niż fale radiowe, stosowane są m.in. w radarach, łączności satelitarnej, kuchenkach mikrofalowych, telefonii komórkowej;
➢ podczerwień – ma długość fali mniejszą od mikrofal, ale większą od światła widzialnego, emitowana jest przez wszystkie ciała o temperaturze większej od zera bezwzględnego, także przez ciało człowieka; podczerwień jest stosowana m.in. w noktowizorach, termowizji oraz komunikacji typu IRDA;
➢ światło widzialne – światło rejestrowane przez wzrok człowieka; różnym długościom fali odpowiada różna barwa światła:
najkrótsze są fale światła fioletowego, a najdłuższe – czerwonego;
➢ ultrafiolet – ma większą częstotliwość niż światło widzialne; jego źródłem są lampy kwarcowe i Słońce; w dużych dawkach jest szkodliwy dla skóry, w małych dawkach stosuje się go w terapii schorzeń dermatologicznych; ponadto wykorzystywany jest on do sterylizacji sprzętu medycznego i pomieszczeń, przyspieszania reakcji chemicznych w przemyśle chemicznym, identyfikacji minerałów (spektroskopia UV);
➢ promieniowanie rentgenowskie (promienie X) – wytwarzane przez aparaty rentgenowskie, Słońce i inne obiekty astronomiczne; jest przenikliwe (ale zatrzymuje je warstwa ołowiu); promienie X stosowane są w diagnostyce i terapii medycznej oraz do badania struktury wewnętrznej materiałów i konstrukcji, np. elementów silników samolotowych, prześwietlania bagażu na lotniskach;
➢ promieniowanie gamma – promieniowanie o najmniejszej długości i największej częstotliwości; emitowane jest przez pierwiastki promieniotwórcze oraz podczas reakcji jądrowych; jest bardzo przenikliwe, silnie jonizujące i zabójcze dla organizmów żywych; stosuje się je w radioterapii nowotworów, w diagnostyce medycznej, do sterylizacji żywności i sprzętu medycznego.
