4. Jak pole elektryczne wywołuje pole m

4. Jak pole elektryczne wywołuje pole magnetyczne

Duński fizyk Hans Christian Oersted w 1820 roku odkrył, że istnieje związek pomiędzy zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi. Gdy przez przewód płynie prąd, igła kompasu znajdująca się w niedalekiej odległości od przewodu wychyla się. Gdy zamieniamy bieguny, do których podłączony jest przewód, czyli gdy prąd płynie w drugą stronę, igła odchyla się w przeciwnym kierunku. Kierunek wychylenia zmienia się na przeciwny także wtedy, gdy zmieniamy położenie igły.

obwód otwarty (prąd nie płynie)

igła wskazuje kierunek północ-południe

gdy prąd płynie igła wychyla się

Prąd płynący w przewodniku wywołuje pole magnetyczne.

Pole elektryczne wywołuje pole magnetyczne.

Pole magnetyczne przewodnika prostoliniowego:

Rozsypujemy opiłki żelaza na szkle. Przez szkło przechodzi przewodnik prostoliniowy. Obserwujemy linie sił pola magnetycznego wytworzonego przez pole elektryczne:

Gdy zamiast opiłków żelaza umieścimy igły magnetyczne, to zobaczymy zwrot wytworzonego pola magnetycznego. Okazuje się, że zwrot pola magnetycznego zależy od kierunku prądu przepływającego w przewodniku.

Kierunek pola magnetycznego określa reguła prawej dłoni:

Jeżeli prawą dłonią obejmiemy przewodnik tak, że kciuk będzie wskazywał kierunek przepływu prądu elektrycznego w przewodniku to pozostałe cztery zgięte palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego.

reguła prawej dłoni

Pole magnetyczne zwojnicy:

Gdy przez zwoje drutu płynie prąd elektryczny to pole magnetyczne wokół zwojnicy jest silniejsze niż w przypadku przewodnika prostoliniowego. Kierunek pola magnetycznego wskażą nam igły magnetyczne a jego obraz opiłki żelazne:

Zwrot linii pola magnetycznego zależy od kierunku prądu płynącego przez zwoje i można ten zwrot określić wpisując literę N lub S w przewodnik kołowy. Poniżej rysunek objaśniający określanie zwrotu biegunów:

Przed przewodnikiem kołowym jest biegun S. Za przewodnikiem kołowym jest biegun N.

Do określenia zwrotu pola magnetycznego można użyć prawej dłoni. Zgięte palce pokazują kierunek prądu w zwojnicy. Kciuk pokazuje biegun N.

Elektromagnes:

Jednym z ważniejszych przyrządów będącym zastosowaniem pola magnetycznego wytwarzanego przez pole elektryczne jest elektromagnes.

Elektromagnes - jest to zwojnica posiadająca w środku rdzeń żelazny.

Najprostszy elektromagnes można wykonać samemu. Zwoje drutu nawijamy na gwóźdź i podłączmy pod baterię.

Siła elektromagnesu zależy od ilości zwojów, prądu przepływającego przez zwojnicę oraz od wielkości rdzenia.

Elektromagnesy mają szerokie zastosowanie. Pracują na złomowiskach, zamykają (otwierają drzwi). Przykładem zastosowania elektromagnesów jest dzwonek elektryczny:

Gdy prąd przepływa przez zwojnicę pole magnetyczne przyciąga metal. Gdy metal jest przyciągnięty obwód (styk T) jest przerywany i prąd nie płynie. Nie ma pola magnetycznego metal powraca na swoje miejsce zamykając obwód. Sytuacja się powtarza.

Silnik elektryczny:

silnik elektryczny zasilany prądem stałym służący do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną. Silnik elektryczny prądu stałego zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi znajdowało się pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać.

Na ramkę, w której płynie prąd elektryczny, działa para sił elektrodynamicznych z powodu obecności pola magnetycznego. Siły te powodują powstanie momentu obrotowego. Ramka wychyla się z położenia poziomego (jak na rys. 1), obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija położenie pionowe (w którym moment obrotowy jest równy zero a szczotki nie zasilają ramki). Po przejściu położenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale odwrotnie, prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w dalszym ciągu jest obracana w tym samym kierunku.

W uzwojeniu wirnika płynie prąd, wokół wirnika powstaje pole magnetyczne. Lewa strona wirnika jest odpychana przez lewy biegun trwałego magnesu w prawo, powodując obrót wirnika

Wirnik kontynuuje obrót.

Gdy wirnik osiągnie położenie pionowe, komutator zmienia kierunek płynącego przez elektromagnesy wirnika prądu, zmieniając kierunek wytworzonego pola magnetycznego. Proces powtarza się..