10.1.
Mozgassunk el egy vezetéket homogén mágneses térben az indukcióvonalakra merőlegesen.
A vezetékkel összekapcsolt mérőműszer áramot jelez. Mi lehet a jelenség magyarázata?
Ezt
a jelenséget mozgási indukciónak nevezzük. A mágneses mezőhöz
képest mozgó vezetővel együtt mozognak a benne lévő töltések is. A mozgó töltésekre
pedig hat a Lorentz-erő. Méghozzá ellentétes irányba mozdítja el a pozitív
és negatív töltéseket, így hozza létre az indukált feszültséget, melynek hatására
zárt áramkör esetén megindul az indukált áram. Igazolható, hogy az indukált
feszültség egyenesen arányos
- a mágneses indukcióval (B)
- a vezető hosszával (l)
- a mozgás sebességével (v).
Tehát U=Blv.
10.2.
Mozgassunk mágnest felfüggesztett alumínium gyűrűhöz viszonyítva! Mit tapasztalsz
közelítéskor, illetve távolításkor? Ismételd meg úgy a kísérletet, hogy az
alumínium gyűrű ne legyen zárt!
Ezek szerint a mágneses mező olyan áramot indukál, melynek mágneses mezője csökkenteni igyekszik az őt létrehozó hatást. Ezért tapasztalunk közeledéskor taszítást, távolódáskor pedig vonzást. Ez Lenz törvénye, mely tulajdonképpen az energiamegmaradás törvényét fejezi ki.
A mozgási elektromágneses indukció lehetőséget biztosít arra, hogy mechanikai energia befektetése révén elektromos mezőt, elektromos energiát hozzunk létre. Ezen az elven működnek az elektromos generátorok. Azaz, ha nem egyenes vezetőt, hanem egy vezetőkeretet forgatunk mágneses mezőben, akkor megoldott a folyamatos indukált feszültség. Egy eltérés azonban adódik az eddig megismert elektromos árammal szemben. Ennek az áramnak az iránya és nagysága periodikusan változik az idő függvényében, éppen ezért váltakozó áramnak nevezzük.
Az
áramirányának változásán nem lepődünk meg, hiszen - akárcsak az alumínium
gyűrű esetében - a mozgatás irányától függ a keletkező indukált áram iránya.
A nagysága pedig azért változik, mivel az indukcióvektor (B) és a vezető (l)
egymáshoz viszonyított helyzete befolyásolja az indukált feszültség (U) értékét.
A váltakozó feszültség pillanatnyi értéke a feszültséget előállító generátor
forgórészének szögelfordulásával együtt változik.
10.3.
A konnektorban ezek szerint nem minden esetben 230V a feszültség?
A gyakorlatban a váltakozó feszültség és a váltakozó áram pillanatnyi értékei helyett inkább az átlagos jellemzők a fontosak. A hőhatás szempontjából vett átlagos értékeket effektív értéknek nevezzük. Egy váltakozó feszültség effektív értékén egy olyan időben állandó feszültséget – egyenfeszültséget – értünk, amely ugyanazon a fogyasztón, ugyanannyi idő alatt ugyanannyi hőt fejleszt.
és 
Magyarországon a hálózati feszültség effektív értéke 230
V, frekvenciája 50 Hz, periódusideje 0,02 s.
Természetesen a fordított folyamat is elképzelhető, mely szerint elektromos
áram hoz forgásba valamilyen alkatrészt. Pontosabban , ha egyenáramot vezetek
a mágneses mezőbe helyezett tekercsbe, vezető keretbe, akkor a forgásba jön
(egyenáramú motor).
10.4.
Az ábra alapján és a mozgási indukcióról tanultak alapján próbáld meg leírni
a dinamikus mikrofon működését!
Nyugalmi indukció során a mágneses mező változik a nyugvó vezető körül, vagyis nem a vezetőt mozgatjuk a mágneses mezőben, hanem a mágneses mezőt változtatjuk a vezető körül.
10.5.
Tekercs belsejében mozgassuk a rúdmágnest! Mit tapasztalunk?
10.6. Változó mágneses mezőt úgy is elő tudunk állítani, hogy egy tekercs áramkörét nyitjuk illetve zárjuk. Ennek a tekercsnek a közelébe helyezzünk el egy másik tekercset, melyhez voltmérőt kapcsolunk! A szoros csatolás érdekébe helyezzünk közös vasmagot a két tekercsbe! Jegyezzük le tapasztalatainkat!
Az elvégzett kísérletekben is feszültség indukálódott egy
tekercsben, de ezt nem a tekercs és a mágnes viszonylagos mozgása hozta létre,
tehát nem a Lorentz-erő következményéről van szó. A belső tekercs áramának
változása mágnesesmező-változást eredményezett, és ez hozta létre a külső
tekercsben a feszültséget. Az indukált feszültség annál nagyobb, minél nagyobb
fluxusváltozás történik a tekercsben, és minél rövidebb idő alatt.
Lenz törvénye a nyugalmi indukció áramára is igaz.
10.7.
Végezd el az ábra szerinti egyszerű kísérletet!
A nyugalmi indukción alapul a transzformátor működése.
10.8.
Kik készítették az első, üzemi célokra használható transzformátort?
10.9. Miért a váltakozó áramot használják napjainkban, miért nem az egyenáramot?
Gondold csak végig, ha távolra akarjuk szállítani az elektromos energiát, ahhoz vezetékre van szükség. Minél hosszabb a vezeték annál nagyobb az ellenállása, és így I2r teljesítmény fordítódik a vezeték melegedésére. Éppen ezért r nagy értéke miatt célszerű kis áramerősséget alkalmazni, hogy minél kisebb legyen a veszteség, az elektromos energia minél kisebb része alakuljon át hővé, melegítse a vezetéket. Az áramerősség csökkenését el tudjuk érni úgy, hogy nagyobb feszültségen szállítjuk. Erre alkalmas a transzformátor. Az egyenáramot viszont nem lehet transzformálni, mivel ahhoz, hogy a szekunder tekercsben feszültség indukálódjon változó mágneses mező kell. Amennyiben az áramerősség állandó lenne, akkor a körülötte kialakuló mágneses mező sem változna. Ezen tulajdonságok miatt szorította ki világszerte az egyenáramot a gazdaságosabban felhasználható váltakozó áram. Egy nagy hátránya azonban mindenképpen van a váltakozó áramnak méghozzá az, hogy nem tudjuk tárolni.
mozgási
indukció, nyugalmi indukció, Lenz-törvénye, váltakozó áram, transzformátor,
effektív érték,