OSNOVE ELEKTROTEHNIKE
INTERAKTIVNI NASTAVNI MATERIJALI
animacije · pokusi · lab. vježbe · simulacije · test pitanja · zadaci

Magnetizam · Inducirani napon zbog pomicanja magneta

Prikazan je vodljivi (metalni) zavoj (prsten) koji je prekinut. Krajevi prekida su označeni s $a$ i $b$. Na osi zavoja (s desne strane) nalazi se stalni magnet. Magnetske silnice izlaze iz N pola (iz sjevera). Dio silnica prolazi kroz površinu prstena i stvara magnetski tok $\varPhi$. Ako se magnet približava prstenu taj tok se mijenja — raste, jer sve veći broj silnica prolazi kroz površinu prstena, a kada se magnet udaljava magnetski tok pada (jer sve manji broj slinica prolazi kroz površinu prstena). Smjer magnetskih slinica (magnetski tok) je zadan u lijevo (prikazan plavom strelicom).

Zbog promjene toka nastaje prema Faradayevom zakonu inducirani napon. Ako bi prekid prespojili potekla bi inducirana struja. Prsten gledano sa krajeva $a$ i $b$ postaje izvor el. energije. Iznos napona ovisi o brzini promjene toka $({{\Delta\varPhi} \over {\Delta t}})$. Što je brža promjena toka napon će biti veći. Osim iznosa, napon ima i polaritet. U nastavku je opisan način određivanja polariteta napona odnosno smjera inducirane struje.

Ovdje imate animaciju u kojoj će se nakon pritiska (klika) na tipku kreni magnet pomicati u lijevo, zaustavit će se i nakon toga vratiti na početni položaj. Dobivate graf promjene toka i graf promjene napona. Sve što je do sada rečeno možete "pročitati" na ovim grafovima. Isprobajte... i osposobite se za primjenu Faradayevog zakona i Lenzovog pravila u sličnim situacijama.

Pričekajte nekoliko sekundi za pripremu appleta

Za određivanje polariteta koristimo Lenzovo pravilo: Inducirana struja stvara tok koji se protivi promjeni toka nastalog od magneta. Ovdje struje nema jer strujni krug nije zatvoren. Da bi odredili polaritet induciranog napona moramo postaviti pitanje: Koji bi smjer trebala imati ta struja? Kad to ustanovimo (pravilom desne ruke za određivanje smjera silnica zavoja), pitamo se na kojem kraju prekida treba biti $+$ da bi potekla struja u tom smjeru.

Ako na krajeve $a$ i $b$ spojimo otpornik (trošilo) dobivamo jednostavni strujni krug: izvor (prsten) — vod (žice) — trošilo $(R)$. Struje ima tako dugo dok pomičemo magnet. Pretpostavimo da je $+$ pol izvora na stezaljki $a$. Podsjetimo se kako teče struja:

  • u vanjskom dijelu strujnog kruga (kroz trošilo) struja teče od $+$ prema $-$
  • a unutar izvora je smjer struje od $-$ prema $+$

Treba primijetiti da se prilikom pomicanja magneta vršimo rad (trošimo mehaničku energiju). Pažljivi čitatelj će primijetiti da je za pomicanje naboja unutar izvora potrebna "neka sila". To je elektromotorna sila. Karakter te sile je različit i ovisi o vrsti izvora. Općenito možemo kazati da se u u izvoru vrši pretvorba jedne vrste energije (mehaničke, toplinske, svjetlosne, kemijske) u drugu - električnu, koju onda u našim uređajima opet pretvaramo u (dopunite)...

Osim sa povećanom brzinom pomicanja magneta, inducirani napon se može povećati tako da umjesto jednog zavoja postavimo zavojnicu. Otpor žice takve zavojnice dobiva ulogu unutarnjeg otpora izvora. Ako na krajeve $a$ i $b$ putem priključnih vodiča spojimo nul—instrument možemo načiniti pokus u kojem ćemo eksperimentalno ustanoviti polaritet i iznos induciranog napona (slika dolje lijevo).

Na slici dolje desno prikazana je jedna od primjeni Faradayevog zakona. To je akumulatorska svjetiljka kojoj akumulator napunimo tako da je "tresemo" lijevo-desno i pritom pomičemo magnet koji prolazi kroz zavojnicu. Nastala struja preko elektroničkog regulatora puni akumulator...