Magnetismus
Magnetismus (20/20) · 5:38

Faradayův zákon a výroba elektřiny Ukážeme si, jakým způsobem je možno využít Faradayův zákon k výrobě elektřiny v turbínách.

Navazuje na Elektřinu, Matematiku vektorů.
Faradayův zákon už jsme probrali do hloubky. Víme, že máme-li vodivou smyčku, jejíž plochou prochází magnetický tok proměnlivý v čase, bude se v ní indukovat elektromotorické napětí, které v ní vyvolá proud závislý na odporu vodiče. Viděli jsme mnoho způsobů, jak změnu magnetického toku zajistit. Zaprvé je to změna magnetického pole. Můžeme měnit jeho velikost nebo orientaci. Můžeme měnit samotný tvar smyčky. Pokud je její plocha zmenší nebo zvětší, změní se tok skrz ní. Pamatujte, tok je pouze složka magnetického pole kolmá k povrchu smyčky. Berete jeho průměr a násobíte jej plochou smyčky. V tomto videu se podíváme na další způsob, jak indukovat elektromotorické napětí, kdy nebudeme měnit magnetické pole ani tvar smyčky, ale její orientaci. Konkrétně ji budeme otáčet. Zamysleme se nad tím. Mám tuhle smyčku. Je připojená na tuhle osu a já s ní budu otáčet po směru hodinových ručiček v tomto konstantním magnetickém poli. Vidíte, že je konstantní. Všechny vektory magnetického pole, kterými jsem jej znázornil, míří přímo vzhůru a mají stejnou velikost. Když tímhle začneme otáčet, bude se měnit úhel mezi magnetickým polem a plochou smyčky. Když tím pootočíme ve směru hodinových ručiček, složka magnetického pole kolmá k ploše se zvětší. O čem to mluvím? Podívejme se na to takto. Z hlediska smyčky je magnetické pole skloněno pod nějakým úhlem. Můžu ten úhel nakreslit sem. Je to prostě nějaký úhel. Není tu moc dobře vidět. Řekněme, že je tady. Když otáčíme touto smyčkou ve směru hodinových ručiček, co se s tímto úhlem bude dít? Po nějakém čase delta T, když tím otáčíme konstantní rychlostí… Když tím trochu pootočíme, magnetické pole bude vypadat takto. Toku se týká jenom složka kolmá k povrchu, která se změní z této podoby na tuto. Takže aspoň pro tuhle fázi otočení, než bude smyčka ve vodorovné poloze, kolmá složka magnetického pole se bude zvětšovat. Magnetický tok se v tom čase tedy bude zvětšovat také. Máme-li nárůst toku v čase, kdy otáčíme touto smyčkou až do polohy, kdy je úplně naplocho, co se bude dít? Budeme indukovat proud a zbývá jen zjistit jeho orientaci. Chceme proud, který indukuje magnetické pole jdoucí proti změně toku. Pokud náš tok v této části otáčení narůstá směrem vzhůru, z hlediska této smyčky musíme vytvořit magnetické pole působící proti tomu. Indukujeme proud, který vytváří magnetické pole potlačující změnu toku. Jaký proud takové pole vytvoří? Použiji pravidlo pravé ruky, moje prsty půjdou ve směru magnetických siločar. Musím použít svou pravou ruku, takže moje prsty budou mířit tudy, můj palec bude mířit tudy. To tedy bude směr indukovaného proudu. Ukazuji vám to, abyste si uvědomili, že je mnoho způsobů, jak způsobit změnu magnetického toku a indukovat proud. Tento způsob je obzvláště zajímavý, protože díky němu můžeme převést mechanické otáčení na indukovaný proud! Tento základní princip je součástí skutečných generátorů, i když ty nepoužívají jen takhle jednoduchou smyčku. Vlastně jsou opakem elektrických motorů. Elektrický motor spočívá v tom, že proud způsobuje otáčivý pohyb. Tady otáčivý pohyb způsobuje proud. Tohle se děje ve větrných a vodních generátorech. U této větrné elektrárny vítr otáčí lopatkami a uvnitř, v tomto malém prostoru, máte trochu lepší verzi této smyčky, která se otáčí a generuje proud. Magnetické pole nevypadá úplně takto. Mechanismus je vylepšený, ale základní princip je stejný. Uplatňuje Faradayův zákon. U vodní elektrárny je to stejné. Vyzužíváte potenciální energie tekoucí vody k pohonu turbíny, která nám na základě stejného principu vyrábí elektrický proud.
video