Magnetismus
Magnetismus (12/20) · 10:37

Elektromotory, 2. část V tomto videu si ukážeme, k čemu je v elektromotoru dobrý tzv. komutátor.

Navazuje na Elektřinu, Matematiku vektorů.
V posledním videu jsme skončili u toho, že máme-li magnetické pole mířící zprava a tuto smyčku z kovu nebo vodiče, kterou v tomto směru protéká proud… Můžete si představit kladné protony, i když víme, že elektrony tečou opačně. Pravidlem pravé ruky a tímto vzorečkem jsme zjistili, že celková síla, kterou na tuto část drátu působí magnetické pole, míří dolů. Na tuto část pak působí vzhůru. Na celý obvod, řekněme kancelářskou sponku, má tedy otáčivý účinek. Tato tečkovaná čára je osa otáčení. Ukázal jsem vám, že se bude otáčet takto. Na pravé straně ji magnetické pole tlačí nahoru, na levé dolů. Tady nahoře a dole nemá žádný účinek. Bude se tedy otáčet tímto směrem. A takhle to vypadá, když se trochu pootočí. Chci tím ukázat, že v této části, která je stejná jako tato část, působí celková síla pořád vzhůru. Ven z obrazovky. Ale ten směr vzhůru už nebude úplně kolmý k rameni síly. Tady je rameno síly. Rameno síly teď pod nějakým úhlem vystupuje z obrazovky. Jenom část této ven působící síly magnetického pole bude kolmá k rameni. Točivý moment bude menší, ale pořád bude v tom směru existovat. Vpravo z obrazovky vystupuje a vlevo se do ní vnořuje. To samé platí pro levou stranu. Dostane se to až do situace, kdy je smyčka svislá. Tahle strana je teď nahoře. Tahle strana je dole, pod rovinou vaší obrazovky. A v této situaci se točivý moment… Vlastně tu žádný není. Jak to? Protože když tato horní část míří přímo na vás, síla magnetického pole působící na smyčku tlačí směrem vzhůru. Není tu žádný točivý moment, protože síla tlačí přímo vzhůru a délka ramene síly, tedy tato délka, také míří vzhůru. Točivý moment je vektorový součin, takže vám jde o vzájemně kolmé síly. V tomto okamžiku tu tedy není žádný celkový točivý moment. To samé platí pro spodní část obvodu. Na spodní části magnetického pole působí jeho síla směrem dolů, tedy rovnoběžně s ramenem síly, takže nevznikne celkový točivý moment. Říkal jsem, že tu možná bude trocha momentu hybnosti, která udrží tento předmět v pohybu. Přetočí se tedy do… A teď to začne být zajímavé. Nakreslím to pořádně. Otočí se to sem. Chci v tom mít perspektivu. Otočí se to sem. Ujistím se, že to mám všechno. Tady se to otáčelo tímto a tamtím směrem. Tady už to nemá žádný točivý moment, ale horní strana se může pořád pohybovat doleva a spodní doprava. Dostane se to do této polohy a tato strana… Tady se to otočilo o více než 90 stupňů. Tento okraj je nyní tímto okrajem. Otočilo se to odtud až sem. Pořád to míří z obrazovky. Ale pokud je tato část shodná s touto, proud teď bude téct tímto směrem. Tento okraj se otočil dolů. Otočil se z pozice úplně vzadu do této. Proud tedy teče… Ujistím se, že to kreslím správně. Proud tedy teče takto. Jde sem nahoru, doprava. Tady na levé straně, která byla dříve pravou, teče proud pořád nahoru. Když uděláte vektorový součin, jaké na to bude působit celkové magnetické pole? Tedy síla magnetického pole? Použijeme pravidlo pravé ruky. Ukažte ukazováčkem vzhůru. Prostředníčkem ukažte ve směru magnetického pole. Tohle je dlaň, tohle jsou zbylé prsty. Nakreslím jim nehty, jako by byly lakované. Moje nejsou. Váš palec míří vzhůru. Na této straně smyčky tedy pořád budeme mít sílu mířící vzhůru. Když provedete vektorový součin nebo pravidlo pravé ruky na spodní straně, nebo za obrazovkou, pořád budete mít sílu působící dolů. Teď si najednou můžete představit… Otočilo se to. Otočilo se to tak, jak jsem to tady nakreslil: na této straně to vystupuje z obrazovky a na sruhé se to do ní vnořuje. Přetočilo se to o více než 90 stupňů a celková síla magnetického pole se obrátila. Strana, kterou proud teče směrem vzhůru, je teď ta levá. Síla magnetického pole teď na tuto stranu působí směrem ven a snaží se otáčet na druhou stranu. Snad to dává smysl. Představte si, jak se smyčka otáčí. Otočí se, jak jsem to nakreslil tady nahoře. Když se dostanete sem, snad vám zbyde trochu momentu hybnosti, abyste se mohli otáčet dál. Trocha rotační setrvačnosti, která vás dotlačí až sem. Možná se dostanete až do této polohy, kde jste se vlastně otočili o 180 stupňů. Pak na této straně poteče proud vzhůru a tady dolů, protože jste to vlastně přetočili. Účinek magnetického pole bude mířit vzhůru na levé straně a dolů na pravé. Bude se to otáčet opačně. Když se nad tím zamyslíte, bude to kmitat. Nakreslím to… No, nechci to kreslit, protože vás nechci zmást. Máme tu problém. Kdybychom z toho chtěli udělat motor, který by se otáčel dál, museli bychom v této poloze obrátit proud nebo vypnout magnetické pole. Nebo možná obrátit magnetické pole, aby mířilo opačným směrem. Máte vlastně ještě jeden problém, který je trochu menší, ale když budete touhle smyčkou pořád otáčet, tady se vám zkroutí dráty. Takže to nemůžete dělat donekonečna. Řešením je součástka zvaná komutátor. Nakreslím vám komutátor. Mám zase ten samý obvod, jen hůř nakreslený. Má ale tyhle dva kontakty. Má tyto kontakty, které jsou zakroucené. Vinou se směrem z obrazovky. A pak tu máme obvod. Tady si můžete také představit kontakty. A tyhle dvě věci se celou dobu dotýkají, takže skrz ně může procházet proud. Nakreslím tady baterii. Tohle je kladný pól a tohle záporný. V této části obvodu bude proud vždy téct tímto směrem. Vždycky poteče tímto směrem, nahoru a tudy. Když bude všechno takhle, co se bude dít dál? Proud poteče sem dolů. Tohle je proud I, tohle je proud I. A když provedeme pravidlo pravé ruky, budeme mít to samé magnetické pole. Magnetické pole míří pořád zleva. Stejně jako předtím, než jsem smazal tabuli, vidíte pravidlo pravé ruky a určíte, že celková síla magnetického pole bude tady mířit vzhůru a tady dolů. Bude způsobovat celkový točivý moment. A tahle část se bude otáčet. Tato část zařízení se bude otáčet. Mohli byste si tady představit malou tyčku. Je to nevodivá tyč, která je možná napojená na nějakou nápravu. Podél této osy se můžete otáčet, že? Síla magnetického pole způsobí točivý moment. Na této straně se otáčíme ven, směrem ven z obrazovky, a na druhé straně zpátky dovnitř. Pak za obrazovkou a zase ven z obrazovky. To bude výsledný točivý moment. To bude dělat, dokud se nedostane do svislé polohy. Ve svislé poloze vypadá obvod v horní části úplně stejně. Snažím se to nakreslit pořádně. Ve svislé poloze se může stát jedna ze dvou věcí, a nejlepší z nich je, že se tyto kontakty přeruší. Když se dostaneme do svislé polohy, proud přestane téct. Když jsme ve svislé poloze, vidíme jen vršek. Vidíme tohle. Vidíme, že to trochu vystupuje. A pak vidíme tuhle část. Vidíme tyč, která to drží, nebo tomu pomáhá se otáčet. Ale pořád máme nějaké… Víte, že proud byl přerušen. Nebude tu žádný točivý moment, žádná síla magnetického pole, protože tu není žádný kontakt. Tyhle věci se stáčí ven. Doufám, že si to dokážete představit. Pořád se otáčíme tímto směrem díky nějaké otáčivé setrvačnosti. A tady je ta nejzajímavější část. Co se stane, když se otočíme o víc než 90 stupňů? Zrovna mi došlo, že jsem přetáhnul 10 minut, takže se nad tím můžete zamyslet sami, já to dokončím v dalším videu. Uvidíme se příště.
video