F31 - Harmonický pohyb přímého vodiče

v homogenním magnetickém poli

Cíl

Dokázat, že při harmonickém pohybu vodiče v homogenním magnetickém poli kolmo k indukčním čarám, se na jeho koncích indukuje napětí měnící se podle funkce sinus.

Pomůcky

• modul voltmetr
• vodič délky 10 cm
• 2x vodivá závěsná vlákna
• velký podkovový magnet 2x

Pozn.: Vodič s vodivými závěsy můžeme nahradit magnetickou houpačkou ze žákovské demonstrační soupravy elektřina a magnetismus pro ZŠ.

Provedení

V programu nastavíme celkový čas měření 15s se vzorkovací frekvencí 100 Hz. Oživíme kanál A, ke kterému připojíme modul voltmetr. Ponecháme standardní zobrazení s vypnutým opakováním.

Konce vodivých vláken připevníme k voltmetru, na kterém nastavíme rozsah 0.01V s nulou uprostřed.Voltmetrem měříme napětí indukované na koncích vodiče.

Měřením můžeme srovnat hodnoty indukovaného napětí při použití dvou podkovových magnetů řazených vedle sebe (tím se zvýší magnetický indukční tok plochou opsanou pohybující se částí vodiče ve tvaru úsečky v magnetickém poli).

Pozn.: Přímý vodič zavěšený na vodivých vláknech můžeme považovat při malé výchylce za harmonický kyvadlový oscilátor. Vodič tak koná přímočarý nerovnoměrně zrychlený pohyb. S touto charakteristikou pohybu souvisí časový průběh indukovaného napětí.

Vysvětlení

Při pohybu vodiče v magnetickém poli kolmo k indukčním čarám působí na elektrony v pohybujícím se vodiči magnetická síla (v této poloze vodiče má maximální hodnotu).Ta způsobuje vznik indukovaného elektrického pole, které na koncích vodiče vyvolává indukované napětí. Pohybující se vodič tak působí,jako zdroj napětí. V tomto případě je časová změna indukčního toku způsobena časovou změnou plochy opsanou pohybujícím se vodičem v magnetickém poli.

Pozn.: Změnou směru magnetického pole (vodič se pohybuje rovnoběžně s indukčními čarami) se v důsledku působení nulové magnetické síly indukuje na jeho koncích nulové napětí.

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014