Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Magnetiska fält och krafter Magnetiska fält Permanent magneter Geomagnetism Magnetiska krafter på en laddning i rörelse Rörelse av laddad partikel i ett.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Magnetiska fält och krafter Magnetiska fält Permanent magneter Geomagnetism Magnetiska krafter på en laddning i rörelse Rörelse av laddad partikel i ett."— Presentationens avskrift:

1 Magnetiska fält och krafter Magnetiska fält Permanent magneter Geomagnetism Magnetiska krafter på en laddning i rörelse Rörelse av laddad partikel i ett magnetiskt fält Masspektrometer Kraftverkan på strömförande ledare i ett magnetiskt fält Vridmoment på en strömförande spole Magnetiska fält producerade av strömmar Magnetiska material

2 Magnetisk kraft En laddning placerad i ett magnetiskt fält påverkas av en kraft, förutsatt att: Laddningen är i rörelse (inga magnetiska krafter verkar på en laddning i vila). Laddningens hastighet måste ha en komposant som är vinkelrät mot magnetiska fältets riktning. Figure 21.6 Kraftens riktning ges av en högerhandsregel, vilken illustreras i figur: Figure 21.7 Magnetiska fält och krafter Exempel

3 Magnetiskt fält Definition av det magnetiska fältet Storleken, B, av det magnetiska fältet i en given punkt ges av B = F / [ q 0 ( v sin  ) ] där F är storleken av den magentiska kraft som påverkar en positiv testladdning q 0 som rör sig med hastigheten v, och  är vinkeln mellan v och B. Det magnetiska fältet är en vektor, vars riktning kan bestämmas med en liten kompassnål. SI-enhet:Ns/[Cm] = T (tesla). Vanlig enhet:1 gauss = tesla. Magnetiska fält och krafter

4 Rörelse av en laddad partikel i ett magnetiskt fält Rörelsen av en laddad partikel i ett magnetiskt fält skiljer sig märkbart från rörelsen i ett elektriskt fält. Figure En elektrisk kraft är parallell med E. Magnetisk kraft är vinkelrät mot B, och mot v. En magnetisk kraft uträttar inget arbete på en laddad partikel och kan därför inte heller förändra dess kinetiska energi. Laddad partikel i cirkulär bana: Figure Exempel 3, sid 637 Magnetiska fält och krafter F c = F magn F c = mv 2 / r F magn = q v B

5 Strömledare i magnetiskt fält En laddning,  q, som rör sig i ledaren med en hastighet v, påverkas av en magnetisk kraft F =  q v B       q q FL På tiden  t rör sig laddningen sträckan L = v  t i ledaren. Detta medför att en ström I =  q /  t flutit sträckan L i ledaren. Då har ledaren påverkats av kraften Magnetiska fält och krafter F = (  q /  t ) ( v  t ) B = I L B

6 Strömledare i magnetiskt fält Figure En strömförande ledare med längden L, som går igenom ett magnetfält med styrkan B påverkas av en kraft F, vars belopp är F = I L B sin , där  är vinkeln mellan ledaren och magnetfältet. Kraftens riktning ges av en högerhandsregel, se figur Magnetiska fält och krafter

7 Kraftmoment på en strömslinga En strömförande ledare som placeras i ett magnetfält påverkas av en kraft. Om ledaren utformas som en slinga (ögla, loop) så ger de magnetiska krafterna upphov till ett kraftmoment som vill vrida slingan, se figur Kraftmomentets storlek beror på den vinkel som slingan bildar med magnetfältet. 90 o F - F Normal F - F Normal Inget kraft- moment Maximalt kraftmoment Magnetiska fält och krafter Figure 21.22

8 Kraftmoment på en strömslinga En strömförande spole med N varv, och som befinner sig i ett magnetfält med styrkan B, påverkas av ett kraftmoment, , vars storlek ges av  = N I A B sin , där I är den ström som går igenom spolen, och A är den area som strömslingan upptar, samt  är vinkeln mellan strömslingans normal och magnetfältets riktning. StrömslingaSpole = N st strömslingor I Strömslinga Figure Magnetiska fält och krafter

9 Likströmsmotor En likströmsmotor består av en strömförande spole i ett magnetfält. Dess funktion kan förklaras med hjälp av figur I figur 21.25a kommer strömmen från batteriet in till spolen på vänster sida och lämnar spolen till höger. Denna ström producerar ett kraftmoment som tenderar att vrida spolen till läget i figur 21.25b. I läget i figur 21.25b så är totala kraftmomentet noll, men på grund av spolens tröghet så fortsätter spolen att rotera förbi detta läge. Via kommutatorn växlar strömmen riktning i spolen vilket medför en fortsatt vridning i samma rotations- riktning. Magnetiska fält och krafter Figure 21.25

10 Magnetfält från rak strömförande ledare En rak lång strömförande ledare producerar ett magnetfält, vars storlek på avståndet r från ledaren är B =  0 I / [ 2  r ]. Magnetfältets riktning ges av högerhandsregel nr 2. I r B Figure Magnetiska fält och krafter Högerhandsregel 2 Böj högerhandens fingrar så att de bildar en halvcirkel. Låt tum- men peka i strömmen Is riktning, då kommer fingertopparna att peka i magnetfältet, Bs, riktning

11 Magnetiskt fält kring en strömslinga Magnetiska fält och krafter I centrum av en strömslinga med N varv och radie R produceras ett magnetfält med styrka B = N  0 I / 2 R Magnetfältets riktning ges av högerhandsregel 2. Magnetfältet kring en strömslinga liknar det kring en stavmagnet Figure 21.33

12 Magnetiskt fält inuti en spole Magnetiska fält och krafter Inuti en lång spole(solenoid) produceras ett magnetfält med styrka B = n  0 I, där n är antalet varv per längdenhet. Figure Solenoider kallas ofta för elektromagneter och har flera fördelar över permanentmagneter, B kan varieras med hjälp av I och N, Nord- och sydpol kan skiftas.

13 Elektromagnetisk induktion Inducerad ems och inducerad ström Ems inducerad i en ledare i rörelse Magnetiskt flöde Faradays lag för elektromagnetisk induktion. Lenzs lag för att bestämma polariteten av en inducerad ems Tillämpning:Mikrofonen Den elektriska generatorn Produktion av en ems Levererad energi Mot-ems från en elmotor Ömsesidig induktans och självinduktans Transformatorer

14 Inducerade strömmar Förändring av spolarean i ett magnetfält Roterande spole i ett magnetfält Exemplen, illustrerade i figur 22.1 och 22.3, har alla gemensamt att det magnetiska fält, som är inneslutet innanför spolens strömslinga, förändras i tiden (riktning och/eller storlek) relativt spolens orientering. Elektromagnetisk induktion Metoder. En permanentmagnet rör sig genom en spole. En spole rör sig i närheten av en fixerad permanentmagnet.

15 Inducerad ems Exemplen, illustrerade i figur 22.1 och 22.3, har också gemensamt att de utgör slutna elektriska kretsar. Om kretsarna vore öppna så skulle ingen ström kunna induceras, dock induceras fortfarande en spänningsskillnad, ems, mellan spolens poler. Elektromagnetisk induktion

16 Ems inducerad i en ledare i rörelse      v B L Den magnetiska kraften som verkar på de fria laddningarna i ledaren medför att positiva laddningar sam- las i övre delen av ledaren och de negativa laddningarna i nedre delen. Härigenom uppkommer en potentialskillnad mellan ledarens båda ändpunkter. Potentialskillnadens storlek, kallad rörelse-ems, bestäms av att de elektrostatiska och de magnetiska krafterna balanserar varandra F B = q v B,F E = q E,ems = E L  ems = v B L Elektromagnetisk induktion v, B och L inbördes vinkelräta

17 Magnetiskt flöde magnetiska flödet Det magnetiska flödet, , genom en yta med area A definieras som  = B A cos , där  är vinkeln mellan ytans normal och magnetfältet. SI-enhet:tesla·meter 2 = weber (Wb). Figure Exempel 4, sidan 678 En rektangulär strömslinga befinner sig i ett magnetfält med styrkan B = 0,50 T. Slingan har en area, A = 2,0 m 2. Bestäm det magnetiska flödet för de tre orienteringarna  = 0º,  = 60º,  = 90º, som visas i figur Elektromagnetisk induktion Figure 22.11

18 Faradays induktionslag Den medelspänning, ems, som induceras i en spole med N varv är ems = - N  /  t, där  är förändring i magnetiskt flöde genom en slinga och  t är tidsintervallet under vilken förändringen sker. Termen  /  t är medelförändringen per tidsenhet av magnetiskt flöde som passerar en slinga. SI-enhet:volt (V). Elektromagnetisk induktion Ett momentanvärde för inducerad ems fås i gränsen att  t  0:  ems = - N d  / dt

19 Lenzs lag Den ems som induceras av ett varierande magnetiskt flöde har en polaritet som leder till en inducerad ström vars riktning är sådan att dess inducerade magnetiska flöde motverkar den ursprungliga flödesändringen. Figure Elektromagnetisk induktion I

20 Generatorn Elektromagnetisk induktion I sin enklaste form så består en växelströmsgenerator av en strömslinga som roterar i ett likformigt magnetiskt fält, som i figur Strömslingan är ofta lindad kring en järnkärna. Figure V ems = - N d  /dt,(Faradays induktionslag)  = B A cos  = B A cos 2  f t,(Definition av magn. flöde)  V ems = N B A 2  f sin 2  f t = V 0 sin 2  f t

21 Mot-ems från elektrisk motor Då en elmotor drivs, så har vi en spole som roterar i ett magnetfält, dvs samma situation som i en generator. På samma sätt som för en generator så induceras i elmotorn en motspänning V ems, vilken motverkar den pålagda drivande spänningen V. Nettoeffekten blir att elmotorn drar mindre ström I = [ V - V ems ] / R Obs! I startögonblicket är V ems = 0  I start = V / R Elektromagnetisk induktion Figure 22.25

22 Ömsesidig induktans Figure  2  I 1  N 2  2 = M I 1 V ems,2 = - N d  2 /dt = -M dI 1 / dt Elektromagnetisk induktion Variation i I 1  variation i  1 (B) Variation i  1  variation i  2 Variation i  2  inducerad V ems2 I1I1 B 1 2  - V ems,2 + M kallas för ömsesidig induktans SI-enhet: V s / A = H (henry) + - I2I2

23 Självinduktans I B    I  N  = L I V ems = - N d  /dt = -L dI / dt Variation i I  variation i  (B) Variation i   inducerad V ems L kallas för självinduktans SI-enhet: V s / A = H (henry) Elektromagnetisk induktion + - V ems

24 Transformatorn Figure V p = - N p d  /dt,(Faradays induktionslag) V s = - N s d  /dt,  V s / V p = N s / N p VpVp NpNp VsVs NsNs Elektromagnetisk induktion


Ladda ner ppt "Magnetiska fält och krafter Magnetiska fält Permanent magneter Geomagnetism Magnetiska krafter på en laddning i rörelse Rörelse av laddad partikel i ett."

Liknande presentationer


Google-annonser