A mozgási elektromágneses indukció 10. évfolyam

Tartalomjegyzék Kísérleti eszközök Beállítások Az első mérés A második mérés A harmadik mérés A jelenség magyarázata

Kísérleti eszközök A kísérlethez szükséges eszközök: 4 db patkómágnes. Egy állvány és a rajta szabadon mozgó („lengő”) rézvezeték. EDAQ530, mérőszenzor, PC, amelyekkel mérhető a rézdrót végpontjai közötti feszültség. >

A szenzor beállításai Az igen kicsi mágneses indukció (mT) miatt viszonylag nagy erősítés szükséges, ezért a panelen a jumper az IC-hez közelebbi helyzetben legyen. Csatlakoztassuk a szenzort a rézvezetéket tartó állvány csatlakozási pontjaihoz.

Az EDAQ530 csatlakoztatása Csatlakoztassuk a szenzort az EDAQ530-hoz, majd az utóbbit a PC/Laptop USB-portjához. Indítsuk el a szoftvert.

A szoftver beállításai 1. A B csatorna aktív, a többi nem. A szenzor típus: lineáris.

A szoftver beállításai 2. A mintavételezési frekvenciát állítsuk (legalább) 25 Hz-re. Az átlagolást nem célszerű 4-nél magasabbra állítani.

Az első mérés menete A mérés (a szoftverben) a Start menüpont segítségével indítható. Hozzuk mozgásba („lengésbe”) az állványon a rézvezetéket! Figyeljük meg a drót mozgását, a műszer által mutatott feszültség-idő diagramot!

Az első mérés eredménye

A mozgási elektromágneses indukció A mágneses térben mozgó vezetőben feszültség keletkezik. A jelenség neve: mozgási elektromágneses indukció.

Az első mérés tapasztalatai A műszer által jelzett feszültség-idő diagram „követi” a vezeték sebességének változását. Ez nem csak a sebesség nagyságára, hanem az irányára is igaz!

A második mérés menete Az előző mérés(ek) diagramja(i) a Reset charts menüpont segítségével törölhető(k). Végezzük el a méréseket az első méréssel azonos módon, de úgy, hogy a patkómágnesek számát minden mérés előtt csökkentsük eggyel!

A második mérés eredménye 1. 4 db mágnes; a csúcsérték 2,075

A második mérés eredménye 2. 3 db mágnes; a csúcsérték 2,065

A második mérés eredménye 3. 2 db mágnes; a csúcsérték 2,04

A második mérés tapasztalatai A mágneses tér erősségének (indukciójának) csökkenésével a mozgó vezetőben indukálódó feszültség nagysága is csökken. A kísérletben nem csak a mágneses tér erőssége, hanem a mágneses térben mozgó vezetékdarab hossza is csökkent.

A harmadik mérés menete 1. Az előző mérés(ek) diagramja(i) a Reset charts menüpont segítségével törölhető(k). Végezzük el a méréseket az első méréssel azonos módon, de úgy, hogy a patkómágneseket a mérés után megfordítjuk!

A harmadik mérés menete 2. Figyeljük meg a műszer által mutatott feszültség-idő diagramokat, különösen a legelső kilendülés irányát!

A harmadik mérés eredménye É-D

A harmadik mérés eredménye D-É

A harmadik mérés tapasztalatai A mágneses tér irányának megfordításával a feszültség „iránya” (polaritása) is megváltozik.

A jelenség magyarázata 1. A nyugvó vezetőben egyenletesen helyezkednek el az elektromos töltések. A B Pozitív töltés Negatív töltés, delokalizált

A jelenség magyarázata 2. Amikor a vezető mágneses térben mozog, a benne levő töltésekre hatni kezd a Lorentz-erő. A B Bbefelé FLorentz,- v

A jelenség magyarázata 3. A Lorentz-erő töltésszétválasztó hatása addig működik, míg a B pontban felhalmozódó (negatív) töltések taszító elektromos tere ezt meg nem akadályozza. Tehát a mágneses tér hatására a vezető B pontja közelében a negatív, az A pontja közelében a pozitív töltések kerülnek „túlsúlyba”. A + B -

A jelenség magyarázata 4. A vezetőben kialakuló elektromos tér A és B pontok közötti feszültsége ennek nyomán kiszámítható. Tegyük fel (ez kísérletünkben teljesül is), hogy a sebesség iránya és a vezeték iránya is merőleges a mágneses tér irányára.

A jelenség magyarázata 5. A Lorentz-erő: A kialakuló elektromos (taszító)erő: Itt E az elektromos térerősség, l a vezeték AB szakaszának hossza, U az A és B pontok közötti feszültség.

A jelenség magyarázata 6. A két erő egyenlőségéből: Tehát a B indukciójú mágneses térben (a tér irányára merőleges) v sebességgel mozgó l hosszúságú vezetőben: nagyságú feszültség keletkezik.