Poštovani studenti,
evo nas u 7. nastavnom tjednu. U ovom trenu još nije jasno hoćemo li od sljedećeg tjedna ponovo imati regularnu nastavu, no uskoro ćemo doznati. Prije nego krenemo na današnje predavanje htjela bih vas podsjetiti da riješite test s kratkim pitanjima vezanim uz gradivo iz prethodnog bloka predavanja, koji se provodi u svrhu evidencije praćenja nastave i koji vas čeka na loomenu.
U ovom nastavnom tjednu nastavljamo se baviti magnetskom poljima i električnim strujama.
Otvorite si H&R poglavlje 30. Pročitajte si potpoglavlje 30-2 “Dva eksperimenta”. Vodljiva petlja spojena je na ampermetar kao na slici 30-1. Kad se magnet pokreće u odnosu na petlju, što vidimo na ampermetru? Objasnite pojmove inducirana struja, inducirana elektromotorna sila i magnetska indukcija.
Proučite potpoglavlje 30-3 “Faradayev zakon indukcije”. Michael Faraday je bio veliki eksperimentalni fizičar čija otkrića su udarila temelj modernoj fizici. Krećući od ideje velikog prirodoznanstvenika porijeklom iz naših krajeva Ruđera Boškovića o sili koja se proteže prostorom mijenjajući iznos i predznak, prvi je uveo u fiziku pojam polja koje se – slično Ruđerovoj sili – širi prostorom te u prostoru poprima različit iznos, u dijelovima prostora bivajući u orijentirano u jednom smjeru a u drugim dijelovima prostora pak u drugom smjeru. Faraday je uveo u fiziku pojam magnetskog polja, a predočavao si ga je magnetskim silnicama. Uočio je da je promjenjiva količina magnetskog polja koja prolazi vodljivom petljom u dvama eksperimentima iz gornjeg potpoglavlja uzrokom inducirane struje i elektromotorne sile. Zapišite si izraz (30-1) za magnetski tok kroz površinu A koju zatvara voldljiva petlja. Sjećate li se izraza za električni tok koji nam je bio ključan kod Gaussovog zakona? Ako se vodljiva petlja nalazi u ravnini okomitoj na magnetsko polje izraz za magnetski tok pojednostavljuje se na (30-2). Jedinica za magnetski tok je Wb. Od kojih je osnovnih SI jedinica izveden Wb?
Faradayav zakon nam kaže da je iznos elektromotorne sile inducirane u vodljivoj petlji jednak promjeni u magnetskog toka kroz tu petlju u vremenu, a zapisan je kao (30-4). Što nam govori predznak “-” u tom izrazu? U slučaju da umjesto vodljive petlje imamo zavojnicu koja se sastoji od N navoja Faradayev zakon postaje (30-5). Nabrojite tri načina kako možemo promijeniti magnetski tok kroz zavojnicu. Prođite kroz riješeni primjer “Inducirana elektromotorna sila u zavojnici od solenoida”.
Pročitajte potpoglavlje 30-4 “Lenzov zakon”. Heinrich Friedrich Lenz otkrio je kako odrediti smjer inducirane struje u petlji. Inducirana struja ima smjer takav da se magnetsko polje od struje opire promjeni magnetskog polja koje inducira struju. Smjer inducirane elektromotorne sile jednak je smjeru inducirane struje. Precrtajte si sliku (30-4). Proučite sliku (30-5) kako biste točno shvatili primjenu Lenzovog zakona na Faradayeve eksperimente. Riješite si rješene primjere “Inducirana elektromotorna sila i struja od promjene uniformnog magnetskog polja” te “Inducirana elektromotorna sila od promjene neuniformnog magnetskog polja”.
Prelazimo na potpoglavlje 30-6 “Inducirana električna polja”. Stavimo bakreni prsten polumjera r u jednoliko vanjsko magnetsko polje, kao što je prikazano na slici (30-11). To jednoliko magnetsko polje ispunjava cilindrični volumen polumjera R, čiji poprečni presjek je prikazan narančastom bojom. Koristeći Lenzov zakon odredite u kom smjeru ide inducirana struja. Postojanje struje u bakrenom prstenu znači da moramo imati i električno polje duž prstena. To električno polje je nastalo promjenom magnetskog toka, a naziva se inducirano električno polje. Općenito vrijedi da promjenjivo magnetsko polje stvara električno polje.
U “Reformulaciji Faradayevog zakona” je izveden Faradayev zakon u integralnom obliku, izraz (30-20). Ovaj izraz je jedna od četiri Maxwellove jednadžbe i svakako ga se treba znati objasniti i formulirati za prolaznu ocjenu. Studenti koji žele postići bolju ocjenu trebaju ga znati i izvesti, od (30-16) do (30-19).
“Novi pogled na električni potencijal”. Koja je razlika između električnih polja nastalih indukcijom i električnih polja od statičkih naboja? Električni potencijal ima značaj samo za električna polja nastala od statičkih naboja, a nema značaja za električna polja nastala indukcijom. Riješite primjer “Inducirano električno polje od promjenjivog magnetskog polja, unutra I vani”.
Prelazimo na potpoglavlje 30-7 “Induktori i induktancija”. Kao što se kapacitor koristi za proizvodnju električnog polja, induktor se koristi za proizvodnju željenog magnetskog polja. Kao primjer induktora razmotrit ćemo solenoid. Ako u navojima solenoida imamo električnu struju i, njegova induktancija je dana izrazom (30-28). SI jedinica induktancije je henry. Od kojih je osnovnih SI jedinica izveden henry? Izvedite izraz za induktanciju po jedinici duljine dugačkog solenoida (30-31).
Potpoglavlje 30-8 “Samoindukcija”. Kad se dva induktora nalaze jedan u blizini drugog, struja u jednom induktoru stvorit će magnetski tok u drugom induktoru. Precrtajte si sliku (30-13) koja prikazuje dva induktora u blizini te pojavu samoindukcije i samoinducirane elektromotorne sile. Izraz za samoinduciranu elektromotornu silu je (30-35).
U potpoglavlju 30-10 “Energija pohranjena u magnetskom polju” pronaći ćete izraz za pohranjenu magnetsku energiju u induktoru, (30-49). Riješite si primjer “Energija pohranjena u magnetskom polju”.
U potpoglavlju 30-11 “Gustoća energije magnetskog polja” pronađite izraz (30-55). Ovaj ozraz vrijedi za svako magnetsko polje, neovisno kakvim induktorom je proizvedeno.
I to bi vam bilo to za današnji blok predavanja.
Ako mislite da bi vam moglo biti od koristi da pogledate snimljno predavanje, preporučam vam pogledati:
* https://www.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magnetic-fields/magnetic-flux-faradays-law/v/flux-and-magnetic-flux
Na loomenu je uploadana kratka prezentacija koja bi još mogla malo pomoći u učenju. Ako imate kakvih pitanja, obratite mi se mailom ili telefonom.
Pozdrav,
Marina