Vířivé proudy

1. Základní škola Olomouc, Heyrovského 33 Vířivé proudy Mgr. Milan Hampl EU OPVK ICT2-1/ICT09 Určeno pouze pro výuku Žádná část ani celek nesmí být použit pro komerční účely

2. Identifikátor materiálu: EU OPVK ICT2-1/ICT09

3. Ovládání Verze 1.2 V tomto typu prezentace jsou odkazy na externí internetové stránky, odkazy je nutno občas aktualizovat. Proto se stejné prezentace mohou vyskytovat v různých verzích. Kompletní dynamický záznam měření je součástí prezentace. Toto řešení není zrovna obvykle, ale v tomto případě má informační i metodický význam. Pokud by záznam měření nefungoval korektně (problém s flashplayer) jsou přiloženy i statické záznamy měření.

4. Obsah • Metodické poznámky • Teorie • Senzor • Postup • Ukázky naměřených grafů • Záznam měření

5. Trocha teorie na úvod Vířivé proudy (Foucaultovy proudy) vznikají především v kovových vodičích, když v jejich okolí dochází ke změnám magnetického pole. Ve vodičích vzniká indukovaný proud a ten působí vždy proti změnám, které jej vyvolaly. Část takto vzniklé energie se mění na energii tepelnou! Někdy tuto energii využíváme pro ohřev (indukční ohřev), indukční vařiče. Jindy je tato energie nežádoucí, ohřev jader transformátoru a zmenšuje se použitím vzájemně izolovaných plechu. Další využití vířivých proudů je v indukčních brzdách (starší typ elektroměrů), snížení kmitání ručiček měřících přístrojů. Nejčastěji se využívají elektromagnety (cívka protékaná proudem), stejný efekt však vyvolá permanentní magnet, který se pohybuje v okolí vodiče. Jen účinky jsou výrazně menší, elektromagnet obvykle vyvolá silnější magnetické pole. Odkazy na webové stránky Znalost externích odkanu není nutná pro úspěšné provedení měření, ale tyto informace jsou vybrány pro rozšíření znalostí a mají mnohdy charakter zajímavostí související s tématem měření. Některé stránky obsahují informace značně přesahující učivo základních škol, ale přesto jsou částečně pochopitelné a vhodné i pro tu věkovou skupinu.

6. Senzor Go!Motion Go! Motion je vlastně Sonar - čidlo polohy a pohybu připojené přímo pomocí rozhraní USB k počítači. Toto čidlo vysílá ultrazvukové pulzy, které po odrazu od předmětu umožní zjistit vzdálenost (rychlost pohybu).

7. Postup měření Silný permanentní magnet upevníme na závěs tak, aby se mohl volně kývat. Je lepe použít dvojitý závěs, magnet se pak kýve převážně v jedné rovině. Sonar měří od 15 cm. Magnet musí být co nejblíže podložce. V tomto případě sonar však spatně indikuje pohyb kyvadla (magnetu). Řešením je umístit výše na závěs terč od kterého se ultrazvukové vlny odrážejí. Terč je pevně spojen s kyvadlem a tak vlastně snímáme přesný pohyb kyvadla, jen výchylka je o něco menší. Nastavení vyžaduje několik pokusů, ale není příliš náročné. První měření provedeme jen s magnetem (kyvadlem), bez přítomnosti vodiče. Pozorujeme běžné tlumené kmity kyvadla. Ty zaznamenáme pomocí počítače a uchováme měření v grafu. Druhé měření provedeme tak, že pod magnet umístíme silný vodič. Vhodný je masivní plošný vodič z mědi, nebo hliníku, tedy nemagnetický, ale vodivý materiál. Je nutné aby se byl magnet pohyboval těsně nad vodičem, nesmí však o něj zachytávat. Rozkýveme znovu kyvadlo (pokud možno použijeme stejnou počáteční výchylku). Provedeme další záznam měření do počítače a to do stejného grafu, jako v předešlém případě. Pozorujeme výrazně rychlejší utlumení kmitu kyvadla. Prakticky jede jen o několik kyvu. Pozorovaný jev může být způsoben magnetickým působením magnetu a vodiče, je záměrně volen nemagnetický materiál. Pozorovaný jev je způsoben právě vířivými proudy.

8. Náhled na provedení pokusů Terč Masivní měděný plošný vodič Magnet Sonar

9. Přirozené tlumené kmity kyvadla (magnetu)

10. V tomto bloku nemagnetického materiálu se pohybem magnetu vytváří vířivé proudy a působí proti změně, která je vyvolala - tedy proti pohybu magnetu. Masivní měděný blok (elektroda) o rozměrech 5 x 18 x 1 cm.

11. Výrazně tlumené kmity stejného kyvadla (magnetu) jako v předchozím pokusu jsou způsobený vznikem vířivých proudu v měděné desce.

12. Červená křivka představuje přirozeně tlumené kmity kyvadla - magnetu na závěsu. Modrá křivka představuje výrazně tlumené kmity stejného magnetu na závěsu. Tlumení způsobují vířivé proudy působící proti změně, která je vyvolala. Brzdí tady výchylky kyvadla.