Úloha 1: Elektromagnetická indukce
Měření probíhá na zařízení s magnetem umístěným na závěse z tenkých vlasců.
Obr. 1: Zářízení k měření elektromagnetické indukce. Magnet je upevněn na lehké karbonové tyčce
zavěšené na vlascích. Jejich polohy jsou zhruba naznačeny bílými čarami; ve skutečnosti nejsou na
fotografii viditelné. Na tomto obrázku se magnet nachází uprostřed cívky, tedy v rovnovážné poloze.
Pokud magnet rozkýváme, tak se při jeho průletu cívkou indukuje elektrické napětí snímané AD
převodníkem do počítače jako závislost indukovaného napětí na čase.
Obr. 2: Magnet v závěsu vychýlen z rovnovážné polohy. Podle stupnice na lavici je jeho výchylka asi
9°.
Měření probíhá nasledovně: student rozkýve magnet a na počítači spustí měření indukovaného napětí.
Je možné nastavit celkovou dobu měření a vzorkovací frekvenci – tedy časovou prodlevu mezi
jednotlivými naměřenými hodnotami napětí. Při distanční formě bude každému studentu přidělana sada
dat pro povinnou a volitelnou část A. Volitelná část B (galvanoměr) není z praktických důvodů
v distanční formě k dispozici.
AD převodník
cívka
Odporová dekáda
počítač
Tyčka závěsu
magnetu
vlasec
magnet
Při každém měření jsou zaznamenány tři textové soubory: soubor s příponou .dat obsahuje první
sloupec čas od začátku měření a druhý indukované napětí, soubor s příponou .max obsahuje seznam
automaticky vyhledaných maxim indukovaného napětí: pořadí maxima, čas ve kterém bylo maximum
nalezeno a hodnota napětí, soubor s příponou .min ekvivalentní hodnoty pro nalezená minima.
• V povinné části měření probíhá následovně: magnet vychýlíme na zvolenou hodnotu, spustíme
program tak, abychom změřili jeden průlet magnetu cívkou. Měření opakujeme pro jinou
výchylku magnetu. Výsledkem je závislost amplitudy napětí a doby průletu magnetu cívkou na
úhlové výchylce magnetu. Amplitudu napětí určíme jako průměr absolutních hodnot maximální
a minimální hodnotu napětí. Dobu průletu magnetu určíme jako časovou prodlevu mezi
maximální a minimální hodnotou napětí. Ze závislosti doby průletu na výchylce určíme průměr
cívky podle návodu. Ten pak využijeme pro určení magnetického momentu magnetu ze
závislosti amplitudy napětí na výchylce magnetu.
• Ve volitelné části sledujeme tlumení pohybu magnetu. Elektromagnetické tlumení závisí na
indukovaném proudu protékajícím cívkou a ten je nepřímo úměrný odporu v obvodu. Pokud
nastavíme na odporvé dekádě velmi vysoký odpor (v řádu megaohmů) je elektromagnetické
zanedbatelné a tlumení pohybu magnetu je mechanického rázu (odpor vzduchu, tření
v závěsech). Naopak při malém odporu obvodu je elektromagnetické tlumení významné.
Student obdrží několik závislostí amplitud indukovaného napětí na čase (výhodně použít
soubory s maximy nebo minimy) pro různé hodnoty odporu. Ověřte že při velkém odporu klesá
amplituda exponenciálně a při malém odporu lineárně. Lineární útlum by měl být nepřímo
úměrný odporu obvodu. Celkový odpor v obvodu je roven součtu odporu dekády R a odporu
cívky RC. Měřená amplituda napětí je ovšem úměrná úbytku napětí na odporové dekádě, nikoli
indukovanému napětí. Abychom získali indukované napětí, musíme měřené napětí opravit
multiplikativním faktorem (R+RC)/R.
Délka závěsu L=1,70 m
počet závitů cívky N=1000
odpor cívky RC=40 Ω