Magnetick pole Ing Jaroslav Bernkopf Zklady elektrotechniky 1

Magnetické pole Ing. Jaroslav Bernkopf Základy elektrotechniky 1

Magnetické pole Definice Magnetické pole je prostor, ve kterém působí magnetické síly. Magnetická síla působí např. na železné předměty a na vodiče protékané proudem. Základy elektrotechniky 2

Magnetické pole Magnet je těleso, které kolem sebe vytváří magnetické pole. Základy elektrotechniky 3

Magnetické pole Magnety jsou • permanentní (trvalé) • dočasné Základy elektrotechniky 4

Magnetické pole Magnet Dočasný magnet se stane z tělesa, které je schopné se zmagnetovat, když to těleso dáme do magnetického pole. Magnetické pole pro zmagnetování můžeme vytvořit • jiným magnetem • cívkou protékanou proudem Základy elektrotechniky 5

Magnetické pole Magnet Dočasný magnet se stane z tělesa, které je schopné se zmagnetovat, když to těleso dáme do magnetického pole. Magnetické pole pro zmagnetování můžeme vytvořit • jiným magnetem • cívkou protékanou proudem Základy elektrotechniky 6

Magnetické pole Magnetické vlastnosti látek Podle působení magnetického pole dělíme látky na • diamagnetické nemagnetické • paramagnetické • feromagnetické Základy elektrotechniky 7

Magnetické pole Diamagnetické látky jsou od magnetického pole odpuzovány. Měď, voda, pyrolytický grafit Základy elektrotechniky 8

Magnetické pole Diamagnetické látky jsou od magnetického pole odpuzovány. Material Voda velmi slabě Water měď nepatrně víc stříbro ještě víc pyrolytický grafit mnohem víc supravodič nejvíc χv (× 10− 5) − 0. 9 Copper − 1. 0 Carbon (graphite) − 1. 6 Lead − 1. 8 Carbon (diamond) − 2. 1 Silver − 2. 6 Mercury − 2. 9 Bismuth − 17 Pyrolytic carbon − 41 Superconductor − 100 000 Základy elektrotechniky 9

Magnetické pole Diamagnetické látky jsou od magnetického pole odpuzovány. What is A Superconductor and Quantum Levitation? https: //www. youtube. com/watch? v=Sh 8 RNUbsdfs Základy elektrotechniky 10

Magnetické pole Diamagnetické látky jsou od magnetického pole odpuzovány. What is A Superconductor and Quantum Levitation? Hello everyone. Today I want to tell you about one unusual subject - the superconductor. A superconductor or a high-temperature superconducting ceramics is an alloy of oxides of yttrium, barium and copper in proportions (which you see on the screen) YBa 2 Cu 3 O 7 -x and abbreviated as YBCO. The ceramics was first made in the University of Alabama, USA in 1987. The uniqueness of this pottery is that it becomes a superconductor or more precisely loses all the electrical resistance at a relatively high temperatures, at least by the physicists standards, -184 degrees Celsius. In order to demonstrate the properties of this object let’s conduct an experiment. First, let’s take a small piece of ceramic and then put a piece of styrofoam and a powerful neodymium magnet on top of it. Next, the superconductor is cooled with liquid nitrogen down to -196 degrees Celsius. After the ceramic is cooled, take a piece of styrofoam out from underneath of the magnet. And what do we see? The magnet began to levitate over the superconductor and it even spins! The same thing can be done with a large piece of a superconductor and a big neodymium magnet. The effect of levitation is caused by the ceramics cooling down to the critical temperature, it then becomes a superconductor, as well as a perfect diamagnetic. This means that it can repel any magnetic field, as well as create it’s own when being near a strong magnetic field. The phenomenon is called the Meissner effect. If the magnet is lifted the conductor next to it begins to lift with it as well. The magnet and the superconductor are almost like "frozen" together in space. If you bring the superconductor near a powerful circular magnet, it can then be rotated. Circular magnets can spin up to high speeds, as the only restriction here is the frictional force between the magnet and the air. It is also possible to freeze in space several magnets coupled to each other. Thus, they can be given any inclination in relation to the superconductor. The magnet hovering above a superconductor can withstand a considerable weight limited only by the power of the magnetic field of the magnet. For example, my levitating magnet withstood a three-liter jar of jam putten on it. The property of superconductivity and magnetic levitation is now used in many fields of science and technology. For example, this property is used in MRI brain scanners, magnetic levitation trains. In particular, high-temperature superconducting ceramics are used as magnetic bearings where the use of the conventional bearings are not advantageous for the task. Stay tuned to my channel and you will learn more about some of the unusual substances and their properties. Music: audiomicro. com Facebook: https: //www. facebook. com/thoisoi 2 Patreon: https: //www. patreon. com/Thoisoi? ty=h Music: http: //audiomicro. com Základy elektrotechniky 11

Magnetické pole Diamagnetické látky What is a Superconductor? What is Quantum Levitation? Let’s take a small piece of ceramic. Put a piece of styrofoam on top of it. Put a neodymium magnet on top of it. The superconductor is cooled with liquid nitrogen. The magnet levitates over the superconductor. The magnet spins. A superconductor is a perfect diamagnetic. A superconductor can repel any magnetic field. The magnet can be rotated. This property is used in magnetic levitation trains. This property is used in magnetic bearings. Základy elektrotechniky 12

Magnetické pole Paramagnetické látky Lithium Oxygen Sodium Magnesium Paramagnetické látky jsou do magnetického pole nepatrně vtahovány. Aluminum Calcium Titanium Strontium Zirconium Molybdenum hliník Ruthenium Rhodium Palladium titan Tin Barium Cerium Například cín Neodymium Samarium Europium Terbium platina Dysprosium Holmium Erbium rtuť Thulium Tungsten Osmium Iridium Platinum Základy elektrotechniky Mercury 13

Magnetické pole Feromagnetické látky jsou do magnetického pole silně vtahovány. železo Například kobalt Iron Ferromagnetic Cobalt Ferromagnetic Nickel Ferromagnetic Gadolinium Ferromagnetic nikl Základy elektrotechniky 14

Magnetické pole Fero-, para-, diamagnetické látky https: //youtu. be/u 36 Qp. Pv. Eh 2 c Základy elektrotechniky 15

Magnetické pole kolem vodiče Kolem vodiče protékaného elektrickým proudem vzniká magnetické pole. Základy elektrotechniky 16

Magnetické pole kolem vodiče Magnetické účinky elektrického proudu se znásobí, když vodič navineme jako mnoho závitů na cívku. Cívka protékaná proudem se jeví jako magnet. Základy elektrotechniky 17

Magnetické pole kolem vodiče Intenzita magnetického pole H uvnitř cívky je tím větší, čím větší je proud I, čím více je závitů N, N H tím menší, na čím větší délku l se to musí rozložit. Vymyslete vzoreček! H=? Základy elektrotechniky 18

Magnetické pole kolem vodiče Intenzita magnetického pole H uvnitř cívky je tím větší, čím větší je proud I, čím více je závitů N, N H Základy elektrotechniky 19

Magnetické pole Zmagnetování látek Vložíme-li do cívky hřebík, zmagnetuje se. Zmagnetuje se tím víc, čím je magnetické pole uvnitř cívky silnější, N H a tím víc, čím je hřebík „feromagnetičtější“. Základy elektrotechniky 20

Magnetické pole Zmagnetování látek Magnetická indukce B uvnitř hřebíku je tím větší, čím větší je intenzita magnetického pole H uvnitř cívky, N B H µ a tím větší, čím větší je permeabilita µ hřebíku (= ochota nechat se zmagnetovat). Vymyslete vzoreček! B=? Základy elektrotechniky 21

Magnetické pole Zmagnetování látek Magnetická indukce B uvnitř hřebíku je tím větší, čím větší je intenzita magnetického pole H uvnitř cívky, N B H µ a tím větší, čím větší je permeabilita µ hřebíku (= ochota nechat se zmagnetovat). Základy elektrotechniky 22

Magnetické pole Zmagnetování látek Intenzita magnetického pole H vyjadřuje sílu magnetického pole, které zvenku působí na předměty. N B H µ Permeabilita µ vyjadřuje ochotu materiálu nechat se zmagnetovat. Magnetická indukce B vyjadřuje, jak silně se materiál uvnitř nechal zmagnetovat. Základy elektrotechniky 23

Magnetické pole Zmagnetování látek Permeabilita µ vyjadřuje schopnost látky • nechat se zmagnetovat • bránit pronikání magnetického pole • zvětšovat indukčnost cívky Základy elektrotechniky 24

Magnetické pole Zmagnetování látek Permeabilita vakua µ 0 je 4π*10− 7, tj. asi 1. 25*10− 6. Permeabilita ostatních látek je • menší – látky diamagnetické • větší – látky paramagnetické • mnohem větší – látky feromagnetické Kolikrát je menší nebo větší, to vyjadřuje relativní permeabilita µr. Základy elektrotechniky 25

Magnetické pole Zmagnetování látek Relativní permeabilita µr vyjadřuje • kolikrát má látka větší permeabilitu než vakuum • kolikrát se zvětší indukčnost cívky, když do ní vložíme jádro z té látky • kolikrát víc se látka dá zmagnetovat než vakuum Základy elektrotechniky 26

Magnetické pole Zmagnetování látek Permeabilita látky µ je permeabilita vakua µ 0 krát relativní permeabilita té látky µr. Základy elektrotechniky 27

Magnetické pole Zmagnetování látek Příklad Cívka bez jádra má indukčnost L 0 = 0, 8 m. H. Vypočítejte indukčnost cívky LJ po vložení jádra ze železa čistoty 99, 95%. Medium Relative permeability μr Metglas 2714 A (annealed) 1 000 Nanoperm 80 000 Iron (99. 95% pure Fe annealed in H) Mu-metal Cobalt-Iron Permalloy Iron (99. 8% pure) Electrical steel Ferritic stainless steel (annealed) Martensitic stainless steel (annealed) Ferrite (manganese zinc) Základy elektrotechniky 200 000 50 000 18 000 5 000 4 000 1 500 800 640 28

Magnetické pole Zmagnetování látek Relativní permeabilita železa čistoty 99, 95% je 200 000. Cívka s tímto jádrem bude mít indukčnost 200 000 x větší. Medium Relative permeability μr Metglas 2714 A (annealed) 1 000 Nanoperm 80 000 Iron (99. 95% pure Fe annealed in H) Mu-metal Cobalt-Iron Permalloy Iron (99. 8% pure) Electrical steel Ferritic stainless steel (annealed) Martensitic stainless steel (annealed) Ferrite (manganese zinc) Základy elektrotechniky 200 000 50 000 18 000 5 000 4 000 1 500 800 640 29

Magnetické pole Zmagnetování látek LJ = L 0 * μr = 0, 8 m. H * 200 000 = 160 000 m. H = 160 H Po vložení jádra bude indukčnost cívky 160 H. Medium Relative permeability μr Metglas 2714 A (annealed) 1 000 Nanoperm 80 000 Iron (99. 95% pure Fe annealed in H) Mu-metal Cobalt-Iron Permalloy Iron (99. 8% pure) Electrical steel Ferritic stainless steel (annealed) Martensitic stainless steel (annealed) Ferrite (manganese zinc) Základy elektrotechniky 200 000 50 000 18 000 5 000 4 000 1 500 800 640 30