Zamknięcie działu 9
📌 Najważniejsze w pigułce (cały dział)
- Pole magnetyczne wytwarzają magnesy i prądy; linie zamknięte (N→S); biegunów nie da się rozdzielić. Wokół prostoliniowego przewodnika linie to okręgi prostopadłe do niego (reguła prawej dłoni), w zwojnicy pole przypomina pole magnesu sztabkowego.
- Pole działa na prąd i poruszające się ładunki (nie na nieruchomy ładunek).
- Pole Ziemi chroni przed wiatrem słonecznym (zorze).
- Indukcja: zmiana pola magnetycznego → prąd; prądnica (ruch → prąd).
- Prąd przemienny (50 Hz, 230 V); transformator zmienia napięcie ($U_1/U_2=n_1/n_2$, tylko prąd przemienny).
- [R] Siła elektrodynamiczna $F=BIl\sin\alpha$ i siła Lorentza $F=qvB\sin\alpha$ (tor kołowy, bez zmiany energii); silnik elektryczny; pole od prądu $B=\mu_0I/(2\pi r)$ i $B=\mu_0 nI$, siła między przewodnikami; ferromagnetyki; strumień $\Phi=BS\cos\alpha$, SEM $\varepsilon=-\Delta\Phi/\Delta t$, reguła Lenza; wartość skuteczna ($U_{max}=U_{sk}\sqrt{2}$); przekładnia prądowa $I_1/I_2=n_2/n_1$; fala elektromagnetyczna (światło, $c$).
📐 Słowniczek definicji działu 9
| Termin | Definicja (skrótowo) |
|---|---|
| Pole magnetyczne | obszar sił magnetycznych; źródła: magnesy, prąd; linie zamknięte |
| Linie pola przewodnika | okręgi prostopadłe do prostoliniowego przewodnika (reguła prawej dłoni) |
| Oddziaływanie pola | działa na prąd i ruchome ładunki, nie na nieruchome |
| Pole magnetyczne Ziemi | osłona przed wiatrem słonecznym (zorze) |
| Indukcja elektromagnetyczna | prąd ze zmiany pola magnetycznego |
| Prądnica | zamienia energię mechaniczną w elektryczną |
| Prąd przemienny | okresowo zmienia kierunek (sieć 50 Hz) |
| Transformator | zmienia napięcie; $U_1/U_2=n_1/n_2$ |
| [R] Siła elektrodynamiczna | $F=BIl\sin\alpha$ — na przewodnik z prądem w polu |
| [R] Siła Lorentza | $F=qvB\sin\alpha$; prostopadła do v i B (tor kołowy) |
| [R] Pole od prądu | $B=\mu_0I/(2\pi r)$ (przewodnik); $B=\mu_0 nI$ (zwojnica) |
| [R] Przekładnia prądowa | $I_1/I_2=n_2/n_1$ (z bilansu mocy $U_1I_1=U_2I_2$) |
| [R] Silnik elektryczny | moment sił na ramkę z prądem |
| [R] Strumień / SEM indukcji | $\Phi=BS\cos\alpha$ / $\varepsilon=-\Delta\Phi/\Delta t$ |
| [R] Reguła Lenza | prąd przeciwdziała zmianie (zach. energii) |
| [R] Fala elektromagnetyczna | drgania pól E i B; w próżni biegnie z $c$ |
🎒 Sprawdzian działowy
Z1. Wyjaśnij, czemu pole magnetyczne działa na wiązkę elektronów, ale nie na nieruchomy ładunek.
Pokaż rozwiązanie
Siła magnetyczna zależy od prędkości ładunku — działa tylko na poruszające się ładunki. Nieruchomy ładunek (prędkość = 0) nie czuje pola magnetycznego.
Z2. Co trzeba zrobić, by w zwojnicy wzbudzić prąd indukowany?
Pokaż rozwiązanie
Zmieniać pole magnetyczne przez zwojnicę — np. ruszać magnesem względem niej albo zmieniać prąd w pobliskim elektromagnesie. Liczy się zmiana pola, nie samo pole.
Z3. Transformator: 200 zwojów pierwotnych, 800 wtórnych, wejście 110 V. Napięcie wyjściowe?
Pokaż rozwiązanie
$U_2 = 110\cdot\dfrac{800}{200} = 440\ \text{V}$ (podwyższający).
Z4. [R] Elektron porusza się prostopadle do pola $B=0{,}5\ \text{T}$ z prędkością $2\cdot10^6\ \text{m/s}$. Siła Lorentza? ($e=1{,}6\cdot10^{-19}\ \text{C}$)
Pokaż rozwiązanie
$F = evB = 1{,}6\cdot10^{-19}\cdot 2\cdot10^6 \cdot 0{,}5 = 1{,}6\cdot10^{-13}\ \text{N}$.
Z5. [R] Wyjaśnij, dlaczego reguła Lenza jest przejawem zasady zachowania energii.
Pokaż rozwiązanie
Prąd indukowany przeciwdziała zmianie, która go wywołała — więc trzeba wykonać pracę przeciw temu oporowi, a ta praca zamienia się w energię elektryczną. Gdyby prąd wspomagał zmianę, energia powstawałaby z niczego (perpetuum mobile), co łamałoby zasadę zachowania energii.
Z6. [R] Dlaczego transformator nie działa na prąd stały?
Pokaż rozwiązanie
Bo do indukcji potrzebna jest zmiana strumienia magnetycznego. Prąd stały daje stałe pole → brak zmiany strumienia → brak napięcia indukowanego w zwojnicy wtórnej. Działa tylko prąd przemienny (pole stale się zmienia).
🔍 Sprawdź, czy umiesz (cele działu)
- [ ] Opisać pole magnetyczne, jego źródła i oddziaływanie na prąd/ładunki.
- [ ] Opisać rolę pola Ziemi.
- [ ] Opisać indukcję, prądnicę, prąd przemienny i transformator.
- [ ] [R] Posługiwać się siłą elektrodynamiczną i siłą Lorentza; liczyć pole od prądu i strumień; stosować SEM indukcji, regułę Lenza, wartości skuteczne i przekładnię prądową; opisać silnik i falę EM.