Magnetická indukcia (B) určuje silu magnetického poľa, elektrická indukcia (D) opisuje stav elektrostatického poľa a elektromagnetická indukcia je dynamický proces vzniku napätia v dôsledku zmien magnetického poľa. Tieto princípy umožňujú fungovanie výkonných zdvíhacích magnetov, kondenzátorov aj transformátorov. Pozrite sa na vysvetlenie rozdielov a ich využitia v technickej praxi.
Čo je magnetická indukcia (B)? Sila poľa v konkrétnom bode
Magnetická indukcia je fyzikálna veličina, ktorá opisuje stav magnetického poľa. Určuje, akou veľkou silou toto pole pôsobí na vodič s elektrickým prúdom alebo na pohybujúce sa častice.
Napríklad pri opise zdvíhacích magnetov alebo magnetických upínačov sa s touto hodnotou stretnete nepriamo. Čím vyššia je magnetická indukcia v mieste kontaktu, tým väčšiu prídržnú silu magnet vyvinie.
Magnetická indukcia sa označuje písmenom B a jej jednotkou je tesla (T).
Magnetická indukcia: Sila, ktorá udrží tony
Magnetickú indukciu si najľahšie predstavíte ako hustotu magnetických indukčných čiar v určitom bode. V priemyselnej praxi je to kľúčový parameter najmä pri zdvíhacích a iných veľmi silných magnetoch.
Čím vyššia je hodnota indukcie v mieste kontaktu magnetu a ocele, tým väčšou silou sa oba kusy priťahujú. Je to v podstate opis stavu a intenzity magnetického poľa. Preto v technických parametroch silných magnetov nájdete hodnoty v teslách – vyjadrujú veľkosť magnetickej indukcie, ktorá ovplyvňuje prídržnú silu magnetu a jeho schopnosť bezpečne udržať váš náklad aj napriek drobným nerovnostiam alebo vrstve laku. Magnetické pole zároveň ovplyvňuje aj výkon magnetických separátorov či magnetických zmäkčovačov vody.
Tesla vs. Gauss: Ako sa v tom vyznať?
Hoci základnou jednotkou magnetickej indukcie je tesla (T), v praxi sa často stretnete aj so staršou jednotkou gauss (G, Gs). Prepočet je jednoduchý: 1 tesla = 10 000 gaussov.
Ak teda teslameter ukáže hodnotu 0,5 T, zodpovedá to hodnote 5 000 G. A napríklad 10 G = 1 mT (militesla).
G alebo Gs? Malý zmätok v skratkách
Hoci oficiálnou medzinárodnou skratkou jednotky gauss je iba písmeno G, v českom a kedysi aj sovietskom technickom prostredí sa veľmi často používala a dodnes používa skratka Gs. Ak teda v dokumentácii alebo na štítku meracieho prístroja uvidíte hodnotu v Gs, ide o úplne rovnakú jednotku ako G.
Čo je elektromagnetická indukcia a ako vzniká elektrina z pohybu?
Elektromagnetická indukcia je fyzikálny jav, ku ktorému dochádza v uzavretom elektrickom obvode, keď sa v jeho blízkosti mení magnetický tok. Táto zmena vyvolá vznik, teda indukovanie elektromotorického napätia, a následne aj elektrického prúdu.
V praxi k tomu dochádza tromi spôsobmi:
- Pohybom vodiča v nehybnom magnetickom poli – napríklad pohybom drôtu v blízkosti magnetu.
- Pohybom magnetu v blízkosti nehybného vodiča alebo cievky.
- Zmenou magnetického poľa v čase, napríklad v transformátore, kde sa nič netočí, ale mení sa intenzita prúdu. Magnetické pole totiž nemusí vytvárať len permanentný magnet, ale aj samotný elektrický prúd. Magnetizmus môže vznikať aj bez magnetu.
Tento princíp opísal v roku 1831 Michael Faraday a dnes je pilierom modernej energetiky. Bez elektromagnetickej indukcie by neexistovali elektrárne, ktoré premieňajú mechanickú energiu turbín na elektrickú energiu.
Mohlo by vás zaujímať: Magnetické tienenie v praxi: Mu-Metal a oceľ v službách technológií
Zaujímavosť: Prečo je jednotkou farad, a nie faraday?
Možno vám meno objaviteľa elektromagnetickej indukcie, Michaela Faradaya, pripomína jednotku elektrickej kapacity. A je to tak. Na jeho počesť pomenovali jednotku farad (značka F), ktorá vyjadruje schopnosť kondenzátora uchovávať elektrický náboj.
Hoci sa v minulosti používal aj názov „faraday“ pre jednotku elektrického náboja, v modernej technickej praxi sa pre kapacitu ustálil názov farad. Je to trvalá pripomienka vedca, bez ktorého objavov by ste dnes tento článok pravdepodobne nečítali na displeji svojho počítača či mobilu.
Školský pokus: Líščí chvost a ebonitová tyč
Líščí chvost a ebonitová tyč sú jednoduchou pomôckou na demonštráciu elektrickej indukcie (D). Trením môžete tyč elektricky nabiť, čím sa na nej nahromadí elektrický náboj. Podobne ako pri kondenzátore tak vzniká elektrické pole.
Na rozdiel od magnetu, ktorý využíva magnetické pole (B), tyč priťahuje kúsky papiera vďaka elektrickému náboju. Je to názorný dôkaz toho, že elektrická indukcia opisuje stav elektrického poľa, napríklad v okolí nepohyblivých nábojov, zatiaľ čo elektromagnetická indukcia umožňuje vznik elektrického napätia pri zmene magnetického toku.
Elektrická vs. elektromagnetická indukcia: Stav vs. pohyb
Častým zdrojom nedorozumení je zámena elektrickej a elektromagnetickej indukcie. Elektrická indukcia súvisí s elektrickým poľom a elektrickým nábojom. V bežnej dielni sa s ňou stretnete napríklad pri kondenzátoroch alebo pri problémoch so statickou elektrinou.
Naopak, elektromagnetická indukcia je dynamický proces. Ide o jav, pri ktorom pohybom magnetu v blízkosti cievky alebo zmenou elektrického prúdu „vyrobíte“ elektrické napätie.
Zatiaľ čo magnetická indukcia súvisí s magnetickým poľom, ktoré umožňuje magnetu držať oceľový plech, elektromagnetická indukcia je princíp, vďaka ktorému vzniká elektrina v generátoroch.
Pozor na rozdiel medzi magnetom a kondenzátorom. Magnetické pole elektromagnetu po vypnutí prúdu spravidla zanikne, zatiaľ čo kondenzátor môže zostať nabitý a uchovávať elektrický náboj. Pred manipuláciou s obvodmi, v ktorých sa nachádzajú kondenzátory, ich preto vždy bezpečne vybite!
Ako vzniká indukcia v transformátore aj bez magnetu?
Ako možno viete, v transformátore sa nenachádza žiadny permanentný magnet, a napriek tomu sa v ňom vytvára magnetické pole. Odkiaľ sa teda berie magnetizmus? Jeho zdrojom je elektromagnetický jav.
Keď do prvej cievky – primárneho vinutia – začne prúdiť striedavý elektrický prúd, vytvorí sa okolo nej magnetické pole. Keďže sa smer prúdu v elektrickej sieti neustále mení (50-krát za sekundu – 50 Hz), mení sa aj toto magnetické pole.
- Elektrina vytvára magnetizmus: Prúd v prvej cievke vytvára v jadre transformátora premenlivé magnetické pole.
- Magnetizmus vytvára elektrinu: Toto premenlivé pole prechádza druhou cievkou, v ktorej vďaka elektromagnetickej indukcii vzniká (indukuje sa) nové elektrické napätie.
Týmto spôsobom sa energia prenáša z jednej cievky do druhej bez toho, aby museli byť vodiče navzájom elektricky prepojené.
Transformátor: Magnetizmus bez magnetu
Pochopenie elektromagnetickej indukcie vysvetľuje aj zdanlivú záhadu transformátora, v ktorom nenájdete žiadny klasický magnet. Využíva skutočnosť, že každý vodič, ktorým preteká striedavý elektrický prúd, vytvára okolo seba premenlivé magnetické pole.
Toto pole sa neustále mení a „prenáša“ sa do susednej cievky, v ktorej vďaka indukcii opäť vzniká elektrické napätie. V praxi to znamená, že energiu možno prenášať a meniť medzi dvoma obvodmi bez toho, aby sa mechanicky dotýkali alebo boli elektricky prepojené, a to prostredníctvom magnetického poľa.
Zhrnutie indukcie
Na rýchle pochopenie rozdielov stačí sledovať, čo sa deje:
- Magnetická indukcia (B) odpovedá na otázku: „Aká veľká je magnetická indukcia v danom mieste?“ Ide o fyzikálnu veličinu, ktorá charakterizuje magnetické pole.
- Elektrická indukcia (D) opisuje elektrické pole, najmä jeho správanie v prostredí a pri rozložení elektrických nábojov. Vyjadruje elektrickú indukciu, teda elektrickú indukčnú hustotu.
- Elektromagnetická indukcia je proces, pri ktorom zmena magnetického toku vyvoláva vznik elektrického napätia.
Ešte raz a jednoducho: Stav vs. dej
- Magnetická indukcia (B) je STAV. Je to merateľná fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje magnetické pole.
- Jednotka: tesla (T) alebo gauss (G, Gs). 1 T = 10 000 G.
- Príklad: Magnetická indukcia v mieste kontaktu zdvíhacieho magnetu a oceľového plechu ovplyvňuje prídržnú silu magnetu.
- Elektrická indukcia (D) je tiež STAV. Opisuje elektrické pole a jeho správanie v prostredí.
- Jednotka: coulomb na štvorcový meter (C/m²).
- Príklad: Elektrická indukcia v dielektriku kondenzátora.
- Elektromagnetická indukcia je DEJ. Je to proces, pri ktorom zmena magnetického toku vyvoláva vznik elektrického napätia.
- Má jednotku? Samotný proces nemá vlastnú jednotku. Jeho výsledkom je indukované elektromotorické napätie, ktoré sa meria vo voltoch (V).
- Príklad: Transformátor alebo generátor v elektrárni.
- Elektromagnetická indukcia vytvára napätie (volty). To, či začne tiecť aj elektrický prúd (ampéry), závisí od toho, či je obvod uzavretý a pripojený k spotrebiču. Periodické zmeny tohto procesu určujú frekvenciu (hertze).
Mnemotechnická pomôcka
Magnetická indukcia B a elektrická indukcia D sú ako fotografia – zachytávajú stav poľa v danom okamihu.
Elektromagnetická indukcia je ako film – opisuje dej, pri ktorom zmena magnetického toku vyvoláva elektrické napätie.
