Sbírka fyzikálních pokusů

Indukční brzda

Pokus číslo: 2196

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je sestrojit jednoduchý model indukční brzy a ukázat princip jejího fungování.

• Teorie

  Z Faradayova zákona víme, že pokud v okolí vodiče měníme magnetické pole (přesněji: magnetický indukční tok), indukuje se ve vodiči napětí – tento jev známe pod názvem elektromagnetická indukce. Vlivem indukovaného proudu se pak kolem vodiče vytváří magnetické pole, které má podle Lenzova zákona takové účinky, že se snaží potlačit původní změnu magnetického pole. Tohoto efektu lze využít při konstrukci tzv. indukční brzdy – je-li příčinou změny magnetického pole pohyb (tj. pohybem magnetu či elektromagnetu se někde pole zvětšuje a jinde zmenšuje), bude tento pohyb vlivem Lenzova zákona zpomalován.

  Indukční brzdy jsou používané například u rychlovlaků, tramvají či trolejbusů a mají oproti klasickým brzdám založeným na tření některé přednosti – protože jde o „bezkontaktní“ brždění, nedochází k mechanickému opotřebovávání ani zahřívání brzd, jejich provoz je navíc nehlučný. Při vysokých rychlostech je indukční brždění velmi efektivní, naopak při malých je změna magnetického pole (a tedy i změna magnetického indukčního toku) pomalá a brzdné účinky malé.

  Mimo dopravních prostředků se se stejným principem můžeme setkat například u rotopedů, kde je různá zátěž realizována právě indukčním bržděním v různě silném poli elektromagnetu.

• Pomůcky

  • stojan
  • permanentní magnet
  • nit nebo provázek
  • matice většího průměru
  • deska z vodivého, ale neferomagnetického materiálu (my jsme v experimentu využili desku laboratorního zvedáku)

• Postup

  1. Sestavíme stojan pro budoucí zavěšení magnetu.

  2. Na horizontální tyč připevníme provázek, který provlečeme několika matkami. Na matky pak přicvakneme magnet (obr. 1), tj. sestrojíme magnetické kyvadlo.

  

  3. Magnet zhoupneme, abychom ukázali, jak vypadá jeho kmitání bez vlivu indukčního brždění.

  4. Poté pod magnet nastavíme vodivou desku tak, aby se nedotýkala magnetu, ale byla mu co nejblíže (obr. 1). Přitom je vhodné studentům ukázat, že vodivá deska není feromagnetická, tj. nepřitahuje se k magnetu.

  5. Magnet opět zhoupneme a sledujeme, jak je jeho pohyb bržděn.

• Vzorový výsledek

  Video níže zachycuje vzorově provedený pokus.

• Technické poznámky

  • Doporučujeme využít silný magnet a nastavit jej co nejblíže k vodivé desce, ale zase tak, aby do desky při zhoupnutí nenarazil.

  • Zavěšení kyvadla by mělo být dostatečně robustní, aby odolalo zhoupnutí magnetu.

• Metodické poznámky

  • Je skutečně podstatné studentům před experimentem (nebo během něj) ukázat, že magnet se ke kovové desce nepřitahuje. V opačném případě mohou nabýt dojmu, že brždění je způsobováno právě vzájemným přitahováním obou předmětů.

  • Pokud dostanou studenti potřebné pomůcky k samostatnému experimentování ve skupinách, mohou prozkoumat, jak útlum kyvadla závisí na síle magnetu, vzdálenosti od desky, materiálu desky apod.