Sbírka fyzikálních pokusů

Zahřívání kovového disku vířivými proudy

Pokus číslo: 4552

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je ukázat, že vodič pohybující se v magnetickém poli se vznikem vířivých proudů zahřívá.

• Teorie

  Když pohybujeme vodičem v magnetickém poli (nebo máme nehybný vodič v proměnném magnetickém poli), indukuje se v něm napětí – tomuto jevu se říká elektromagnetická indukce. Díky tomuto napětí vzniká ve vodiči indukovaný proud. Pokud je vodičem plochý předmět, má indukovaný proud charakter proudových smyček, tzv. vířivých proudů (také Foucaultovy proudy). Vlivem procházejícího proudu se vodič zahřívá, čehož se využívá například u indukčních varných desek (na kterých se dno hrnce zahřívá díky proměnnému magnetickému poli, do kterého je vloženo).

• Pomůcky

  Vrtačka; kovový disk, který lze upevnit na vrtačku; neodymový magnet; ocelové závaží (nebo jiná feromagnetická tyč, na kterou lze magnet přicvaknout); termokamera.

  

• Postup

  1. Disk upevníme do sklíčidla vrtačky.

  2. Magnet přichytíme na ocelové závaží.

  3. Na termokameře zamkneme teplotní stupnici, aby se během celého provádění pokusu neměnila.

  4. Jednou rukou držíme spínač vrtačky a druhou rukou držíme závaží a přidržujeme s ním magnet co nejblíže u disku tak, aby se nedotýkal (viz obrázek níže).

  5. Necháme studenty termokamerou sledovat točící se disk, zatímco u něj přidržujeme magnet.

  6. V místě, kde držíme magnet, se zvyšuje teplota disku.

  

• Vzorový výsledek

  Vzorový výsledek je zachycen na videu níže. Disk se na okraji, kde poblíž něj držíme magnet, zahřívá (samotný magnet je diskem zakryt, tj. není na videu vidět). Postupně se teplo vlivem dobré tepelné vodivosti kovu šíří do celého disku.

• Technické poznámky

  • Magnet je třeba držet poměrně blízko disku, aby byl jev dobře pozorovatelný. Zároveň by se disku neměl dotýkat, abychom ho nezpomalovali a nezahřívali třením. Přicvaknutí magnetu na závaží nebo jiný kus kovu, na kterém bude magnet držet, tento úkol zjednodušuje. Bez toho je to poměrně obtížné.

  • Termokameru používáme v režimu zamknuté teplotní stupnice, aby byl vidět rozdíl teplot ze změny barev.

• Metodická poznámka

  Jedná se vlastně o model indukční brzdy. Proud, který se ve vodiči (v našem případě v disku) indukuje, kolem něj vytváří magnetické pole, které podle Lenzova zákona působí proti změně, která ho vyvolala. To se projevuje jednak odpudivou silou působící na magnet (proto je tak těžké ho udržet u disku) a jednak zpomalováním pohybu vodiče (v našem případě otáčení disku), čehož se využívá právě u indukčních brzd.

  Samotný princip indukční brzdy je demonstrován v experimentu Indukční brzda.