EH# Magnetické silové čáry — magnetický tok

Magnetické silové čáry — magnetický tok.
Protéká-li vodičem elektrický proud, vytvoří se v prostředí kolem vodiče uzavřené magnetické silové čáry (obr. 1), tvořící nespočetné množství soustředných kři­vek (u kulatého vodiče v homogenním prostředí jsou to kružnice) po celé délce vodiče s proudem. Jejich hustota je největší v bezprostřední blízkosti vodiče a je závislá jednak na síle protékajícího proudu a pak na magnetickém odporu prostředí kolem vodiče. Bude-li tímto prostředím železo, bude mnohem značnější hustota magnetických silových čar.

O jejich přítomnosti možno se přesvědčiti jemnými pilinami z měkkého železa na hladkém papíře. Otvorem uprostřed papíru se prostrčí silnější měděný vodič. Vede-li se vodičem dostatečný proud, uspořádají se piliny při mírném poklepu na papír ve zmíněné soustředné křivky — magnetické silové čáry.

Není-li v přímé blízkosti vodiče paramagnetické prostředí nebo jiná kovová masa (vinutí), pak sinusové změny střídavého proudu protékajícího vodičem, ob­klopeným pouze vzduchem, způsobují současné sinusové změny střídavých magne­tických silových čar. Jejich okamžitý smysl lze určit tzv. „pravidlem pravé ruky“, které pro tyčový vodič je nakresleno v obr. 1. Palec pravé ruky ukazuje oka­mžitý smysl proudu, kdežto ostatní prsty udávají okamžitý smysl magnetických silových čar.

Jde-li proud vodičem proti pozorovateli (v obr. 1 nahoře), značí se tento smysl proudu v schématech tečkou uprostřed průřezu vodiče (hrot šipky). Protéká-li však proud vodičem od pozorovatele (v obr. 1 dole), značí se X (konec šipky). Magnetické silové čáry se neprojevují jen účinkem elektromagnetickým (uspo­řádáním železných částeček), ale také účinkem elektrodynamickým, který se prakticky projevuje zejména při silných zkratových proudech.

Jsou-li dva přívodní vodiče poměrně blízko sebe a protéká-li jím i proud stejného smyslu (obr. 2 a), pak část silových čar mezi vodiči je opačného smyslu a ve vzájemném účinku se ruší. Tím vznikne značné zředěním agnetických silových čar v pro­storu mezi vodiči, takže hustší silové čáry vně vodičů způsobí tlak na vodič ve smyslu magnetického zředění, neboť obalové silové čáry, chtějíce si zkrátit cestu, stahují vodiče k sobě. Na vodiče s proudem stejného smyslu působí tedy vzájemná přitažlivá síla.

Naopak je tomu u vodičů s nestejným smyslem proudu (obr. 2b). Magnetické zředění nastane vně vodičů a silnější pole vznikne mezi vodiči. Tlak na vodiče bude opět ve smyslu slabšího pole; tedy na vodiče s nestejným smyslem proudu působí odpudivá síla.

Těchto elektrodynamických účinků je prakticky využilo u elektrodynamických strojů a měřicích přístrojů. S dynamickými silami dlužno též počítat při nahodilých zkratech, kdy silný zkratový proud může způsobit značné dynamické účinky (prohnutí vodičů, deformaci cívek proudu a pod.). Podobná dynamická síla působí na vodič s proudem, který je v cizím magne­tickém poli (obr. 3 a). Jelikož vlastní silové čáry v hořejší polovině jsou proti smyslu cizího pole, vznikne v této části magnetické zředění. Naproti tomu ve spodní polovině vlastní silové čáry svým stejným účinkem podporují cizí pole, čímž se v tomto místě výsledné magnetické pole zesílí. Tlak na vodič je opět ve smyslu zeslabeného magne­tického pole.

Je-li vodič v cizím poli bez proudu a dostane-li nucený pohyb (obr. 3b), indukuje se v něm proud takového smyslu, který chce zabrániti nuceném u pohybu (Lenzovo pravidlo). Tedy indukovaný proud bude mít takový smysl, aby jeho magnetické silo­vé čáry způsobily s cizím polem magnetické zhuštění ve směru nuceného pohybu, takže tento pohyb je pak brzděn. Tento poznatek je využit u brzdění elektroměrového ko­touče stálým magnetem a u elektrických brzd vůbec.

Souhrn magnetických silových čar vodiče s proudem tvoří magnetické pole, či magnetický tok. Aby se zvětšila jeho mohutnost, stáčí se vodič do spirály nebo do cívky (obr. 4a). Jsou-li závity poměrně blízko sebe, pak jednotlivé křivky magne­tických silových čar se vzájemně váží s křivkami sousedních závitů, takže vzájemnou podporou nesčetného počtu uzavřených čar vznikne potom výsledný magnetický tok cívky Φ se severním a jižním pólem. Protéká-li cívkou střídavý proud, vytvoří se střídavé magnetické pole, měnící se mezi kladným (severním) a záporným (jižním) maximem.

Jak je z obr. 4b patrné, jsou magnetické silové čáry výsledného toku obalovými křivkami jednotlivých uzavřených čar, vytvořených po celé délce stočeného vodiče. Některé výsledné silové čáry nejsou sdruženy se všem i závity, nýbrž obepínají pouze jeden nebo několik závitů. Takové části toku, která není společná všem závitům cívky, se říká rozptyl, jenž nabývá praktického významu teprve u cívky se želez­ným jádrem, kde se jím zpravidla rozumí to k jdoucí mimo železné jádro.

Stočením vodiče v závity se tedy dosáhne příslušného soustředění magnetického pole uvnitř cívky (viz též obr. 2b). U přímého vodiče je pole poměrně slabé, neboť je rozloženo po celé jeho délce. Okamžitý smysl silových čar výsledného střídavého magnetického toku cívky jest dán smyslem jednotlivých křivek kolem závitů. V místech mezi závity, kde se magnetické silové čáry dotýkají nebo přesahují, jsou křivky opačného smyslu, takže se v tomto místě ve vzájemném účinku ruší (viz též obr. 2 a) a vzniknou jen obalové silové čáry se smyslem, který se určí pravidlem pravé ruky, uvažuje-li se část závitu jako přímý vodič.

V praxi se však okamžitý smysl magnetického toku v cívce určuje obměněným pravidlem pravé ruky, jak ukazuje obr. 5 a. Prsty se položí ve smyslu pro­tékajícího proudu a palec ukáže smysl indukovaného magnetic­kého toku, tedy severní pól.

Toto elektromagnetické pravidlo lze dokázati pokusem. Bu­diž uvažován pouze okamžitý stav střídavého proudu a toku, např. jak naznačeno na obrázku. Tentýž, avšak stálý vzájemný vztah proudu a toku se dosáhne, zavede-li se do cívky stejno­směrný proud. Magnetkou lze se pak snadno přesvědčiti, který pól je severní a který jižní, neboť severní pól magnetky přibližovaný k severním u pólu cívky, udaném u pravidlem, se odpudí a otočí se k něm u nestejnojmenný (jižní) pól magnetky.

Okamžitý smysl střídavého proudu protékajícího cívkou a současný smysl indukovaného střídavého toku v cívce lze srovnat se šroubováním šroubu (obr. 5b). Tak jako otáčivá síla v naznačeném smyslu způsobila na pravotočivém šroubu tah směrem do dřeva, způsobí síla proudu indukci magnetického toku ve stejném vzá­jemném vztahu. Tedy smysl otáčivé síly u šroubu se shoduje se smyslem síly proudu a tahu šroubu, vzniknuvší účinkem otáčivé síly, se ztotožňuje s magnetickým tokem, způsobeným silou elektrického proudu.

---

Tyto řádky rozhodně nepřekvapí žádného zkušeného elektrotechnika. Divili byste se však, jak takto podanou teorii přijímají dnešní zájemci o elektrotechnický obor.

• v redakční knihovně zde
• v diskusním fóru zde