Schůzka KMD při Gymnáziu Cihelní ve Frýdku-Místku: Magnet v ocelové trubce
Na schůzce KMD při Gymnáziu Cihelní ve Frýdku-Místku jsme se tentokrát věnovali pokusu s magnetem a kovovou trubkou. Vytvořili jsme jednoduchý pokus, při kterém jsme pouštěli magnet skrz trubku a pozorovali jeho pohyb. Cílem schůzky bylo ukázat, že pohybující se magnet může v kovu vyvolat elektrické proudy, které pak ovlivní jeho pohyb.
Pomůcky:
K pokusu jsme použili silný magnet, kovovou trubku a stopky nebo mobil pro porovnání času pádu. Ideální je použít měděnou nebo hliníkovou trubku, protože nejsou feromagnetické, ale dobře vedou elektrický proud. Pokud jsme použili ocelovou trubku, magnet se mohl navíc k trubce přitahovat, protože ocel je feromagnetická.
Postup:
Nejprve jsme si připravili kovovou trubku a silný magnet. Trubku jsme drželi svisle a magnet jsme pustili do jejího horního otvoru. Pozorovali jsme, jak dlouho magnet trubkou propadává. Poté jsme pro porovnání pustili magnet mimo trubku volně dolů a sledovali jsme rozdíl v rychlosti pádu.
Pozorování:
Zjistili jsme, že magnet se v trubce nepohyboval stejně rychle jako při volném pádu. Při průchodu trubkou se jeho pohyb zpomalil. Pokud byla trubka z dobře vodivého kovu, například mědi nebo hliníku, magnet trubkou padal viditelně pomaleji. Pokud byla trubka ocelová, magnet se mohl k jejím stěnám přitahovat a jeho pohyb mohl být zpomalený i kvůli magnetické přitažlivosti.
Vysvětlení:
Když se magnet pohybuje v kovové trubce, mění se v jejím okolí magnetické pole. V elektricky vodivé trubce se tím indukují elektrické proudy, kterým říkáme vířivé proudy. Tyto proudy vytvářejí vlastní magnetické pole, které působí proti změně, která je vyvolala.
To znamená, že magnetické pole vzniklé ve stěnách trubky brzdí pohyb magnetu. Magnet proto nepadá tak rychle jako při volném pádu. Tento jev souvisí s elektromagnetickou indukcí a Lenzovým zákonem.
U ocelové trubky je potřeba rozlišit dvě věci. Ocel je feromagnetická, takže magnet může být ke stěnám trubky přitahován. Zpomalení pak nemusí být způsobeno jen vířivými proudy, ale také magnetickou přitažlivostí mezi magnetem a ocelí.
Závěr:
Zjistili jsme, že magnet se v kovové trubce může pohybovat pomaleji než při volném pádu. Pokus nám ukázal, že pohyb magnetu může v kovu vyvolat elektrické proudy, které působí proti jeho pohybu. Zároveň jsme si vysvětlili, že u ocelové trubky může hrát roli také přímá magnetická přitažlivost.
Otázky a odpovědi k pokusu:
- Proč magnet v kovové trubce padal pomaleji?
Protože pohybující se magnet v trubce vyvolal elektrické proudy, které vytvářely magnetické pole působící proti jeho pohybu. - Co jsou vířivé proudy?
Vířivé proudy jsou elektrické proudy, které vznikají ve vodivém kovu při změně magnetického pole. - S jakým fyzikálním jevem pokus souvisí?
Pokus souvisí s elektromagnetickou indukcí. - Co říká Lenzův zákon?
Lenzův zákon říká, že indukované proudy působí svými účinky proti změně, která je vyvolala. - Proč je lepší použít měděnou nebo hliníkovou trubku?
Protože měď a hliník dobře vedou elektrický proud, ale nejsou feromagnetické. Díky tomu je lépe vidět zpomalení způsobené vířivými proudy. - Proč je ocelová trubka složitější na vysvětlení?
Protože ocel je feromagnetická a magnet se k ní může přitahovat. Pohyb magnetu tedy může být ovlivněn nejen vířivými proudy, ale i magnetickou přitažlivostí. - Co by se stalo, kdyby trubka byla plastová?
V plastové trubce by se neindukovaly vířivé proudy, protože plast nevede elektrický proud. Magnet by proto padal téměř jako při volném pádu. - Kde se s podobným jevem setkáváme v praxi?
S podobným jevem se setkáváme například u elektromagnetických brzd, indukčních vařičů, generátorů nebo některých měřicích přístrojů.
Zapsal Tomáš Urbánek
