Náměty aktivit do 20 min pro popularizaci fyziky

Téma

 Modelování magnetického pole cívky

Tematický celek

 Magnetismus

Motivační rámec aktivity

Ve škole jsme se všichni učili o tom, co jsou magnetické indukční čáry. Víme, jak vypadají v případě permanentních magnetů a magnetického pole vzniklého poblíž vodiče s proudem. Existují počítačové programy, které nám umožní tyto čáry zobrazit i pro složitější konfigurace (dva magnety, magnet a vodič,...).

FEMM je jedním z těchto programů

Počet žáků

 Skupiny po dvou

Věk žáků

14+

Pomůcky

 PC s programem FEMM

Stručný popis aktivity

Nejprve popišme modelování magnetického pole cívky navinuté na dutém válci.

 Základní obrazovka programu vypadá takto:

Panel nástrojů označený žlutým čtvercem jedna slouží k vytvoření scény, kterou chceme modelovat. Umožňuje vkládat body, ty propojovat čarami nebo oblouky (první tři ikony). Takto vytvořeným plochám je možné přiřazovat vlastnosti jako materiál, protékající proud apod. Program předpokládá, že 3D scéna je nakreslena v průžezu. Celou scénu si je potřeba představit v prostoru tak, jako kdyby průřez, tedy to, co modelujeme, rotovalo kolem svislé osy. Na obrázku nahoře vidíme modrý obdélník označený žlutou 4. Rotací tohoto obdélníku kolem svislé osy bychom dostali dutý válec:

Dutina vznikne ve výsledném modelu tam, kde je vynechaný prostor označený žlutou trojkou. Velký modrý polokruh označuje okrajové podmínky, s jakými probíhá řešení. Celé modelování spouští panel nástrojů se žlutou dvojkou. Druhá ikona z panelu provede samotné řešení a třetí zobrazí výsledek - magnetické indukční čáry magnetického pole. V našem případě je cívka navinuta 1000 závity standardního 18 AWG měděného vodiče. Cívka je navinuta odshora dolů s vodiči vystupujícími z papíru. Cívka se nachází ve vzduchu. Výsledek simulace je následovný:

Program po klepnutí do obrázku vypisuje hodnotu magnetické indukce v kliknutém bodě (na našem obrázku 0,0078 T) a počítá parametry cívky (indukčnost 0,01 H, odpor 3,34 ohm, a magnetický indukční tok). Pro ilustraci vložení dalšího objektu obklopme cívku válcem z feromagnetického materiálu. Scéna a výsledek bude následovné:

Vhodné místo

Běžná učebna, počítačová učebna,laboratoř

Cíle aktivity

Žáci budou schopni

Rozvíjené kompetence

 Kompetence k řešení problémů, pracovní, k učení

Časový plán

Fáze

Metody a formy, motivace

 0-20

práce s programem 

Hodnocení

Nehodnotit

Návaznosti

Modelování magnetického pole permanentního magnetu

Poznámky

Program je k dispozici ke stažení na http://www.femm.info/wiki/HomePage