• ss zdroj 500 V
• přepínač
• kondenzátor 500 V
• voltmetr
• U jádro, dlouhé I jádro
• cívka 300 z
• kroužek

Obvod sestavíme podle následujícího schématu.

Našim cílem je nabíjet kondenzátor pomalu, abychom stihli sledovat, jak se na něm zvyšuje napětí a mohli nabíjení případně zastavit. Z tohoto důvodu je ke zdroji kondenzátor připojen přes odpor. Naopak vybíjení má být rychlé a cívkou má procházet velký proud, proto po přepnutí přepínače připojíme kondenzátor přímo k cívce.

•  Příprava pokusu — nekomentované video

Experiment 1

Zapneme zdroj, přepneme přepínač do polohy, kdy se nabíjí kondenzátor. Jakmile je kondenzátor nabit na 500 V (sledujeme na voltmetru), přepneme přepínač do polohy, kdy vybíjíme kondenzátor přes cívku. Prstenec vyskočí.

Studentům můžeme klást následující otázky:

• Proč se kroužek dal do pohybu/proč vyskočil?
  Očekávaná odpověď: Začala na něj působit vnější síla.
• Která síla na kroužek mohla působit?
  Očekávaná odpověď: Magnetická síla.
• Kde se tato síla vzala? (Kdo/co je pachatelem této síly?)
  Očekávaná odpověď: Elektromagnet (cívka s jádry) — zde bychom měli se studenty projít vysvětení krok po kroku! (viz část rozbor)
• Pro pokročilejší studenty: Jaký je směr proudu, který prochází kroužkem.
  Očekávaná odpověď: Opačný vůči proudu v cívce — opačné proudy se odpuzují. (Viz pokus „Vzájemné působení vodičů s proudem“.)
• Na jakou energii se přeměnila elektrická energie kondenzátoru?
  Očekávaná odpověď: Na mechanickou (resp. kinetickou, která se v průběhu stoupání přeměňuje na tíhovou potenciální).

Experiment 2

Po předchozích otázkách se můžeme studentů dotázat, co se stane, pokud kondenzátor nabijeme méně. Většina okamžitě správně odpoví, že kroužek vyskočí do menší výšky.

Experiment 3

Při rozboru experimentu je vhodné předvést, že to, že na kroužek začne působit magnetická síla je dáno opravdu tím, že se v něm samotném indukuje proud a tudíž kolem sebe vytváří magnetické pole.

Tento fakt můžeme potvrdit nulovým experimentem, kdy uzavřený kroužek nahradíme stejným kroužkem, který je rozříznutý, tudíž jím nemůže proud procházet. Tento kroužek samozřejmě nevyskočí.

•  Nekomentované provedení pokusu

Vysvětlení můžeme provést se studenty pomocí návodných otázek. Zde se pokusíme nadnést idealizovaný scénář:

U(čitel): Proč se kroužek zvedne?

S(tudent): Začne na něj působit síla.

U: O jakou sílu se jedná?

S: Pravděpodobně o magnetickou?

U: Správně! Pojďme se podívat, kdo je jejím pachatelem a jaký je důvod jejího působení. Co se stane s cívkou, kterou začne procházet proud?

S: Z cívky na jádře se je nyní vytvořen elektromagnet — kolem něj vzniká magnetické pole.

U: Výborně! Nyní vidíme, že kroužek, který je tvořen vodičem (jedná se o cívku s jedním závitem) se nachází v proměnném magnetickém poli. Co se s ní stane?

S: Protože se vodič (kroužek) nachází v proměnném magnetickém poli, začne jím procházet proud.

U: Ano a kolem vodiče s proudem nacházíme ...?

S: Magnetické pole. Takže nyní zde máme dvě magnetická pole: elektromagnetu a kroužku, pomocí nichž na sebe tyto předměty působí.

U: Skvěle. A jelikož vidíme, že působení je odpudivé je zřejmé, že proudy mají opačný směr.

Odvození Lenzova zákona

Tento pokus můžeme dát do souvislosti i s Lenzovým zákonem:

„Indukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodu má takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně magnetického indukčního toku, která je jeho příčinou (resp. která tento proud vyvolala).“

• Příčinou/změnou je zde nově vytvořené mangetické pole elektromagnetu.
• Účinky indukovaného proudu (= magnetické pole kroužku) má opačný směr vůči magnetickému poli elektromagnetu.

Lenzův zákon si můžeme pamatovat i v obměněné podobě (verze pro mladší studenty):

„Indukovaný elektrický proud svými účinky snaží bránit změnám, které jej vyvolávají.“

Změnou je zde to, že se kroužek ocitá v magnetickém poli — tomuto se brání a z magnetického pole uniká.

Pozn. 1

Pokus je vhodný použít v rámci kapitoly o Lenzově zákonu, resp. jako shrnující. Studenti by však již měli mít probráno:

• elektromagnetická indukce
• vzájemné působení vodičů s proudem

Pozn. 2

Pokud budeme mluvit o působících silách, je vhodné zmínit i 3. Newtonův zákon a upozornit na to, že i na elektromagnet je působeno stejně velkou silou, avšak tento stojí na stole, takže nemůžeme pozorovat pohybové účinky této síly.