Prawo indukcji Faradaya: 5 ważnych faktów

Michel Faraday rozwinął

Jak zmieniające się pole magnetyczne generuje prąd elektryczny w przewodniku?

Prawo indukcji Faradaya

Stwierdził, że indukowane napięcie w obwodzie jest proporcjonalne do szybkości zmiany strumienia magnetycznego w czasie lub jeśli zmienia się pole magnetyczne, indukowane emf lub napięcie będzie większe, a kierunek zmiany pola magnetycznego reguluje kierunek prądu. Jest to znane jako prawo Faradaya.

Strumień magnetyczny

Strumień magnetyczny można określić matematycznie jako Φ_B = BA kosm

A to powierzchnia, na którą B działa jednolite pole magnetyczne.
Φ_B jest strumieniem magnetycznym. jest kątem między a B i A.

Sposoby zmiany strumienia magnetycznego: -

• Z powyższego równania można zrozumieć, że strumień może się zmieniać, jeśli zmienimy wielkość pola magnetycznego.
• Kąt pomiędzy polem magnetycznym B a płaszczyzną cewki również mógłby ulec zmianie, pole powierzchni A jest również zmiennym parametrem.

Kilka ważnych faktów na temat strumienia magnetycznego:

• Strumień magnetyczny jest wielkością skalarną.
• Jednostka SI strumienia magnetycznego jest oznaczona jako weber (Wb)
• 1 Wb = 1 Tesla.
• Jednostką strumienia magnetycznego CGS jest Maxwell.
• 1Wb = Maxwell.

Teraz, zgodnie z prawem indukcji Faradaya, np_(T)= Φ_B.

W przypadku cewki N zwojów, zmiana strumienia z każdym zwojem jest taka sama, a zatem całkowity indukowany emf wynosi, e_(T)= Φ_B.

Znak minus określa kierunek indukowanej siły, która jest zgodna z prawem Lenza, które jest określone następująco:

Kierunek indukowanego emf, a tym samym kierunek indukowanego prądu w obwodzie, ma przeciwstawić się przyczynie, z powodu której zostały wytworzone, tj. Jeśli strumień rośnie, to indukowany emf będzie wytwarzany w takim kierunku, który będzie próbował aby zmniejszyć strumień i odwrotnie.

W rzeczywistości prawo Lenza jest zbiegiem okoliczności zachowania energii. Ponieważ emf jest indukowany w taki sposób, że przeciwstawia się zmianie strumienia, dlatego należy wykonać pracę przeciwko tej opozycji wywołanej przez indukowany emf, aby zapewnić, że zmiana strumienia będzie kontynuowana w ten sam sposób. Ta wykonana praca pojawia się jako energia elektryczna w obwodzie.

Z powyższych równań możemy stwierdzić, że indukowaną emf lub prąd elektryczny w obwodzie można zwiększyć w następujący sposób: -

• Bardzo szybka zmiana strumienia może zwiększyć indukowany emf.
• Używając pręta z miękkiego rdzenia żelaznego wewnątrz cewki.
• Zwiększenie N, czyli zwiększenie liczby zwojów cewki.

Jak widać na rysunku, możemy wygenerować emf, gdy magnes znajduje się w pobliżu obwodu lub gdy obwód jest umieszczony bliżej magnesu. W takich przypadkach pokazany jest kierunek indukowanego prądu.

Innym sposobem indukowania emf jest zasada działania prądu przemiennego, w którym obwód jest cewką przewodzącego drutu krążącą w polu magnetycznym, a tym samym strumieniem Φ_B zmienia się w czasie w sposób sinusoidalny.

Ruchowa siła elektromotoryczna (implikacja prawa indukcji Faradaya)

Powyższy rysunek przedstawia prostokątny przewodnik ABCD, po którym pręt przewodzący EF porusza się ze stałą prędkością. Pole magnetyczne jest prostopadłe, tj. Do wewnątrz płaszczyzny zamkniętej pętli przewodzącej ABFE. 

Strumień magnetyczny objęty pętlą w czasie t = ts wynosi:

Φ_{B (t)}= = BA = Blx (t),

Szybkość zmian tego strumienia w czasie indukuje emf określony przez e = Φ_B = (-Blx (t)) = Bl.x (t) = Blv.                                                                                                                          

Ta siła elektromotoryczna uzyskana w wyniku ruchu przewodnika EF zamiast zmiany pola magnetycznego jest nazywana ruchową siłą elektromotoryczną.

Elektromagnetyczny indukcja wyjaśnia indukcję prądów i napięć jako koincydencję zmieniających się pól magnetycznych. Ale bardziej współczesny pogląd mówi, że indukcja zachodzi nawet przy braku przewodzącego drutu lub jakiegokolwiek medium materialnego.

Przeczytaj także:

• Co to jest połączenie strumienia?
• Jak obliczyć połączenie strumienia