Ο νόμος επαγωγής του Faraday

Ο Michel Faraday έχει επεξεργαστεί

Πώς ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο παράγει ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό;

Ο νόμος επαγωγής του Faraday

Έχει δηλώσει ότι η επαγόμενη τάση σε ένα κύκλωμα είναι ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ανά χρόνο ή εάν το μαγνητικό πεδίο αλλάξει, το επαγόμενο emf ή η τάση θα είναι περισσότερο και η κατεύθυνση της αλλαγής στο μαγνητικό πεδίο ρυθμίζει την κατεύθυνση του ρεύματος. Αυτό είναι γνωστό ως νόμος του Faraday.

Μιχάλης Φαραντέι
Michael Faraday, Εικόνα από - Θωμάς ΦίλιπςΛάδι M Faraday Th Phillips 1842, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Μαγνητική ροή

Το Magnetic Flux μπορεί να δηλωθεί μαθηματικά ως ΦB = ΒΑ cosΝόμος Επαγωγής του FaradayΝόμος Επαγωγής του Faraday

Το Α είναι η επιφάνεια στην οποία δρα το ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο Β.
ΦB είναι η μαγνητική ροή. είναι η γωνία μεταξύ και B και A.

Τρόποι αλλαγής της μαγνητικής ροής: -

  • Από την παραπάνω εξίσωση, είναι κατανοητό ότι η ροή θα μπορούσε να μεταβληθεί εάν αλλάξουμε το μαγνητικό πεδίο μεγέθους.
  • Η γωνία μεταξύ του μαγνητικού πεδίου Β και του επιπέδου του πηνίου θα μπορούσε επίσης να αλλάξει, η επιφάνεια Α είναι επίσης μια μεταβλητή παράμετρος.

Μερικά σημαντικά γεγονότα σχετικά με τη μαγνητική ροή:

  • Η μαγνητική ροή είναι μια βαθμιαία ποσότητα.
  • Η μονάδα SI της μαγνητικής ροής χαρακτηρίζεται ως weber (Wb)
  • 1 Wb = 1 Tesla.
  • Η μονάδα μαγνητικής ροής CGS είναι η Maxwell.
  • 1Wb = Maxwell.

Τώρα, σύμφωνα με τον νόμο επαγωγής του Faraday, π.χ.(T)= Νόμος Επαγωγής του FaradayΦB.

Σε περίπτωση πηνίου Ν στροφών, η αλλαγή ροής με κάθε στροφή είναι η ίδια και ως εκ τούτου το συνολικό επαγόμενο emf γίνεται, e(T)= Νόμος Επαγωγής του FaradayΦB.

Το αρνητικό σύμβολο καθορίζει την κατεύθυνση του επαγόμενου emf, η οποία είναι σύμφωνη με τον νόμο του Lenz που αναφέρεται ως εξής:

Η κατεύθυνση του emf που προκαλείται και συνεπώς η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος σε ένα κύκλωμα είναι να αντιταχθεί στην αιτία που οφείλεται στην παραγωγή τους, δηλαδή εάν η ροή αυξάνεται, τότε το επαγόμενο emf θα παραχθεί σε μια τέτοια κατεύθυνση που θα προσπαθήσει για τη μείωση της ροής και το αντίστροφο.

Στην πραγματικότητα, ο νόμος του Lenz είναι σύμπτωση της διατήρησης της ενέργειας. Καθώς το emf προκαλείται με τέτοιο τρόπο ώστε να αντιτίθεται στην αλλαγή της ροής, ως εκ τούτου πρέπει να γίνει δουλειά ενάντια σε αυτήν την αντίθεση που δίνεται από το επαγόμενο emf για να διασφαλιστεί ότι η αλλαγή ροής συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο. Αυτή η εργασία που εμφανίζεται εμφανίζεται ως ηλεκτρική ενέργεια στο κύκλωμα.

Από τις παραπάνω εξισώσεις μπορούμε να δηλώσουμε ότι το επαγόμενο emf ή το ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα μπορεί να αυξηθεί με τους ακόλουθους τρόπους:

  • Η ταχεία αλλαγή της ροής μπορεί να αυξήσει το επαγόμενο emf.
  • Χρησιμοποιώντας μια ράβδο μαλακού πυρήνα σιδήρου μέσα στο πηνίο.
  • Αύξηση Ν, δηλαδή αύξηση του αριθμού στροφών του πηνίου.

Όπως φαίνεται στο σχήμα, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα emf όταν ο μαγνήτης τοποθετείται κοντά σε ένα κύκλωμα ή όταν ένα κύκλωμα τοποθετείται πιο κοντά σε έναν μαγνήτη. Σε αυτές τις περιπτώσεις, εμφανίζεται η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος.

κατεύθυνση του επαγόμενου ηλεκτρικού πεδίου σύμφωνα με τον νόμο του Lenz
Κατεύθυνση επαγόμενου ηλεκτρικού πεδίου σύμφωνα με τον νόμο του Lenz

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο μπορεί να προκληθεί emf είναι η αρχή λειτουργίας του AC, όπου το κύκλωμα είναι ένα πηνίο αγώγιμου σύρματος που κυκλοφορεί σε μαγνητικό πεδίο και συνεπώς ροή ΦB αλλάζει με ημιτονοειδή τρόπο στο χρόνο.

Motional Electromotive Force (μια επίπτωση του νόμου επαγωγής του Faraday)

Ο νόμος του Faraday
Ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται λόγω αλλαγής στην περιοχή της μαγνητικής ροής λόγω σχετικής κίνησης

Η παραπάνω εικόνα δείχνει έναν ορθογώνιο αγωγό ABCD πάνω στον οποίο μια αγώγιμη ράβδος EF κινείται με σταθερή ταχύτητα. Το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο, δηλαδή προς το εσωτερικό του κλειστού αγώγιμου βρόχου ABFE. 

Η μαγνητική ροή που περικλείεται από τον βρόχο τη στιγμή t = ts είναι,

ΦΒ (τ)= = BA = Blx (t),

Η χρονική ταχύτητα αλλαγής αυτής της ροής, προκαλεί ένα emf που δίνεται από e = ΦB = (-Blx (t)) = Bl.x (t) = Blv.                                                                                                                          

Αυτή η ηλεκτροκινητική δύναμη που λαμβάνεται λόγω της κίνησης του αγωγού EF αντί να αλλάζει το μαγνητικό πεδίο είναι γνωστή ως κινητική δύναμη ηλεκτροκινητήρα.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή εξηγεί την επαγωγή ρευμάτων και τάσεων ως σύμπτωση της αλλαγής μαγνητικών πεδίων. Όμως, η πιο σύγχρονη άποψη αναφέρει ότι η επαγωγή συμβαίνει ακόμη και όταν δεν υπάρχει αγώγιμο σύρμα ή οποιοδήποτε υλικό υλικό.

Σχετικά με τον Amrit Shaw

Νόμος Επαγωγής του FaradayΣυνδεθείτε στον πρώην συντάκτη μας: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X