Plik Prawo Faradaya w elektromagnetyzmie stwierdza, że zmieniający się strumień pola magnetycznego może indukować prąd elektryczny w obwodzie zamkniętym.
W 1831 roku angielski fizyk Michael Faraday eksperymentował z poruszającymi się przewodnikami w polu magnetycznym, a także zmiennymi polami magnetycznymi przechodzącymi przez stałe przewodniki..
Faraday zdał sobie sprawę, że jeśli zmieniał strumień pola magnetycznego w czasie, był w stanie ustalić napięcie proporcjonalne do tej zmiany. Jeśli ε jest napięciem lub indukowaną siłą elektromotoryczną (indukowaną emf), a Φ jest strumieniem pola magnetycznego, w postaci matematycznej można to wyrazić:
| ε | = ΔΦ / Δt
Gdzie symbol Δ wskazuje na zmianę ilości, a słupki w emf wskazują wartość bezwzględną tego. Ponieważ jest to obwód zamknięty, prąd może płynąć w jednym lub drugim kierunku.
Strumień magnetyczny, wytwarzany przez pole magnetyczne po powierzchni, może zmieniać się na wiele sposobów, na przykład:
-Przesuwanie magnesu sztabkowego przez okrągłą pętlę.
-Zwiększanie lub zmniejszanie natężenia pola magnetycznego przechodzącego przez pętlę.
-Pozostawienie pola naprawionego, ale za pomocą jakiegoś mechanizmu zmień obszar pętli.
-Połączenie powyższych metod.
Indeks artykułów
Załóżmy, że masz zamknięty obwód obszaru A, taki jak okrągła pętla lub uzwojenie równe temu na rycinie 1, i że masz magnes, który wytwarza pole magnetyczne b.
Strumień pola magnetycznego Φ jest wielkością skalarną, która odnosi się do liczby linii pola przecinających obszar A. Na rysunku 1 są białe linie, które opuszczają biegun północny magnesu i wracają przez południe.
Natężenie pola będzie proporcjonalne do liczby linii na jednostkę powierzchni, więc widzimy, że na biegunach jest bardzo intensywne. Ale możemy mieć bardzo intensywne pole, które nie wytwarza strumienia w pętli, co możemy osiągnąć, zmieniając orientację tego (lub magnesu).
Aby uwzględnić współczynnik orientacji, strumień pola magnetycznego definiuje się jako iloczyn skalarny pomiędzy b Y n, istota n jednostkowy wektor normalny do powierzchni pętli i który wskazuje jej orientację:
Φ = b•n A = BA.cosθ
Gdzie θ jest kątem między b Y n. Jeśli na przykład b Y n są prostopadłe, strumień pola magnetycznego wynosi zero, ponieważ w tym przypadku pole jest styczne do płaszczyzny pętli i nie może przejść przez jej powierzchnię.
Zamiast tego tak b Y n są równoległe, to znaczy, że pole jest prostopadłe do płaszczyzny pętli i linie przechodzą przez niego tak daleko, jak to możliwe.
Jednostką w systemie międzynarodowym dla F jest weber (W), gdzie 1 W = 1 T.mdwa (czytaj „Tesla na metr kwadratowy”).
Na rysunku 1 widzimy, że polaryzacja napięcia zmienia się wraz z ruchem magnesu. Biegunowość jest ustalona przez prawo Lenza, które mówi, że indukowane napięcie musi przeciwstawiać się wariacji, która je wytwarza.
Jeśli na przykład strumień magnetyczny wytwarzany przez magnes wzrasta, w przewodniku powstaje prąd, który krąży, tworząc własny strumień, który przeciwdziała temu wzrostowi..
Jeśli przeciwnie, strumień wytwarzany przez magnes maleje, indukowany prąd krąży w taki sposób, że jego własny strumień przeciwdziała wspomnianemu spadkowi..
Aby wziąć pod uwagę to zjawisko, przed prawem Faradaya umieszcza się znak ujemny i nie jest już konieczne umieszczanie słupków wartości bezwzględnej:
ε = -ΔΦ / Δt
To jest prawo Faradaya-Lenza. Jeśli zmiana przepływu jest nieskończenie mała, delty są zastępowane różnicami:
ε = -dΦ / dt
Powyższe równanie obowiązuje dla pętli. Ale jeśli mamy cewkę N zwojów, wynik jest znacznie lepszy, ponieważ emf jest pomnożony N razy:
ε = - N (dΦ / dt)
Aby prąd mógł zapalić żarówkę, musi istnieć względny ruch między magnesem a pętlą. Jest to jeden ze sposobów zmiany strumienia, ponieważ w ten sposób zmienia się natężenie pola przechodzącego przez pętlę..
Gdy tylko ruch magnesu ustanie, żarówka gaśnie, nawet jeśli magnes pozostaje nadal w środku pętli. To, co jest potrzebne do cyrkulacji prądu, który włącza żarówkę, to zmienność strumienia pola.
Kiedy pole magnetyczne zmienia się w czasie, możemy to wyrazić jako:
b = b (t).
Utrzymując powierzchnię A pętli na stałym poziomie i pozostawiając ją pod stałym kątem, który w przypadku figury wynosi 0º, wówczas:
Jeśli można zmienić obszar pętli, pozostawiając ustaloną jej orientację i umieszczając ją w środku stałego pola, indukowane emf jest określone przez:
Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest umieszczenie pręta, który ślizga się po szynie prądowej z określoną prędkością, jak pokazano na poniższym rysunku.
Pręt i szyna oraz żarówka lub rezystor połączone przewodami przewodzącymi tworzą zamknięty obwód w kształcie prostokątnej pętli..
Podczas przesuwania paska długość x rośnie lub maleje, a wraz z nim zmienia się obszar pętli, co wystarcza do wytworzenia zmiennego przepływu.
Jak powiedzieliśmy wcześniej, jeśli kąt między b i normalna pętli zmienia się, strumień pola zmienia się zgodnie z:
W ten sposób uzyskuje się generator sinusoidalny, a jeśli zamiast pojedynczej cewki zastosowano liczbę N cewek, indukowany emf jest większy:
Okrągła cewka o N zwojach i promieniu R obraca się z częstotliwością kątową ω w środku pola magnetycznego o wielkości B. Znajdź wyrażenie określające maksymalny emf indukowany w cewce.
Wyrażenie na emf indukowane przez obrót jest stosowane, gdy cewka ma N zwojów, wiedząc, że:
-Powierzchnia cewki to A = πRdwa
-Kąt θ zmienia się w funkcji czasu i wynosi θ = ωt
Należy zauważyć, że pierwsze Far = ωt jest podstawiane w prawie Faradaya i wkrótce wyprowadza się w odniesieniu do czasu:
ε = -NBA (cos θ) '= -NB (πRdwa). [cos (ωt)] '= NBω (πRdwa) sin (ωt)
Ponieważ żądany jest maksymalny emf, występuje on zawsze, gdy sin ωt = 1, więc ostatecznie:
εmax = NBω (πRdwa)
Jeszcze bez komentarzy