Faradayův zákon indukce

Zpracoval Michel Faraday

Jak měnící se magnetické pole generuje elektrický proud ve vodiči?

Faradayův zákon indukce

Uvedl, že indukované napětí v obvodu je úměrné rychlosti změny magnetického toku za čas, nebo pokud se změní magnetické pole, indukovaného emf nebo napětí bude více a směr změny magnetického pole reguluje směr proudu. Toto je známé jako Faradayův zákon.

Michael Faraday
Michael Faraday, obrázek - Thomas PhillipsOlej M Faraday Th Phillips 1842, označeno jako public domain, více podrobností o Wikimedia Commons

Magnetický tok

Magnetický tok lze matematicky vyjádřit jako ΦB = BA cos

A je povrch, na který B působí rovnoměrné magnetické pole.
ΦB je magnetický tok. je úhel mezi a B a A.

Způsoby změny magnetického toku: -

  • Z výše uvedené rovnice je pochopitelné, že tok by se mohl měnit, pokud změníme magnetické pole o velikosti.
  • Lze také změnit úhel mezi magnetickým polem B a rovinou cívky, proměnlivý parametr je také povrch A.

Některá důležitá fakta o magnetickém toku:

  • Magnetický tok je skalární veličina.
  • Jednotka SI magnetického toku je označována jako weber (Wb)
  • 1 Wb = 1 Tesla.
  • Jednotkou CGS magnetického toku je Maxwell.
  • 1 Wb = Maxwell.

Nyní, podle Faradayova indukčního zákona, např(t)= ΦB.

V případě cívky N závitů je změna toku s každým závitem stejná, a proto se celková indukovaná emf stává, e(t)= ΦB.

Záporné znaménko určuje směr indukovaného emf, který je v souladu s Lenzovým zákonem, který je uveden následovně:

Směr indukovaného emf, a tedy směr indukovaného proudu v obvodu, je postavit se proti příčině, kvůli které byly vytvořeny, tj. Pokud se tok zvyšuje, pak bude indukovaný emf produkován takovým směrem, který se pokusí ke snížení toku a naopak.

Ve skutečnosti je Lenzův zákon shodou okolností zachování energie. Protože emf je indukován takovým způsobem, že se staví proti změně toku, je třeba pracovat proti této opozici dané indukovaným emf, aby bylo zajištěno, že změna toku bude pokračovat stejným způsobem. Tato práce se jeví jako elektrická energie v obvodu.

Z výše uvedených rovnic můžeme konstatovat, že indukovaný emf nebo elektrický proud v obvodu lze zvýšit následujícími způsoby: -

  • Velmi rychlá změna toku může zvýšit indukovaný emf.
  • Pomocí tyče z měkkého železného jádra uvnitř cívky.
  • Zvýšení N, tj. Zvýšení počtu závitů cívky.

Jak je vidět na obrázku, můžeme generovat emf, když je magnet umístěn v blízkosti obvodu nebo když je obvod umístěn v blízkosti magnetu. V těchto případech je zobrazen směr indukovaného proudu.

směr indukovaného elektrického pole podle Lenzova zákona
Směr indukovaného elektrického pole podle Lenzova zákona

Dalším způsobem, jak lze indukovat emf, je pracovní princip střídavého proudu, kde obvod je cívka vodivého drátu cirkulujícího v magnetickém poli, a tudíž tok ΦB změny v čase sinusovým způsobem.

Pohybová elektromotorická síla (důsledek Faradayova indukčního zákona)

Faradayův zákon
Elektromotorická síla indukovaná v důsledku změny oblasti magnetického toku v důsledku relativního pohybu

Výše uvedený obrázek ukazuje obdélníkový vodič ABCD, po kterém se vodivá tyč EF pohybuje konstantní rychlostí. Magnetické pole je kolmé, tj. Dovnitř k rovině uzavřené vodivé smyčky ABFE. 

Magnetický tok uzavřený smyčkou v čase t = ts je,

ΦB (t)= = BA = Blx (t),

Časová rychlost změny tohoto toku indukuje emf danou e = ΦB = (-Blx (t)) = Bl.x (t) = Blv.                                                                                                                          

Tato elektromotorická síla získaná v důsledku pohybu vodiče EF namísto změny magnetického pole je známá jako pohybová elektromotorická síla.

Elektromagnetická indukce vysvětluje indukci proudů a napětí jako shodu měnících se magnetických polí. Ale modernější pohled uvádí, že indukce nastává i při absenci vodivého drátu nebo jakéhokoli materiálu média.

O Amritovi Shawovi

Připojte se k našemu bývalému autorovi: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X