Νόμος του Faraday - Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή

Στη φύση ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός σχετίζονται μεταξύ τους. Καθώς το μαγνητικό πεδίο επάγεται γύρω από ένα σύρμα που μεταφέρει ρεύμα, η αλλαγή του μαγνητικού πεδίου μπορεί επίσης να προκαλέσει ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το φαινόμενο στο οποίο δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα από ποικίλα μαγνητικά πεδία ονομάζεται Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (EMI).

Ο Sir Oersted ενώ εκτελούσε πειράματα σχετικά με το ηλεκτρικό ρεύμα έδειξε ότι το μαγνητικό πεδίο σχετίζεται με τον αγωγό που μεταφέρει το ρεύμα. Όταν μια πυξίδα πλησιάζει σε ένα καλώδιο μεταφοράς ρεύματος, εκτρέπεται. Αυτό βοηθά να αποδειχθεί ότι ένα μαγνητικό πεδίο προκαλείται γύρω από ένα καλώδιο που μεταφέρει ρεύμα.

Εάν το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να παράγει μαγνητικό πεδίο, τότε τίθεται το ερώτημα είναι μπορεί το μαγνητικό πεδίο να προκαλέσει ηλεκτρικό πεδίο;

Η απάντηση στην ερώτηση είναι ναι, η αλλαγή των μαγνητικών πεδίων προκαλεί ηλεκτρικά πεδία. Αυτό το φαινόμενο στο οποίο δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα από ποικίλα μαγνητικά πεδία ονομάζεται Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (EMI).

Ο Michael Faraday έδειξε ότι τα ηλεκτρικά ρεύματα προκαλούνται σε κλειστούς βρόχους όταν υπόκεινται σε μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία.

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ FARADAY

Η ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής βασίζεται σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν από τους Faraday και Henry.

Το πείραμα αποτελούνταν από ένα αγώγιμο πηνίο συνδεδεμένο με ένα γαλβανόμετρο. Ένας μαγνήτης ράβδου με έναν από τους πόλους του στραμμένους προς το πηνίο μετακινήθηκε προς το πηνίο. ένας δείκτης στο γαλβανόμετρο παρατηρήθηκε να εκτρέπεται. Στη συνέχεια, ο μαγνήτης απομακρύνθηκε από το πηνίο, τώρα ο δείκτης στο γαλβανόμετρο εκτρέπεται στην αντίθετη πλευρά. Η εκτροπή του δείκτη έδειχνε τη ροή του ρεύματος στο πηνίο.

Ομοίως, εάν κρατούσαμε τον μαγνήτη της ράβδου ακίνητο και μετακινούσαμε το πηνίο εμπρός και πίσω μέσα στο μαγνητικό πεδίο, θα προκληθεί ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο.

Αυτό το πείραμα έδειξε ότι η σχετική κίνηση μεταξύ του πηνίου και του μαγνήτη ήταν υπεύθυνη για την παραγωγή (επαγωγή) ηλεκτρικού ρεύματος στο πηνίο.

Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FARADAY

Ο νόμος του Faraday δηλώνεται ως εκ τούτου, καθώς, ένα emf / τάση προκαλείται σε ένα κύκλωμα κάθε φορά που υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ ενός αγωγού και ενός μαγνητικού πεδίου. Το επαγόμενο emf με τη σειρά του παράγει επαγόμενο ρεύμα στο κύκλωμα. Επίσης, το μέγεθος του επαγόμενου emf / επαγόμενης τάσης είναι ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής.

Μαθηματική έκφραση του νόμου του Faraday:

Επαγόμενη emf (e) α dΦ/dt ….

Όπου Φ είναι Μαγνητική Ροή

«Το επαγόμενο emf (επαγόμενη τάση) είναι ανάλογη με το χρόνο μεταβολής της μαγνητικής ροής».

• ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ LENZ 

Ο Lenz συνήγαγε έναν νόμο που δίνει την πολικότητα του επαγόμενου emf.

Η δήλωση του νόμου είναι «Η πολικότητα του επαγόμενου emf είναι τέτοια που τείνει να παράγει ένα ρεύμα που αντιτίθεται στην αλλαγή της μαγνητικής ροής που το παρήγαγε.

Έτσι, ο νόμος του Faraday μαζί με τον νόμο Lenz μπορούν να εκφραστούν μαθηματικά ως εξής-

Emf (e) =-dΦ /dt

Το αρνητικό πρόσημο υποδεικνύει ότι το επαγόμενο emf αντιτίθεται στη μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή.

• Μαγνητική ροή – Μπορεί να οριστεί ως ο αριθμός των γραμμών μαγνητικού πεδίου που διέρχονται από μια περιοχή. Η μονάδα SI της μαγνητικής ροής είναι το τετράγωνο του Weber ή του μέτρου Tesla. Είναι μια κλιμακωτή ποσότητα.

Μαγνητική ροή Φ =B.A … 

Όπου B=διάνυσμα μαγνητικού πεδίου και A=διάνυσμα περιοχής.

Επομένως, για την αλλαγή της μαγνητικής ροής πρέπει να ικανοποιείται οποιαδήποτε από τις ακόλουθες συνθήκες.

• B(t)

Το μαγνητικό πεδίο αλλάζει σε σχέση με το χρόνο. Δηλαδή το μαγνητικό πεδίο εξαρτάται από το χρόνο.

• A(t)

Η περιοχή αλλάζει σε σχέση με το χρόνο. Εάν η περιοχή του κυκλώματος ή ο βρόχος πηνίου που διατηρείται στο μαγνητικό πεδίο αλλάζει.

• ϴ(t)

Το θήτα αλλάζει με το χρόνο. Εάν ο βρόχος του πηνίου περιστρέφεται, αυτή είναι η γωνία μεταξύ του διανύσματος περιοχής και του μαγνητικού πεδίου αλλάζει.

Εφαρμογή του νόμου του Faraday - Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Ο νόμος του Faraday είναι ένας από τους πιο βασικούς και σημαντικούς νόμους του ηλεκτρομαγνητισμού. Ο νόμος αυτός βρίσκει εφαρμογή σε ηλεκτρικές μηχανές, βιομηχανίες κ.λπ.

• Οι μετασχηματιστές ισχύος λειτουργούν βάσει του νόμου του Faraday.
• Η βασική αρχή λειτουργίας της ηλεκτρικής γεννήτριας είναι ο νόμος του Faraday.
• Η επαγωγική κουζίνα λειτουργεί βάσει του νόμου του Faraday.
• Η ηλεκτρική κιθάρα βασίζεται στην αρχή του νόμου του Faraday.

Συμπέρασμα

Στη φύση ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός σχετίζονται μεταξύ τους. Το φαινόμενο στο οποίο δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα από ποικίλα μαγνητικά πεδία ονομάζεται Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (EMI).

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι επομένως ένα φαινόμενο που είναι μια αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Είναι η αρχή που εξηγεί τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν κλειστό βρόχο που διατηρείται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.

Τα πειράματα του Michael Faraday κατέδειξαν τη βασική αρχή της δημιουργίας επαγόμενου emf σε ένα κλειστό πηνίο λόγω του χρονικού ρυθμού μεταβολής της μαγνητικής ροής. Έτσι, ο νόμος του Faraday δηλώνει ότι μια επαγόμενη emf (επαγόμενη τάση) είναι ανάλογη με το χρονικό ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής. Από την άλλη ο Lenz δήλωσε έναν νόμο που δίνει την πολικότητα του επαγόμενου emf.

Έτσι, ο νόμος του Faraday μαζί με τον νόμο του Lenz μπορούν να εκφραστούν μαθηματικά ως εξής-  

Επαγόμενη emf (e) =– Χρονικός ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής (dΦ/dt).

• Ο νόμος του Faraday έχει τη σημασία του στην εξίσωση του Maxwell που περιγράφει τα Ηλεκτρομαγνητικά κύματα.