Πώς η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή δημιουργεί ρεύμα

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή (γνωστός και ως νόμος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday ή απλώς επαγωγή , αλλά δεν πρέπει να συγχέεται με τον επαγωγικό συλλογισμό), είναι μια διαδικασία όπου ένας αγωγός τοποθετημένος σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο (ή ένας αγωγός που κινείται μέσα από ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο) προκαλεί την παραγωγή τάσης στον αγωγό. Αυτή η διαδικασία ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, με τη σειρά της, προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα — λέγεται ότι επάγει το ρεύμα.

Ανακάλυψη Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής

Ο Michael Faraday έχει τα εύσημα για την ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής το 1831, αν και κάποιοι άλλοι είχαν παρατηρήσει παρόμοια συμπεριφορά τα προηγούμενα χρόνια. Το επίσημο όνομα για την εξίσωση της φυσικής που ορίζει τη συμπεριφορά ενός επαγόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου από τη μαγνητική ροή (αλλαγή σε ένα μαγνητικό πεδίο) είναι ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday.

Η διαδικασία της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής λειτουργεί και αντίστροφα, έτσι ώστε ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο να δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Στην πραγματικότητα, ένας παραδοσιακός μαγνήτης είναι το αποτέλεσμα της μεμονωμένης κίνησης των ηλεκτρονίων μέσα στα μεμονωμένα άτομα του μαγνήτη, ευθυγραμμισμένα έτσι ώστε το παραγόμενο μαγνητικό πεδίο να βρίσκεται σε ομοιόμορφη κατεύθυνση. Στα μη μαγνητικά υλικά, τα ηλεκτρόνια κινούνται με τέτοιο τρόπο ώστε τα μεμονωμένα μαγνητικά πεδία να δείχνουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις, έτσι ακυρώνονται το ένα το άλλο και το καθαρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται είναι αμελητέο.

Εξίσωση Maxwell-Faraday

Η πιο γενικευμένη εξίσωση είναι μια από τις εξισώσεις του Maxwell, που ονομάζεται εξίσωση Maxwell-Faraday, η οποία ορίζει τη σχέση μεταξύ των αλλαγών στα ηλεκτρικά πεδία και τα μαγνητικά πεδία. Έχει τη μορφή:

∇×E =– ∂ Β / ∂t

όπου ο συμβολισμός ∇× είναι γνωστός ως λειτουργία curl, το E είναι το ηλεκτρικό πεδίο (ένα διανυσματικό μέγεθος) και το B είναι το μαγνητικό πεδίο (επίσης διανυσματική ποσότητα). Τα σύμβολα ∂ αντιπροσωπεύουν τις μερικές διαφορικές, άρα το δεξί χέρι της εξίσωσης είναι το αρνητικό μερικό διαφορικό του μαγνητικού πεδίου ως προς το χρόνο. Και τα δύο E και B αλλάζουν ως προς το χρόνο t , και εφόσον μετακινούνται, αλλάζει και η θέση των πεδίων.