Inducció electromagnètica
La inducció electromagnètica apareix quan canvia el flux magnètic a través d’un circuit. Un camp pot ser molt intens i, tanmateix, no induir cap fem si el flux rellevant es manté constant.
Flux magnètic: la magnitud que ha de canviar
Per un camp uniforme i una superfície plana, Φ=BA cosθ, on θ és l’angle entre B⃗ i la normal a la superfície, no l’angle amb el pla. El flux pot canviar perquè varia B, l’àrea travessada o l’orientació. La unitat és el weber (Wb).
Llei de Faraday
La llei de Faraday és ε=−N dΦ/dt. Per una variació finita, el mòdul mitjà és N|ΔΦ|/Δt. No és el valor del flux per si sol el que importa, sinó la rapidesa amb què canvia l’enllaç de flux de les N espires.
Llei de Lenz i conservació de l’energia
El signe menys és la llei de Lenz: el corrent induït crea un camp que s’oposa al canvi de flux que l’ha originat. No “s’oposa al camp” de manera genèrica. Aquesta oposició és necessària per conservar l’energia; si reforcés espontàniament el canvi, el sistema podria autoaccelerar-se sense aportació externa.
Com pot variar el flux
El flux canvia si una bobina entra o surt d’una regió de camp, si gira, si varia B amb el temps o si canvia l’àrea efectiva. En tots els casos la mateixa llei de Faraday descriu la fem, encara que el mecanisme microscòpic pugui incloure forces sobre càrregues mòbils o camps elèctrics induïts.
Generadors, moviment i transformadors
En un generador, una bobina gira i transforma treball mecànic en energia elèctrica. Una barra conductora que es mou en un camp pot tenir una fem motriu aproximada ε=Bℓv en la geometria adequada. Els transformadors utilitzen un flux variable compartit entre bobines i funcionen amb corrent variable, no amb un corrent continu estacionari.
Exemples resolts
1. Flux magnètic
B=0,30 T travessa perpendicularment A=0,020 m².
Solució
Φ=BA=6,0×10⁻³ Wb.
2. Bobina de 200 espires
El flux per espira canvia 3,0 mWb en 0,050 s.
Solució
|ε|=N|ΔΦ|/Δt=12 V.
3. Sentit de Lenz
Un pol nord d’un imant s’acosta a una bobina. Com respon la cara propera?
Solució
La bobina crea una cara nord per oposar-se a l’augment de flux causat per l’aproximació.