Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Μαγνητική ροή

Για ομογενές πεδίο και επίπεδο βρόχο, Φ_B=BA cosθ, όπου θ είναι η γωνία ανάμεσα στο B και στην κάθετο της επιφάνειας. Η ροή μπορεί να αλλάξει αν αλλάξει το B, το εμβαδό, ο προσανατολισμός ή αν ο βρόχος κινηθεί σε περιοχή διαφορετικού πεδίου.

Ένα ισχυρό αλλά σταθερό πεδίο δεν προκαλεί από μόνο του επαγωγή σε ακίνητο βρόχο, επειδή dΦ_B/dt=0.

Νόμος Faraday

Για πηνίο N σπειρών, ℰ=−N dΦ_B/dt. Το μέτρο αυξάνει με τον αριθμό των σπειρών και με το πόσο γρήγορα μεταβάλλεται η ροή.

Σε πεπερασμένο χρονικό διάστημα χρησιμοποιούμε συχνά |ℰ_avg|=N|ΔΦ_B|/Δt. Η μονάδα της ροής είναι το weber (Wb) και της ΗΕΔ το volt (V).

Νόμος Lenz

Το αρνητικό πρόσημο δεν είναι διακοσμητικό: η επαγόμενη ηλεκτρική τάση οδηγεί σε ρεύμα του οποίου το μαγνητικό αποτέλεσμα αντιστέκεται στη μεταβολή της ροής.

Αν μια ανοδική ροή αυξάνεται, το επαγόμενο πεδίο τείνει προς τα κάτω. Αν η ίδια ροή μειώνεται, το επαγόμενο πεδίο τείνει προς τα πάνω για να αντισταθεί στη μείωση.

Κινητική ΗΕΔ

Ράβδος μήκους L που κινείται κάθετα σε ομογενές B με ταχύτητα v μπορεί ιδανικά να εμφανίσει ℰ=BLv. Τα φορτία στη ράβδο υφίστανται μαγνητική δύναμη και διαχωρίζονται.

Η κινητική ΗΕΔ και ο νόμος Faraday είναι συμβατές όψεις της ίδιας φυσικής: το κύκλωμα συνδέεται με μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή.

Ενέργεια και γεννήτριες

Όταν σπρώχνουμε μαγνήτη προς αγώγιμο πηνίο που διαρρέεται από επαγόμενο ρεύμα, απαιτείται μηχανικό έργο. Αν η επαγωγή ενίσχυε τη μεταβολή, θα μπορούσαμε να παράγουμε ενέργεια χωρίς αντίστοιχη εισροή.

Οι γεννήτριες εκμεταλλεύονται ελεγχόμενη μεταβολή ροής, συνήθως μέσω περιστροφής πηνίου ή μαγνητικού πεδίου.

Συστηματική επίλυση

Ορίστε πρώτα τον βρόχο και την κάθετο. Βρείτε τη φορά της εξωτερικής ροής και αν αυξάνεται ή μειώνεται. Έπειτα εφαρμόστε Lenz για τη φορά του επαγόμενου πεδίου και τέλος τον κανόνα του δεξιού χεριού για το ρεύμα.

Συνηθισμένο λάθος είναι να «αντιτίθεται» κανείς στο ίδιο το B αντί στη μεταβολή της ροής ή να ξεχνά τον παράγοντα cosθ.

Λυμένο παράδειγμα