Elektromagnetiline induktsioon

Elektromagnetiline induktsioon tekib siis, kui vooluringiga seotud magnetvoog muutub. Oluline pole lihtsalt magnetvälja olemasolu, vaid voo Φ_B muutumise kiirus. Faraday seadus seob selle muutuse indutseeritud elektromotoorjõuga ning Lenzi seadus määrab suuna nii, et induktsiooni magnetiline mõju vastustab voo muutust.

Elektromagnetiline induktsioonΦ = BA cos θ
Magnetvoog. Ühtlases väljas ja tasase silmuse korral Φ_B=BA cosθ, kus θ mõõdetakse välja B ja pinna normaali vahel. Voolu saab muuta välja tugevuse, silmuse pindala, nurga või asukoha muutmisega.

Magnetvoog

Ühtlases väljas ja tasase silmuse korral Φ_B=BA cosθ, kus θ mõõdetakse välja B ja pinna normaali vahel. Voolu saab muuta välja tugevuse, silmuse pindala, nurga või asukoha muutmisega.

Tugev, kuid ajas muutumatu väli ei tekita paigalseisvas silmuses emf-i, kui dΦ_B/dt=0.

Faraday seadus

N keeruga mähises ℰ=−N dΦ_B/dt. Keskmise väärtuse jaoks lõpliku ajavahemiku jooksul kasutatakse |ℰ_avg|=N|ΔΦ_B|/Δt.

Magnetvoo SI ühik on weber (Wb) ja elektromotoorjõu ühik volt (V). Kiirem muutus või suurem keerdude arv suurendab emf-i.

Tulemus

Tulemus: V

Lenzi seadus

Miinusmärk väljendab suunda: indutseeritud vool tekitab magnetvälja, mis vastustab voo muutust, mitte tingimata algset väljasuunda.

Kui ülespoole suunatud voog suureneb, indutseeritud väli on allapoole. Kui sama voog väheneb, on indutseeritud väli ülespoole, et vähenemist takistada.

Elektromagnetiline induktsioonℰ = −N dΦ/dt
Faraday seadus. N keeruga mähises ℰ=−N dΦ_B/dt. Keskmise väärtuse jaoks lõpliku ajavahemiku jooksul kasutatakse |ℰ_avg|=N|ΔΦ_B|/Δt.

Liikumis-emf

Pikkusega L juhtvarras, mis liigub kiirusega v risti ühtlase B-ga, võib ideaalis tekitada ℰ=BLv. Liikuvatele laengutele mõjub magnetjõud ja laengud eralduvad.

See pole Faraday seadusest eraldiseisev nähtus, vaid sama voo muutumise kirjeldus teises geomeetrias.

Energia ja generaatorid

Magneti lükkamine juhtivasse mähisesse nõuab mehaanilist tööd, kui indutseeritud vool tekitab vastumõju. See on otseselt seotud energia jäävusega.

Elektrigeneraator kasutab kontrollitud magnetvoo muutust, näiteks mähise või magnetvälja pöörlemist.

Lahendusstrateegia

Määra kõigepealt silmus ja pinna normaal. Leia välise magnetvoo suund ning kas voog kasvab või kahaneb. Alles siis vali Lenzi seadusega indutseeritud väli ja parema käe reegliga voolusuund.

Tüüpilised vead on väljal B endal, mitte voo muutusel, „vastu töötamine“ ning cosθ unustamine.

Pöörisvoolud ja induktiivsus

Muutuv magnetvoog võib massiivses juhis tekitada suletud pöörisvoolusid. Need põhjustavad Joule'i soojenemist ja võivad liikumist pidurdada; sama põhimõtet kasutatakse induktsioonkuumutuses ja magnetpidurites.

Mähise enda voolu muutus muudab ka tema magnetvoogu. Eneseinduktsiooni idealiseeritud seos ℰ=−L di/dt näitab, miks induktor takistab voolu kiiret muutust.

Lahendatud näide

Magnetvoog

B=0,30 T, A=0,020 m², θ=0°

Lahendus

Φ=6,0×10⁻³ Wb

Keskmine emf

N=200, ΔΦ=3,0 mWb, Δt=0,050 s

Lahendus

|ℰ|=12 V