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.
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.
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