Sähkömagneettinen induktio
Sähkömagneettinen induktio syntyy, kun virtapiirin läpi kulkeva magneettivuo muuttuu. Faradayn laki ε=−dΦ_B/dt antaa indusoituneen sähkömotorisen voiman, ja miinusmerkki ilmaisee Lenzin lain: indusoitunut vaikutus vastustaa vuon muutosta.
Miten vuo muuttuu
Φ_B riippuu kentästä, pinta-alasta ja pinnan suunnasta. Induktio voidaan siis saada muuttamalla B:tä, liikuttamalla piiriä epähomogeenisessa kentässä, pyörittämällä sitä tai muuttamalla sen pinta-alaa. Vakio kenttä paikallaan olevan piirin läpi ei yksin riitä.
Lenzin laki
Jos vuo tietyssä suunnassa kasvaa, indusoitunut virta luo kentän, joka pyrkii vastustamaan kasvua. Jos vuo pienenee, virran kenttä pyrkii ylläpitämään sitä. Laki vastustaa muutosta, ei magneettikentän olemassaoloa.
Energia
Kun magneettia työnnetään kohti suljettua johdinsilmukkaa, indusoitunut virta synnyttää voiman, joka vaikeuttaa liikettä. Ulkoinen työ muuttuu sähköenergiaksi ja usein lämmöksi. Lenzin miinusmerkki on siksi yhteensopiva energian säilymisen kanssa.
Liike-EMF
Johtava sauva, joka liikkuu magneettikentässä, voi erotella varauksia qv×B-voiman kautta. Yksinkertaisessa geometriassa EMF voi olla Bℓv. Sama tulos voidaan nähdä piirin magneettivuon muuttumisena.
Generaattori
Generaattorissa käämi pyörii magneettikentässä, joten sen läpi kulkeva vuo muuttuu jaksollisesti. Mekaaninen työ muuttuu sähköenergiaksi. Jännitteen amplitudi riippuu kentästä, pinta-alasta, kierrosluvusta ja pyörimisnopeudesta.
Muuntaja
Vaihtovirta ensiökäämissä luo muuttuvan vuon sydämeen ja indusoi jännitteen toisiokäämiin. Ideaalimuuntajassa jännitteiden suhde on kierroslukujen suhde ja teho säilyy likimain, vaikka jännite ja virta muuttuvat.
Pyörrevirrat
Muuttuva vuo massiivisessa johtimessa synnyttää suljettuja pyörrevirtoja. Ne voivat lämmittää materiaalia ja aiheuttaa magneettista jarrutusta. Muuntajan sydän laminoidaan häviöiden vähentämiseksi, kun taas induktiokuumennus käyttää ilmiötä tarkoituksella.
Itseinduktio
Käämin oma virta tuottaa magneettivuon. Kun virta muuttuu, myös tämä vuo muuttuu ja käämiin syntyy EMF ε=−L dI/dt. Induktanssi L vastustaa nopeaa virran muutosta ja varastoi energiaa magneettikenttään. Tämä näkyy RL-piirien aikavakiossa ja suurina jännitepiikkeinä induktiivista kuormaa katkaistaessa.
Harjoitus
Miksi suljettu metallirengas vastustaa magneetin nopeaa liikettä sitä kohti?
Ratkaisu
Magneettivuo renkaan läpi muuttuu. Indusoitunut virta synnyttää Lenzin lain mukaisen kentän, joka vastustaa vuon kasvua ja siten magneetin liikettä. Liikkeeseen tehty työ voi muuttua lämmöksi renkaassa.