Mini-kurzus
Elektromágneses indukció
Változó mágneses fluxus elektromotoros erőt hoz létre egy zárt vezető hurokban: ε=−dΦB/dt. A mínuszjel Lenz törvényét fejezi ki: az indukált áram olyan irányú, hogy saját mágneses hatásával ellenzi a fluxusváltozást, amely létrehozta.
Mit kell megváltoztatni?
A Φ=BA cosθ fluxus változhat a tér B nagyságának, a hurok A területének vagy a tér és a felület normálisa közti θ szögnek a változtatásával. Ezért indukcióhoz nem szükséges feltétlenül „mágnes mozgatása”: forgó tekercs, változó árammal keltett B vagy változó geometria is megfelelő lehet.
Lenz törvénye és energiamegmaradás
Ha az indukált áram erősítené az őt kiváltó fluxusváltozást, a rendszer külső munkavégzés nélkül önmagát gyorsítva energiát termelhetne. Lenz törvénye ezt akadályozza meg. Amikor mágnest közelítünk egy vezető hurokhoz, az indukált áram mágneses tere fékező hatást fejt ki, ezért a mozgatáshoz végzett külső munka alakulhat elektromos és hőenergiává.
Mozgási indukció
Ha vezetőrúd v sebességgel mozog B mezőben, a benne lévő töltésekre qv×B mágneses erő hat, ami töltésszétválást hozhat létre. Egyszerű merőleges geometriában ε=Bℓv. Ez ugyanahhoz a Faraday-féle eredményhez vezet, de a mikroszkopikus kép segít megérteni, hogyan jelenik meg feszültség a mozgó vezető végei között.
Generátor
Forgó tekercsben a fluxus periodikusan változik, ezért váltakozó feszültség indukálódik. Mechanikai munkával forgatjuk a rendszert, az elektromágneses indukció pedig elektromos energiaáramot hoz létre. Az erőművi generátorok sokféle energiaforrásból — gőzturbina, víz, szél — ugyanennek az alapelvnek a segítségével állítanak elő elektromos energiát.
Transzformátor
Váltakozó áram a primer tekercsben változó mágneses fluxust kelt a magban, amely feszültséget indukál a szekunder tekercsben. Ideális transzformátorra V₂/V₁=N₂/N₁. A teljesítmény ideális esetben közel megmarad, így a feszültség növelése kisebb árammal járhat. Ez teszi lehetővé a nagyfeszültségű, kisebb veszteségű villamosenergia-átvitelt.
Önindukció
Egy tekercs saját áramának változása saját fluxusát is megváltoztatja, ezért önindukált feszültség keletkezik: εL=−L di/dt. Az induktivitás L azt jellemzi, mennyire ellenzi a rendszer az áram gyors megváltozását. Az ideális induktor mágneses energiája U=½LI².
Örvényáramok
Tömbszerű vezetőben változó mágneses tér zárt áramhurkokat, örvényáramokat kelthet. Ezek hőt termelhetnek és Lenz törvénye szerint fékező erőket okozhatnak. Indukciós főzőlap hasznosítja a hőhatást, mágneses fék a fékező hatást; transzformátormagot viszont lemezelnek az örvényáram-veszteség csökkentésére.
Próbáld ki
Egy 50 menetes tekercsben a fluxus menetenkként 0,020 Wb-ről 0-ra csökken 0,10 s alatt. Mekkora az átlagos indukált feszültség nagysága?
Megoldás
|ε|=N|ΔΦ|/Δt=50×0,020/0,10=10 V. Az áram irányát Lenz törvényével lehet meghatározni.