Elektromagnetische inductie

Magnetische flux: de grootheid die moet veranderen

Voor een uniform veld en een vlak oppervlak is Φ=BA cosθ, waarbij θ de hoek tussen B⃗ en de oppervlaktenormaal is. De flux verandert door B, het oppervlak of de oriëntatie te veranderen. De eenheid is de weber (Wb).

Wet van Faraday

De wet van Faraday is ε=−N dΦ/dt. Over een eindig tijdsinterval is de gemiddelde grootte N|ΔΦ|/Δt. Niet de flux op zichzelf, maar de snelheid waarmee de fluxkoppeling van de N windingen verandert, bepaalt de emk.

Wet van Lenz en energiebehoud

Het minteken drukt de wet van Lenz uit: de geïnduceerde stroom maakt een veld dat de verandering van flux tegenwerkt die hem veroorzaakte. Hij werkt dus niet simpelweg “het externe veld” tegen. Die tegenwerking is vereist door energiebehoud.

Manieren waarop de flux kan veranderen

Flux kan veranderen wanneer een spoel een veldgebied in- of uitgaat, wanneer zij draait, wanneer B in de tijd verandert of wanneer het effectieve oppervlak verandert. Faraday beschrijft al die gevallen met dezelfde wet, ook al verschilt het microscopische mechanisme.

Generatoren, beweging en transformatoren

In een generator zet een draaiende spoel mechanisch werk om in elektrische energie. Een bewegende staaf kan in de juiste geometrie een motionele emk ε=Bℓv krijgen. Transformatoren gebruiken een tijdsafhankelijke gedeelde flux en werken daarom met veranderlijke stroom, niet met een stationaire gelijkstroom.

Uitgewerkte voorbeelden

1. Magnetische flux

B=0,30 T staat loodrecht op A=0,020 m².

2. Spoel met 200 windingen

De flux per winding verandert 3,0 mWb in 0,050 s.

3. Richting volgens Lenz

Een noordpool nadert een spoel. Welke pool vormt de nabije zijde?