Elektromagnetisk induktion
Elektromagnetisk induktion uppstår när det magnetiska flödet genom en krets förändras. Ett starkt fält ger ingen inducerad emk om flödet förblir konstant.
Magnetiskt flöde: storheten som måste ändras
För ett homogent fält genom en plan yta gäller Φ=BA cosθ, där θ mäts mellan B⃗ och ytans normal. Flödet ändras när B, arean eller orienteringen ändras. Enheten är weber (Wb).
Faradays lag
Faradays lag är ε=−N dΦ/dt. Under ett ändligt tidsintervall är medelvärdets belopp N|ΔΦ|/Δt. Det är förändringstakten hos flödeskopplingen genom N varv som bestämmer emk:n.
Lenz lag och energins bevarande
Minustecknet uttrycker Lenz lag: den inducerade strömmen skapar ett fält som motverkar den flödesförändring som orsakade strömmen. Detta är ett direkt uttryck för energins bevarande.
Sätt att ändra flödet
Flödet kan ändras när en spole rör sig in i eller ut ur ett fält, roterar, när B ändras med tiden eller när den effektiva arean ändras. Faradays lag beskriver alla dessa fall.
Generatorer, rörelse och transformatorer
I en generator omvandlar en roterande spole mekaniskt arbete till elektrisk energi. En rörlig ledare kan i lämplig geometri få ε=Bℓv. Transformatorer använder ett tidsvarierande gemensamt flöde och kräver därför varierande ström.
Lösta exempel
1. Magnetiskt flöde
B=0,30 T och A=0,020 m²; fältet är vinkelrätt mot ytan.
Lösning
Φ=6,0×10⁻³ Wb.
2. Spole med 200 varv
Flödet per varv ändras med 3,0 mWb på 0,050 s.
Lösning
|ε|=12 V.
3. Lenz lag
En magnets nordpol närmar sig en spole. Vilken pol får spolens närmaste sida?
Lösning
Den närmaste sidan blir nord, så att det inducerade fältet motverkar ökningen av flödet.