Elektromanyetik indüksiyon
Elektromanyetik indüksiyon, bir devreyle bağlantılı manyetik akı değiştiğinde ortaya çıkar. Belirleyici olan yalnızca manyetik alanın varlığı değil, Φ_B akısının zamana göre değişimidir. Faraday yasası bu değişimi indüklenen elektromotor kuvvetle ilişkilendirir; Lenz yasası ise indüklenen etkinin, onu doğuran akı değişimine karşı koyacak yönde olmasını açıklar.
Manyetik akı
Düzlemsel bir halka ve düzgün alan için Φ_B=BA cosθ; θ, B ile yüzey normalinin arasındaki açıdır. Akı; B, alan A, yönelim veya halkanın alan içindeki konumu değiştirilerek değiştirilebilir.
Güçlü fakat sabit bir B alanı, akı sabitse hareketsiz bir halkada tek başına emf üretmez.
Faraday yasası
N sarımlı bobinde ℰ=−N dΦ_B/dt. Sonlu bir süre için ortalama büyüklük |ℰ_avg|=N|ΔΦ_B|/Δt ile bulunur.
Akının SI birimi weber (Wb), emf'nin birimi volt (V)tur. Daha hızlı akı değişimi veya daha fazla sarım daha büyük emf verir.
Sonuç
Sonuç: V
Lenz yasası
Eksi işareti yön bilgisidir. İndüklenen akımın manyetik etkisi, dış alanın kendisine değil, manyetik akıdaki değişime karşı koyar.
Yukarı yönlü akı artıyorsa indüklenen alan aşağı yönlüdür. Aynı akı azalıyorsa indüklenen alan azalmayı engellemek için yukarı yönlü olur.
Hareket emk'si
Uzunluğu L olan iletken çubuk, düzgün B alanına dik v hızıyla hareket ederse ideal durumda ℰ=BLv elde edilir. Hareketli yükler manyetik kuvvet nedeniyle ayrışır.
Bu sonuç Faraday yasasından kopuk değildir; devreyle bağlantılı akının değişmesinin başka bir geometrik ifadesidir.
Enerji ve jeneratör
Bir mıknatısı akım taşıyan indüksiyon bobinine itmek mekanik iş gerektirir. Lenz yasasının karşı koyan yönü enerji korunumu ile uyumludur.
Jeneratörler, bobin veya alan döndürülerek kontrollü biçimde akı değiştirilmesi ilkesine dayanır.
Güvenilir çözüm sırası
Önce halka ve yüzey normalini belirleyin. Dış akının yönünü ve artıp azalmadığını bulun. Sonra Lenz ile indüklenen alanın yönünü, sağ el kuralıyla akımı çıkarın.
Yaygın hatalar B alanına doğrudan karşı koymak ve θ açısını yüzeyden ölçmektir.
Girdap akımları ve özindüksiyon
Değişen manyetik akı, büyük iletken parçalar içinde kapalı girdap akımları oluşturabilir. Bunlar Joule ısınması ve manyetik frenleme üretir; indüksiyon ısıtma bu etkiyi kullanır.
Bir bobinin kendi akımı değiştiğinde kendi akısı da değişir. İdeal özindüksiyon bağıntısı ℰ=−L di/dt, indüktörün hızlı akım değişimine neden karşı koyduğunu açıklar.
Çözümlü örnek
Akı
B=0,30 T, A=0,020 m², θ=0°
Çözüm
Φ=6,0×10⁻³ Wb
Ortalama emf
N=200, ΔΦ=3,0 mWb, Δt=0,050 s
Çözüm
|ℰ|=12 V