Indukcja elektromagnetyczna

Już w 1831 roku Michael Faraday zauważył, że w prostym obwodzie elektrycznym przy zmianie pola magnetycznego powstaje prąd elektryczny.

Prąd elektryczny powstaje w takich przypadkach jak:

zmiana indukcji magnetycznej (wystarczy zbliżyć magnes do obwodu lub obwód do magnesu, by w obwodzie popłynął chwilowy prąd elektryczny);
zmiana kształtu obwodu, znajdującego się w polu magnetycznym;
zmiana nachylenia zamkniętego obwodu elektrycznego względem kierunku pola magnetycznego (wystarczy obracać ramkę z przewodnika w polu magnetycznym).

W obwodzie powstaje tak zwana siła elektromotoryczna indukcji (SEM), która opisuje prawo indukcji Faradaya.

Prawo indukcji Faradaya

Prawo to przyjmuje następujące brzmienie:

Siła elektromotoryczna indukcji, która powstaje w obwodzie elektrycznym jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego, który przenika przez powierzchnię ograniczoną tym obwodem.

Jeżeli mamy do czynienia ze stałą zmianą strumienia magnetycznego, to można zastosować następujący wzór:

$\epsilon=-\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$

Poziom zaawansowany

W ogólnym przypadku prawo indukcji Faradaya opisuje wzór:

Zauważmy, że jeżeli strumień nie zmienia się, to siła elektromotoryczna nie powstaje. Jeżeli strumień rośnie, to znak SEM jest przeciwny do SEM w przypadku, gdy strumień magnetyczny maleje.

Jednostką siły elektromotorycznej indukcji jest wolt (1 V).

Prąd, który powstał w wyniku zmiany strumienia magnetycznego to tak zwany prąd indukcyjny.

Indukcja elektromagnetyczna w solenoidzie

Jeżeli użyjemy zwojnicy, by indukować w niej prąd, dla każdego zwoju możemy zastosować odrębnie prawo indukcji Faradaya, zatem:

Siła elektromotoryczna indukcji w obwodzie o N zwojach jest N razy większa niż w jednym zwoju.

Całkowity zaś strumień magnetyczny przenikający N zwojów oblicza się poprzez zsumowanie strumieni przenikających pojedyncze zwoje na przykład solenoidu.

Reguła Lenza

Jak wyznaczyć kierunek prądu indukcyjnego w obwodzie elektrycznym, przez którego przenika zmienny strumień magnetyczny? Określa to tak zwana reguła Lenza lub reguła przekory.

Kierunek prądu indukcyjnego jest taki, że wytworzone przez ten prąd pole magnetyczne przeciwdziała zmianie strumienia magnetycznego, która go powoduje.

Przykład

Jeżeli będziemy zbliżać magnes biegunem N do zamkniętego obwodu elektrycznego, to powstały w tym obwodzie prąd indukcyjny wytworzy pole magnetyczne, które będzie starało się odepchnąć nasz magnes. Jeżeli zaś zaczniemy oddalać nasz magnes od obwodu, prąd popłynie w obwodzie w drugą stronę, bieguny źródła pola wytworzonego przez zwój (zwoje) z prądem indukcyjnym odwrócą się i nasz magnes będzie przez obwód przyciągany.

Warto spojrzeć na poniższą ilustrację.

Równania Maxwella

Równania Maxwella albo prawa Maxwella to cztery podstawowe równania, za pomocą których można opisać własności pola magnetycznego i elektrycznego. To podstawowe równania elektromagnetyzmu, które wyraża się w postaci całkowej lub w postaci różniczkowej.