Faradays induktionslov
Når det magnetfelt, der går gennem en trådsløjfe, ændrer sig, skaber det en spænding i sløjfen — selv uden tilsluttet batteri. Ændr feltet hurtigere, og du får en større spænding; det er præcis sådan, generatorer omdanner bevægelse til elektricitet.
Formlen
ε = −ΔΦ / Δt
- ε — induceret emf (V): spændingen skabt i sløjfen
- Φ — magnetisk flux (Wb): mængden af magnetfelt, der går gennem sløjfen
- t — tid (s): hvor længe ændringen i fluxen tager
Udregnet eksempel
Den magnetiske flux gennem en sløjfe falder med 6 weber over 3 sekunder. Hvilken spænding inducerer det?
- ΔΦ = 6 Wb
- Δt = 3 s
- ε = −ΔΦ / Δt
- ε = −(6 Wb) / (3 s)
ε = −2 V
Test dig selv
Fluxen ændrer sig stadig med 6 weber, men nu sker det på blot 2 sekunder i stedet for 3. Hvor stor er den inducerede spænding nu?
- 2 V
- Korrekt svar: 3 V
- 12 V
Rigtigt! En hurtigere ændring betyder mere spænding: 6 Wb ÷ 2 s = 3 V.
Ifølge Lenz' lov vil strømmen, der induceres af en ændrende flux, skabe sit eget magnetfelt, som…
- Korrekt svar: modarbejder ændringen i fluxen
- matcher ændringen i fluxen
- ingen effekt har på fluxen
Præcis — den inducerede strøm kæmper altid imod den ændring, der skabte den, og derfor har formlen et minustegn.
Hvor du ser det
Hvert kraftværk på Jorden er denne lov i industriel skala: roterende magneter fejer en skiftende flux gennem spolerne, og ud kommer spændingen, der når din stikkontakt. En cykeldynamo er lommeudgaven — din træden i pedalerne får en magnet til at rotere, og forlygten lyser, uden at der er batteri i kredsløbet.
Almindelige fejl
Det afgørende er ændringen: et kæmpe, fuldstændig konstant magnetfelt gennem en sløjfe inducerer ingenting — kun en flux, der ændrer sig, frembringer en spænding, ε = −ΔΦ / Δt. Dernæst er det en ændringshastighed, ikke en mængde: den samme ændring på 6 Wb udført på 2 s i stedet for 3 s hæver spændingen fra 2 V til 3 V. Og minustegnet er Lenz' lov — den inducerede strøm modarbejder altid den ændring, der skabte den; der findes ingen gratis frokost.
Sådan hænger det sammen
Dette fuldender det par, som Lorentz-kraften tog hul på: felter skubber til ladninger, og nu skaber felter, der ændrer sig, de spændinger, der sætter ladninger i bevægelse — helt uden batteri. Lenz' modarbejdende skub er energibevaringen, der gør sig gældende, og AC-resonans, som kommer herefter, er det, der sker, når denne inducerede spænding møder en kondensator i et kredsløb, der drives frem og tilbage.