قانون القای فارادی
وقتی میدان مغناطیسی گذرنده از حلقه‌ای از سیم تغییر می‌کند، در همان حلقه ولتاژی می‌سازد — حتی بی‌هیچ باتری. میدان را تندتر تغییر دهید، ولتاژ بزرگ‌تری می‌گیرید؛ ژنراتورها دقیقاً با همین روش حرکت را به برق تبدیل می‌کنند.
فرمول
ε = −ΔΦ / Δt
- ε — نیروی محرکهٔ القایی (V): ولتاژی که در حلقه ساخته می‌شود
- Φ — شار مغناطیسی (Wb): مقدار میدان مغناطیسی گذرنده از حلقه
- t — زمان (s): تغییر شار چقدر طول می‌کشد
مثال حل‌شده
شار مغناطیسی گذرنده از یک حلقه 6 وبر افت می‌کند در 3 ثانیه. چه ولتاژی القا می‌شود؟
- ΔΦ = 6 Wb
- Δt = 3 s
- ε = −ΔΦ / Δt
- ε = −(6 Wb) / (3 s)
ε = −2 V
خودتان را بیازمایید
شار همچنان 6 وبر تغییر می‌کند، اما حالا در 2 ثانیه به‌جای 3. اندازهٔ ولتاژ القاشده حالا چند است؟
- 2 V
- پاسخ درست: 3 V
- 12 V
درست است! تغییری تندتر یعنی ولتاژ بیشتر: 6 Wb ÷ 2 s = 3 V.
طبق قانون لنز، جریانی که از شار متغیر القا می‌شود میدان مغناطیسی خودش را می‌سازد که…
- پاسخ درست: با تغییر شار مخالفت می‌کند
- با تغییر شار همراهی می‌کند
- بر شار اثری ندارد
دقیقاً — جریان القاشده همیشه در برابر تغییری که ساخته‌اش می‌ایستد؛ به همین دلیل فرمول علامت منفی دارد.
کجا آن را می‌بینید
هر نیروگاه روی زمین، همین قانون است در مقیاس صنعتی: آهن‌رباهای چرخان، شارِ در حال تغییر را از میان پیچه‌ها عبور می‌دهند و ولتاژی بیرون می‌آید که به پریز دیواری شما می‌رسد. دینام دوچرخه نسخهٔ جیبی همین ماجراست — پدال‌زدن شما آهن‌ربایی را می‌چرخاند و چراغ جلو، بدون هیچ باتری‌ای در مدار، روشن می‌شود.
اشتباهات رایج
نکتهٔ اساسی، «تغییر» است: میدان مغناطیسی عظیم اما کاملاً ثابت که از حلقه‌ای بگذرد، هیچ چیزی القا نمی‌کند — فقط شار متغیر ولتاژ می‌سازد، ε = −ΔΦ / Δt. بعد، این آهنگ است نه مقدار: همان تغییر 6 Wb اگر به‌جای 3 s در 2 s انجام شود، ولتاژ را از 2 V به 3 V بالا می‌برد. و علامت منفی، همان قانون لنز است — جریان القاشده همیشه با تغییری که خودش را ساخته است مخالفت می‌کند و از ناهار مجانی سر باز می‌زند.
چگونه ارتباط دارد
این درس، جفتی را کامل می‌کند که نیروی لورنتس آغاز کرد: میدان‌ها به بارها نیرو وارد می‌کنند و حالا میدان‌های متغیر ولتاژهایی می‌سازند که بارها را به حرکت درمی‌آورند — بدون هیچ باتری. مخالفتِ قانون لنز، در واقع بقای انرژی است که سخن می‌گوید، و تشدید AC، در درس بعد، ماجرای آن است که وقتی این ولتاژ القاشده در مداری که مدام جلو و عقب رانده می‌شود به خازنی می‌رسد چه اتفاقی می‌افتد.