Faradayn induktiolaki
Faraday'n induktiolaki
Kun silmukan läpi kulkeva magneettikenttä muuttuu, se luo jännitteen kyseiseen silmukkaan – jopa ilman paristoa kiinnitettynä. Muuta kenttää nopeammin, ja saat suuremman jännitteen; juuri näin generaattorit muuntavat liikkeen sähköksi.
Kaava
ε = −ΔΦ / Δt
- ε — indusoitu emf (V): silmukkaan luotu jännite
- Φ — magneettivuo (Wb): magneettikentän määrä, joka kulkee silmukan läpi
- t — aika (s): kuinka kauan vuon muutos kestää
Ratkaistu esimerkki
Silmukan läpi kulkeva magneettivuo laskee arvolla 6 weberiä 3 sekunnin aikana. Minkä jännitteen tämä indusoi?
- ΔΦ = 6 Wb
- Δt = 3 s
- ε = −ΔΦ / Δt
- ε = −(6 Wb) / (3 s)
ε = −2 V
Testaa itseäsi
Vuo muuttuu edelleen arvolla 6 weberiä, mutta nyt se tapahtuu vain 2 sekunnissa arvon 3 sijaan. Mikä indusoidun jännitteen suuruus on nyt?
- 2 V
- Oikea vastaus: 3 V
- 12 V
Oikein! Nopeampi muutos tarkoittaa enemmän jännitettä: 6 Wb ÷ 2 s = 3 V.
Lenzin lain mukaan muuttuvasta vuosta indusoitu virta luo oman magneettikenttänsä, joka…
- Oikea vastaus: vastustaa vuon muutosta
- vastaa vuon muutosta
- ei vaikuta vuohon lainkaan
Täsmälleen – indusoitu virta taistelee aina takaisin sitä muutosta vastaan, joka loi sen, juuri siksi kaavassa on miinusmerkki.
Missä tätä näkee
Jokainen Maan voimalaitos on tämä laki teollisessa mittakaavassa: pyörivät magneetit pyyhkäisevät muuttuvaa vuota kelojen läpi, ja ulos tulee jännite, joka saapuu pistorasiaasi. Polkupyörän dynamo on taskumittainen versio – polkemisesi pyörittää magneettia, ja etuvalo hehkuu ilman paristoa piirissä.
Yleiset virheet
Olvennainen pointti on muutos: valtava, täysin vakaa magneettikenttä silmukan läpi ei inducoi mitään – vain muuttuva vuo tuottaa jännitteen, ε = −ΔΦ / Δt. Sitten se on nopeus, ei määrä: sama 6 Wb muutos, joka tehdään 2 s:ssa arvon 3 s sijaan, nostaa jännitteen arvosta 2 V arvoon 3 V. Ja miinusmerkki on Lenzin laki – indusoitu virta vastustaa aina sitä muutosta, joka loi sen, kieltäytyen ilmaisesta lounaasta.
Miten tämä kytkeytyy
Tämä täydentää parin, jonka Lorentz-voima aloitti: kentät työntävät varauksia, ja nyt muuttuvat kentät luovat jännitteet, jotka saavat varaukset liikkeelle – paristoa ei tarvita. Lenzin vastustyöntö on energian säilyminen puhuvana, ja AC-resonanssi, seuraavaksi, on se, mitä tapahtuu, kun tämä indusoitu jännite kohtaa kondensaattorin piirissä, jota ajetaan edestakaisin.