Prawo indukcji Faradaya
Gdy pole magnetyczne przechodzące przez pętlę drutu się zmienia, tworzy w pętli napięcie — nawet bez podłączonej baterii. Zmieniaj pole szybciej, a dostaniesz większe napięcie; tak dokładnie prądnice zamieniają ruch na elektryczność.
Wzór
ε = −ΔΦ / Δt
- ε — SEM indukowana (V): napięcie stworzone w pętli
- Φ — strumień magnetyczny (Wb): ilość pola magnetycznego przechodzącego przez pętlę
- t — czas (s): jak długo trwa zmiana strumienia
Przykład rozwiązany
Strumień magnetyczny przez pętlę spada o 6 weberów w 3 sekundy. Jakie napięcie to indukuje?
- ΔΦ = 6 Wb
- Δt = 3 s
- ε = −ΔΦ / Δt
- ε = −(6 Wb) / (3 s)
ε = −2 V
Sprawdź się
Strumień wciąż zmienia się o 6 weberów, ale teraz w tylko 2 sekundy zamiast 3. Jaka jest teraz wartość indukowanego napięcia?
- 2 V
- Poprawna odpowiedź: 3 V
- 12 V
Dobrze! Szybsza zmiana oznacza większe napięcie: 6 Wb ÷ 2 s = 3 V.
Zgodnie z prawem Lenza, prąd indukowany przez zmienny strumień stworzy własne pole magnetyczne, które…
- Poprawna odpowiedź: przeciwdziała zmianie strumienia
- wspiera zmianę strumienia
- nie ma wpływu na strumień
Dokładnie — indukowany prąd zawsze walczy ze zmianą, która go stworzyła, dlatego wzór ma znak minus.
Gdzie to widzisz
Każda elektrownia na Ziemi to to prawo w skali przemysłowej: wirujące magnety przeciągają zmienny strumień przez cewki, a wychodzi z nich napięcie, które dociera do twojego gniazdka. Dynamo rowerowe to wersja kieszonkowa — twoje pedałowanie obraca magnesem, a przednia lampka świeci bez żadnej baterii w obwodzie.
Częste błędy
Sedno tkwi w zmianie: ogromne, idealnie stałe pole magnetyczne przechodzące przez pętlę nie indukuje niczego — napięcie wytwarza tylko zmienny strumień, ε = −ΔΦ / Δt. Potem to tempo, nie ilość: ta sama zmiana 6 Wb dokonana w 2 s zamiast w 3 s podnosi napięcie z 2 V do 3 V. A znak minus to prawo Lenza — prąd indukowany zawsze przeciwdziała zmianie, która go stworzyła, odmawiając darmowego obiadu.
Jak się to łączy
To domyka parę rozpoczętą przez siłę Lorentza: pola pchają ładunki, a teraz zmieniające się pola tworzą napięcia, które wprowadzają ładunki w ruch — bez żadnej baterii. Przeciwstawne pchnięcie Lenza to odzywająca się zasada zachowania energii, a rezonans AC, następna lekcja, pokazuje, co się dzieje, gdy to indukowane napięcie spotyka kondensator w obwodzie napędzanym tam i z powrotem.