Закон електромагнітної індукції Фарадея
Коли магнітне поле, що проходить крізь петлю дроту, змінюється, у петлі виникає напруга — навіть без батареї. Змінюйте поле швидше — отримаєте більшу напругу; саме так генератори перетворюють рух на електрику.
Формула
ε = −ΔΦ / Δt
- ε — індукована ЕРС (V): напруга, створена в петлі
- Φ — магнітний потік (Wb): кількість магнітного поля, що проходить крізь петлю
- t — час (s): скільки триває зміна потоку
Розв'язаний приклад
Магнітний потік крізь петлю падає на 6 веберів за 3 секунди. Яка напруга індукується?
- ΔΦ = 6 Wb
- Δt = 3 s
- ε = −ΔΦ / Δt
- ε = −(6 Wb) / (3 s)
ε = −2 V
Перевірте себе
Потік усе ще змінюється на 6 веберів, але тепер це відбувається за 2 секунди замість 3. Якою тепер є величина індукованої напруги?
- 2 V
- Правильна відповідь: 3 V
- 12 V
Правильно! Швидша зміна означає більшу напругу: 6 Wb ÷ 2 s = 3 V.
За правилом Ленца струм, індукований змінним потоком, створює власне магнітне поле, яке…
- Правильна відповідь: протидіє зміні потоку
- узгоджене зі зміною потоку
- не впливає на потік
Точно — індукований струм завжди бореться зі зміною, що його створила, саме тому в формулі є знак мінус.
Де ви це бачите
Кожна електростанція на Землі — це цей закон у промисловому масштабі: обертові магніти проганяють змінний потік крізь котушки, і виходить напруга, яка сягає вашої розетки. Велосипедний динамо-генератор — це кишенькове видання: ваше обертання педалей крутить магніт, і фара світиться без жодної батареї в колі.
Поширені помилки
Найсуттєвіша річ — зміна: величезне, абсолютно стабільне магнітне поле крізь петлю не індукує нічого — напругу створює лише змінний потік, ε = −ΔΦ / Δt. Далі, це швидкість, а не кількість: та сама зміна 6 Wb, виконана за 2 s замість 3 s, піднімає напругу з 2 V до 3 V. А знак мінус — це правило Ленца: індукований струм завжди протидіє зміні, яка його створила, відмовляючись від безкоштовного обіду.
Як це пов'язано
Це завершує пару, яку почала сила Лоренца: поля штовхають заряди, а тепер змінні поля створюють напруги, що приводять заряди в рух, — без жодної батареї. Протидія Ленца — це закон збереження енергії, який дає про себе знати, а резонанс у колі змінного струму, наступний урок, — це те, що стається, коли ця індукована напруга зустрічається з конденсатором у колі, яким штовхають туди й назад.