Indukcja elektromagnetyczna

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej to zjawisko powstawania w układzie prądu na skutek:



Rysunek 1.
Zasada działania prądnicy wykorzystuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
Ramka obracana jest wewnątrz magnesów co skutkuje indukcją prądu.



Rysunek 2.


Kierunek indukowanego prądu określany jest przez regułę (prawo) Lenza.

Po przeczytaniu tego artykułu koniecznie zajrzyj do artykułu opisującego: prawo Faradaya i artykułu o prądnicy.


Jak wynika z definicji, do opisu zjawiska potrzebna jest wartość dzięki której możemy połączyć:


Taką wartością jest zmiana strumienia wektora indukcji magnetycznej.


`Delta phi = phi_1 - phi_2`

Strumień wektora indukcji magnetycznej definiujemy jako:

Wektorowo: `phi = vec B * vec S`
Skalarnie: `phi = B * S * cos(alpha)`



Objaśnienia do zapisu wektorowego

`vec S` - zagadkowy wektor przed symbolem pola powierzchni oznacza, że `vec S = S * vec n` gdzie n to wektor normalny płaszczyzny. Polecam przeczytać artykuł o wektorach normalnych, aby zrozumieć to zagadnienie.

`vec B` oznacza wektor indukcji magnetycznej



Objaśnienia do zapisu skalarnego

`B` - wartość wektora indukcji magnetycznej

`S` - pole powierzchni (patrz wyżej)

`alpha` - kat zawarty między kierunkiem wektora indukcji magnetycznej a wektorem normalnym pola powierzchni (zazwyczaj prostopadłego do płaszczyzny powierzchni)



Jednostka

Jednostką strumienia wektora indukcji magnetycznej jest weber.

[weber] = [Tesla * metr^2]

`[Wb] = [T * m^2]`



Podsumowanie części teoretycznej - kiedy zmienia się `phi`, czyli kiedy powstaje prąd

Zmiana `phi = B * S * cos(alpha)` musi oznaczać:

- zmianę `B` - np. zmiana mocy elektromagnesu.
- zmianę `alpha` - np. wzajemny obrót ramki i magnesu
- zmianę `S` - np. zmiana pola obwodu przez przesunięcie jednego z elementów


Ciekawostka
Działanie zjawiska jest „odwrotne” do elektromagnetyzmu. Kiedy przez zwojnicę przepuścimy prąd zacznie ona wytwarzać pole magnetyczne. W przypadku indukcji elektromagnetycznej - gdy przez zwoje przeprowadzimy magnes, wówczas (w czasie ruchu) powstawać będzie w obwodzie prąd.


Pokaż film z doświadczeniem




Na przedstawionym powyżej filmie po miedzianej płytce staczają się dwa walce: jeden wykonany z mosiądzu, drugi z magnesu neodymowego. Jak zauważamy, magnes stacza się wielokrotnie wolniej → wynika to z oddziaływania pola magnetycznego z polem elektrycznym powstałym na skutek wyindukowanego przez obracający się magnes prądu.

Wbrew pozorom równowaga sił jest tutaj zachowana, bo indukcja prądu odbywa się kosztem siły grawitacji.



Dodatek: o polu powierzchni słów kilka

Polem powierzchni układu w praktyce będzie np.

- pole powierzchni zwojnicy w układzie elektrycznym, przez którą będziemy przesuwać nasz magnes
- pole powierzchni układu na który działa pole magnetyczne.

Co ważne, często nie musimy znać pola powierzchni a jedynie zmianę tego pola:

`Delta phi = B_1 * S_1 * cos(alpha_1) - B_2 * S_2 * cos(alpha_2) = Delta B * Delta S * cos(Delta alpha)`


Jeśli chcesz wiedzieć więcej - kliknij tutaj