Strumień magnetyczny, prawo Faradaya i reguła Lenza
Obecność pola magnetycznego nie wystarcza do powstania indukowanej SEM w nieruchomej pętli. Musi zmieniać się strumień pola przez pętlę. Można to uzyskać przez zmianę samego pola, powierzchni obwodu albo jego ustawienia.
W tym materiale
Obecność pola magnetycznego nie wystarcza do powstania indukowanej SEM w nieruchomej pętli. Musi zmieniać się strumień pola przez pętlę. Można to uzyskać przez zmianę samego pola, powierzchni obwodu albo jego ustawienia.
Potrzebne wiadomości: Indukcja magnetyczna, pole powierzchni i cosinus kąta.
Strumień pola
Dla płaskiej powierzchni S w jednorodnym polu strumień wynosi:
\Phi=BS\cos\alpha.
α jest kątem między B i normalną, czyli kierunkiem prostopadłym do powierzchni. Nie jest kątem między polem a samą płaszczyzną pętli. Strumień ma jednostkę webera: 1 Wb = 1 T·m². Jego znak zależy od wybranego zwrotu normalnej.
Prawo Faradaya
Jeżeli przez każdy z N zwojów przechodzi ten sam strumień, średnia indukowana SEM jest równa:
\varepsilon_{sr}=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}.
Dla wartości chwilowej używa się pochodnej strumienia po czasie. Gdy zmiana strumienia jest liniowa, SEM jest stała i równa średniej. Sama SEM może występować także w otwartym obwodzie; przepływ prądu wymaga zamkniętej drogi.
Reguła Lenza
Zwrot indukcji jest taki, aby jej skutek przeciwdziałał zmianie strumienia, która ją wywołała. Przeciwdziałał zmianie, a nie zawsze samemu polu. Gdy zewnętrzny strumień rośnie, pole prądu indukowanego działa przeciwnie do tego wzrostu. Gdy maleje, prąd próbuje go podtrzymać.
Przykład: pole skierowane w głąb kartki rośnie, a pętla leży w płaszczyźnie kartki. Prąd indukowany wytwarza pole w stronę czytelnika, czyli płynie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara z perspektywy czytelnika.
Przykład liczbowy
Cewka ma 100 zwojów o polu 0,002 m². Prostopadłe do nich pole wzrasta jednostajnie o 0,30 T w ciągu 0,10 s. Wartość SEM wynosi 100 · 0,002 · 0,30/0,10 = 0,60 V. Liczymy strumień jednego zwoju i mnożymy przez N tylko raz.
Minus w prawie Faradaya nie oznacza, że „wartość napięcia jest zawsze ujemna”. Określa zgodność zwrotów przy wybranej orientacji obwodu i powierzchni. Do obliczenia prądu trzeba dodatkowo znać opór i, gdy ma znaczenie, indukcyjność samego obwodu. Zmiana strumienia nie tworzy energii z niczego: źródłem może być praca mechaniczna albo zewnętrzny układ zmieniający pole.
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto