Faradeja likums ir elektromagnētisma nosaka mainīgu magnētisko lauku plūsmas spēj izraisīt elektrisko strāvu slēgtā ķēdē.

1831. gadā angļu fiziķis Maikls Faradejs eksperimentēja ar kustīgiem vadītājiem magnētiskā lauka ietvaros un arī ar dažādiem magnētiskajiem laukiem, kas gāja caur fiksētiem vadītājiem.

1. attēls. Faraday indukcijas eksperiments

Faraday saprata, ka, ja viņš laika gaitā mainīja magnētiskā lauka plūsmu, viņš varēja noteikt spriegumu, kas ir proporcionāls šai variācijai. Ja ε ir spriegums vai inducēts elektromotora spēks (inducēts emf) un Φ ir magnētiskā lauka plūsma, to var izteikt matemātiski:

-ε- = ΔΦ / Δt

Ja simbols Δ norāda daudzuma izmaiņas, un joslas emf norāda tās absolūto vērtību. Tā kā tā ir slēgta ķēde, strāva var plūst vienā vai otrā virzienā.

Magnētiskā plūsma, ko rada virsmas magnētiskais lauks, var atšķirties dažādos veidos, piemēram:

-Stieņa magnēta pārvietošana pa apļveida cilpu.

-Palielinot vai samazinot magnētiskā lauka intensitāti, kas iet caur cilpu.

-Atstājot lauku nemainīgu, bet ar kādu mehānismu mainiet cilpas laukumu.

-Iepriekšējo metožu apvienošana.

2. attēls. Angļu fiziķis Mihaels Faradijs (1791-1867).

Formulas un vienības

Pieņemsim, ka mums ir slēgtas ķēdes apgabalu kā apļveida spoli vai tinumu vienāds ar 1. attēlā, un kura ir magnēts, kas rada magnētisko lauku B .

Magnētiskā lauka plūsma Φ ir skalārs lielums, kas attiecas uz lauka līniju skaitu, kas šķērso zonu A. 1. attēlā ir baltas līnijas, kas iziet no magnēta ziemeļpola un atgriežas caur dienvidiem.

Lauka intensitāte būs proporcionāla līniju skaitam uz laukuma vienību, tāpēc redzam, ka pie stabiem tā ir ļoti intensīva. Bet mums var būt ļoti intensīvs lauks, kas nerada plūsmu cilpā, ko mēs varam sasniegt, mainot cilpas (vai magnēta) orientāciju.

Lai ņemtu vērā orientācijas koeficientu, magnētiskā lauka plūsma tiek definēta kā skalārs reizinājums starp B un n , kur n ir vienības normāls vektors uz cilpas virsmu un norāda tā orientāciju:

Φ = B • n A = BA.cosθ

Kur θ ir leņķis starp B un n . Ja, piemēram, B un n ir perpendikulāri, magnētiskā lauka plūsma ir nulle, jo tādā gadījumā lauks ir pieskaras cilpas plaknei un nevar iziet cauri tā virsmai.

No otras puses, ja B un n ir paralēli, tas nozīmē, ka lauks ir perpendikulārs cilpas plaknei un līnijas, cik vien iespējams, šķērso to.

Starptautiskās sistēmas vienība F ir weber (W), kur 1 W = 1 Tm ² (lasīt “tesla uz kvadrātmetru”).

Lenca likums

1. attēlā redzam, ka sprieguma polaritāte mainās, mainoties magnētam. Polaritāti nosaka Lenca likums, kas nosaka, ka inducētajam spriegumam ir jābūt pretstatā variācijai, kas to rada.

Ja, piemēram, palielinās magnēta radītā magnētiskā plūsma, vadītājā tiek izveidota strāva, kas cirkulē, izveidojot savu plūsmu, kas ir pret šo pieaugumu.

Ja gluži pretēji, magnēta radītā plūsma samazinās, indukētā strāva cirkulē tādā veidā, ka pati plūsma ir pretēja minētajam samazinājumam.

Lai ņemtu vērā šo parādību, Faradeja likumam ir pievienota negatīva zīme, un vairs nav nepieciešams izvietot absolūtās vērtības joslas:

ε = -ΔΦ / Δt

Tas ir Faraday-Lenz likums. Ja plūsmas variācija ir bezgalīga, deltas tiek aizstātas ar diferenciālēm:

ε = -dΦ / dt

Iepriekš minētais vienādojums ir derīgs cilpai. Bet, ja mums ir N pagrieziena spole, rezultāts ir daudz labāks, jo emf tiek reizināts N reizes:

ε = - N (dΦ / dt)

Faraday eksperimenti

Lai strāva spuldzi varētu radīt, starp magnētu un cilpu jābūt relatīvi kustībai. Šis ir viens no veidiem, kā plūsma var mainīties, jo šādā veidā mainās lauka intensitāte, kas iet caur cilpu.

Tiklīdz magnēta kustība tiek pārtraukta, spuldze izslēdzas, pat ja magnēts joprojām paliek cilpas vidū. Lai cirkulētu strāva, kas ieslēdz spuldzi, lauka plūsma mainās.

Kad magnētiskais lauks mainās laika gaitā, mēs to varam izteikt šādi:

B = B (t).

Uzturot cilpas A laukumu nemainīgu un atstājot to nemainīgā leņķī, kas skaitļa gadījumā ir 0 °, tad:

4. attēls. Ja cilpa tiek pagriezta starp magnēta poliem, iegūst sinusoidālu ģeneratoru. Avots: F. Zapata.

Tādējādi tiek iegūts sinusoidāls ģenerators, un, ja vienas spoles vietā tiek izmantots skaits N, tad inducētais emf ir lielāks:

5. attēls. Šajā ģeneratorā magnēts tiek pagriezts, lai spolē izraisītu strāvu. Avots: Wikimedia Commons.

Referencias

1. Figueroa, D. 2005. Serie: Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 6. Electromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, A. 2010. Physics. Second Edition. McGraw Hill.
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed. Prentice Hall.
4. Resnick, R. 1999. Física. Vol. 2. 3ra Ed. en español. Compañía Editorial Continental S.A. de C.V.
5. Sears, Zemansky. 2016. University Physics with Modern Physics. 14th. Ed. Volume 2.