Das Faradaysches Gesetz im Elektromagnetismus heißt es, dass ein sich ändernder Magnetfeldfluss in der Lage ist, einen elektrischen Strom in einem geschlossenen Stromkreis zu induzieren.
1831 experimentierte der englische Physiker Michael Faraday mit beweglichen Leitern innerhalb eines Magnetfeldes und auch mit variierenden Magnetfeldern, die durch feste Leiter gingen..
Faraday erkannte, dass er, wenn er den Magnetfeldfluss über die Zeit variierte, eine Spannung herstellen konnte, die proportional zu dieser Variation war. Wenn ε die Spannung oder induzierte elektromotorische Kraft (induzierte EMK) und Φ der Magnetfeldfluss ist, kann dies in mathematischer Form ausgedrückt werden:
| ε | = ΔΦ / Δt
Wobei das Symbol Δ eine Variation der Menge anzeigt und die Balken in der EMK den absoluten Wert davon angeben. Da es sich um einen geschlossenen Stromkreis handelt, kann der Strom in die eine oder andere Richtung fließen.
Der Magnetfluss, der durch ein Magnetfeld über einer Oberfläche erzeugt wird, kann auf verschiedene Arten variieren, zum Beispiel:
-Bewegen eines Stabmagneten durch eine kreisförmige Schleife.
-Erhöhen oder Verringern der Intensität des Magnetfelds, das die Schleife durchläuft.
-Lassen Sie das Feld fest, ändern Sie jedoch mithilfe eines Mechanismus den Bereich der Schleife.
-Kombination der oben genannten Methoden.
Artikelverzeichnis
Angenommen, Sie haben einen geschlossenen Stromkreis im Bereich A, z. B. eine kreisförmige Schleife oder Wicklung, die der in Abbildung 1 entspricht, und einen Magneten, der ein Magnetfeld erzeugt B..
Der Magnetfeldfluss Φ ist eine skalare Größe, die sich auf die Anzahl der Feldlinien bezieht, die den Bereich A kreuzen. In Abbildung 1 sind die weißen Linien dargestellt, die den Nordpol des Magneten verlassen und durch den Süden zurückkehren.
Die Intensität des Feldes ist proportional zur Anzahl der Linien pro Flächeneinheit, sodass wir sehen können, dass es an den Polen sehr intensiv ist. Aber wir können ein sehr intensives Feld haben, das keinen Fluss in der Schleife erzeugt, was wir erreichen können, indem wir die Ausrichtung dieses (oder des Magneten) ändern..
Um den Orientierungsfaktor zu berücksichtigen, wird der Magnetfeldfluss als das Skalarprodukt zwischen definiert B. Y. n, Sein n der Einheitsnormalenvektor zur Oberfläche der Schleife, der seine Ausrichtung angibt:
Φ = B.• •n A = BA.cosθ
Wobei θ der Winkel zwischen ist B. Y. n. Wenn zum Beispiel B. Y. n senkrecht sind, ist der Magnetfeldfluss Null, da in diesem Fall das Feld die Ebene der Schleife tangiert und nicht durch ihre Oberfläche hindurchtreten kann.
Stattdessen ja B. Y. n parallel sind, bedeutet dies, dass das Feld senkrecht zur Ebene der Schleife ist und die Linien so weit wie möglich durch das Feld verlaufen.
Die Einheit im Internationalen System für F ist der Weber (W), wobei 1 W = 1 Tm istzwei (Lesen Sie "Tesla pro Quadratmeter").
In Abbildung 1 sehen wir, dass sich die Polarität der Spannung ändert, wenn sich der Magnet bewegt. Die Polarität wird durch das Lenzsche Gesetz festgelegt, das besagt, dass die induzierte Spannung der Variation entgegenwirken muss, die sie erzeugt.
Wenn zum Beispiel der vom Magneten erzeugte Magnetfluss zunimmt, wird im Leiter ein Strom aufgebaut, der zirkuliert und seinen eigenen Fluss erzeugt, der dieser Zunahme entgegenwirkt..
Wenn im Gegenteil der vom Magneten erzeugte Fluss abnimmt, zirkuliert der induzierte Strom so, dass sein eigener Fluss dieser Abnahme entgegenwirkt..
Um dieses Phänomen zu berücksichtigen, wird vor dem Faradayschen Gesetz ein negatives Vorzeichen gesetzt, und es ist nicht mehr erforderlich, die Absolutwertbalken zu setzen:
ε = -ΔΦ / Δt
Dies ist das Faraday-Lenz-Gesetz. Wenn die Flussvariation infinitesimal ist, werden die Deltas durch Differentiale ersetzt:
ε = -dΦ / dt
Die obige Gleichung gilt für eine Schleife. Wenn wir jedoch eine Spule mit N Windungen haben, ist das Ergebnis viel besser, da die EMK N-mal multipliziert wird:
ε = - N (dΦ / dt)
Damit der Strom die zu erzeugende Glühlampe einschaltet, muss eine Relativbewegung zwischen dem Magneten und der Schleife stattfinden. Dies ist eine der Möglichkeiten, wie der Fluss variieren kann, da sich auf diese Weise die Intensität des durch die Schleife fließenden Feldes ändert..
Sobald die Bewegung des Magneten aufhört, geht die Glühlampe aus, auch wenn der Magnet noch in der Mitte der Schleife bleibt. Was benötigt wird, um den Strom zu zirkulieren, der die Glühbirne einschaltet, ist, dass der Feldfluss variiert.
Wenn sich das Magnetfeld mit der Zeit ändert, können wir es wie folgt ausdrücken:
B. = B. (t).
Indem Sie den Bereich A der Schleife konstant halten und in einem konstanten Winkel fixieren, der im Fall der Figur 0º beträgt, dann:
Wenn es möglich ist, den Bereich der Schleife zu ändern, ihre Ausrichtung fest zu lassen und sie in die Mitte eines konstanten Feldes zu stellen, ist die induzierte EMK gegeben durch:
Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, eine Stange zu platzieren, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf einer Leiterschiene gleitet, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Stange und die Schiene bilden zusammen mit einer Glühbirne oder einem Widerstand, der mit leitenden Drähten verbunden ist, einen geschlossenen Stromkreis in Form einer rechteckigen Schleife..
Beim Schieben der Stange die Länge x nimmt zu oder ab, und damit ändert sich der Bereich der Schleife, was ausreicht, um einen variablen Fluss zu erzeugen.
Wie gesagt, wenn der Winkel zwischen B. und die Normale der Schleife wird verändert, der Feldfluss ändert sich gemäß:
Somit wird ein Sinusgenerator erhalten, und wenn anstelle einer einzelnen Spule eine Anzahl N von Spulen verwendet wird, ist die induzierte EMK größer:
Eine kreisförmige Spule mit N Windungen und Radius R dreht sich mit der Winkelfrequenz ω in der Mitte eines Magnetfelds der Größe B. Finden Sie einen Ausdruck für die in der Spule induzierte maximale EMK.
Der Ausdruck für die durch Rotation induzierte EMK wird angewendet, wenn die Spule N Windungen hat, in dem Wissen, dass:
-Die Fläche der Spule ist A = πRzwei
-Der Winkel & thgr; ändert sich als Funktion der Zeit als & thgr; = & ohgr; t
Es ist wichtig zu beachten, dass zuerst θ = ωt im Faradayschen Gesetz und ersetzt wird bald wird in Bezug auf die Zeit abgeleitet:
ε = -NBA (cos θ) '= -NB (πRzwei). [cos (ωt)] '= NBω (πRzwei) sin (ωt)
Da die maximale EMK angefordert wird, tritt sie immer dann auf, wenn sin ωt = 1 ist, also schließlich:
εmax = NBω (πRzwei)
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.