Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Μαγνητική ροή

Πριν από την επαγωγή χρειάζεται ένα μέγεθος: η μαγνητική ροή μετράει πόσο πεδίο «περνάει μέσα» από μια επιφάνεια.

$$\Phi = B A \sigma\upsilon\nu\theta$$

με μονάδα το weber. Το $\theta$ είναι η γωνία του πεδίου με την κάθετη στην επιφάνεια: μέγιστη ροή όταν το πεδίο περνάει κατακόρυφα μέσα από το πλαίσιο, μηδενική όταν το πλαίσιο είναι «στο πλάι» και το πεδίο το προσπερνά.

Ο νόμος του Faraday

Μία πρόταση κρατάει όλο το κεφάλαιο:

Η ροή $\Phi = BA\sigma\upsilon\nu\theta$ έχει τρεις παράγοντες, οπότε υπάρχουν τρεις τρόποι να την αλλάξεις:

• να αλλάξει το πεδίο $B$ — π.χ. πλησιάζοντας έναν μαγνήτη
• να αλλάξει το εμβαδόν $A$ που βρίσκεται μέσα στο πεδίο
• να αλλάξει η γωνία $\theta$ — δηλαδή να στρίψει το πλαίσιο

Ο τρίτος είναι η γεννήτρια.

Πότε παράγεται τάση και πότε όχι

Σύρε το πλαίσιο μέσα και έξω από την περιοχή του πεδίου. Πρόσεξε πότε η τάση είναι μηδέν παρόλο που η ταχύτητα είναι μεγάλη — και γιατί.

Τα σταυρουδάκια δείχνουν πεδίο που μπαίνει στη σελίδα.

Θέση πλαισίου120

Ταχύτητα2 m/s

Μαγνητική ροή0,08 Wb

Επαγόμενη τάση0,4 V

Το όριο κόβει το πλαίσιο — παράγεται τάση

Το εμβαδόν μέσα στο πεδίο αλλάζει, άρα αλλάζει και η ροή.

Ο κανόνας του Lenz

Το μείον στον τύπο δεν είναι τυπογραφικό. Λέει ότι το επαγωγικό ρεύμα έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στη μεταβολή που το προκάλεσε.

Αν πλησιάζεις μαγνήτη σε πηνίο, το πηνίο τον απωθεί. Αν τον απομακρύνεις, τον έλκει. Σε κάθε περίπτωση σου δυσκολεύει τη ζωή.

Και καλά κάνει: αν ήταν αντίθετα, η μεταβολή θα ενίσχυε τον εαυτό της και θα έπαιρνες ενέργεια από το πουθενά. Ο κανόνας του Lenz είναι η αρχή διατήρησης της ενέργειας, ντυμένη ως κανόνας προσήμου.

Γεννήτρια και μετασχηματιστής

Η γεννήτρια είναι ένα πλαίσιο που στρέφεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Η γωνία $\theta$ αλλάζει συνεχώς, άρα και η ροή, άρα παράγεται τάση — και επειδή η γωνία αλλάζει ημιτονοειδώς, η τάση βγαίνει εναλλασσόμενη. Το AC δεν είναι επιλογή· είναι το φυσικό αποτέλεσμα της περιστροφής.

Ο μετασχηματιστής είναι δύο πηνία στον ίδιο πυρήνα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα του πρώτου φτιάχνει μεταβαλλόμενο πεδίο, που επάγει τάση στο δεύτερο:

$$\frac{V_2}{V_1} = \frac{N_2}{N_1}$$

Και δεν λειτουργεί με συνεχές ρεύμα, όσο ισχυρό κι αν είναι: σταθερό ρεύμα σημαίνει σταθερό πεδίο, σταθερή ροή, μηδενική τάση.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση