Inductiewet van Faraday: 5 belangrijke feiten

by

Michel Faraday heeft uitgewerkt

Hoe genereert een veranderend magnetisch veld een elektrische stroom in een geleider?

Faraday's wet van inductie

Hij heeft verklaard dat de geïnduceerde spanning in een circuit evenredig is met de snelheid waarmee de magnetische flux per tijd verandert, of als het magnetische veld verandert, de geïnduceerde emf of spanning meer zal zijn en de richting van de verandering in het magnetische veld de stroomrichting regelt. Dit staat bekend als de wet van Faraday.

Magnetische flux

Magnetic Flux kan wiskundig worden uitgedrukt als ΦB = BA cosimage001 1

A is het oppervlak waarop het uniforme magnetische veld van B inwerkt.
ΦB is de magnetische flux. is de hoek tussen en B en A.

Manieren om de magnetische flux te veranderen: -

  • Uit de bovenstaande vergelijking is het begrijpelijk dat de flux kan worden gevarieerd als we het magnetische veld van de magnitude veranderen.
  • De hoek tussen magnetisch veld B en het vlak van de spoel zou ook kunnen worden gewijzigd, oppervlak A is ook een veranderlijke parameter.

Enkele belangrijke feiten over magnetische flux:

  • Magnetische flux is een scalaire grootheid.
  • SI-eenheid van magnetische flux wordt aangeduid als weber (Wb)
  • 1 Wb = 1 Tesla.
  • CGS-eenheid van magnetische flux is Maxwell.
  • 1 Wb = Maxwell.

Nu, volgens de wet van inductie van Faraday, e(T)= image007 2ΦB.

In het geval van een spoel met N-windingen, is de verandering van flux bij elke draai hetzelfde en daarom wordt de totale geïnduceerde emf, e(T)= image009 1ΦB.

Het minteken geeft de richting van de geïnduceerde emf aan, wat in overeenstemming is met de wet van Lenz, die als volgt wordt verklaard:

De richting van de geïnduceerde emf en dus de richting van de geïnduceerde stroom in een circuit is om de oorzaak te verzetten waardoor ze zijn geproduceerd, dwz als de flux toeneemt, zal de geïnduceerde emf in een zodanige richting worden geproduceerd dat zal proberen om de flux te verminderen en vice versa.

In werkelijkheid is de wet van Lenz een toeval van het behoud van energie. Omdat de emf op een zodanige manier wordt geïnduceerd dat het de verandering in flux tegenwerkt, moet er daarom worden gewerkt tegen deze tegenstand van de geïnduceerde emf om ervoor te zorgen dat de fluxverandering op dezelfde manier doorgaat. Dit uitgevoerde werk verschijnt als elektrische energie in het circuit.

Uit de bovenstaande vergelijkingen kunnen we stellen dat de geïnduceerde emf of de elektrische stroom in het circuit op de volgende manieren kan worden verhoogd: -

  • Het zeer snel veranderen van de flux kan de geïnduceerde emf verhogen.
  • Met behulp van een staaf van zachte ijzeren kern in de spoel.
  • N verhogen, dwz het aantal windingen van de spoel vergroten.

Zoals te zien is in de figuur, kunnen we een emf genereren wanneer de magneet in de buurt van een circuit wordt geplaatst of wanneer een circuit dichter bij een magneet wordt geplaatst. In deze gevallen wordt de richting van de geïnduceerde stroom weergegeven.

richting van geïnduceerd elektrisch veld volgens de wet van Lenz
Richting van geïnduceerd elektrisch veld volgens de wet van Lenz

Een andere manier waarop emf kan worden geïnduceerd, is het werkingsprincipe van AC, waarbij het circuit een spoel is van geleidende draad die circuleert in een magnetisch veld en dus flux ΦB veranderingen op een sinusoïdale manier in de tijd.

Motional Electromotive Force (een implicatie van Faraday's wet van inductie)

De wet van Faraday
Elektromotorische kracht die wordt geïnduceerd als gevolg van verandering in het gebied van magnetische flux als gevolg van relatieve beweging

De bovenstaande figuur toont een rechthoekige geleider ABCD waarop een geleidende staaf EF met constante snelheid beweegt. Het magnetische veld staat loodrecht, dwz binnenwaarts op het vlak van de gesloten geleidende lus ABFE. 

De magnetische flux omsloten door de lus op tijdstip t = ts is,

ΦB (t)= = BA = Blx (t),

De tijdssnelheid van verandering van deze flux, induceert een emf gegeven door e = ΦB = (-Blx (t)) = Bl.x (t) = Blv.                                                                                                                          

Deze elektromotorische kracht die wordt verkregen door de beweging van de geleider EF in plaats van het magnetische veld te veranderen, staat bekend als een elektromotorische bewegingskracht.

electromagnetisch inductie verklaart de inductie van stromen en spanningen als een samenloop van veranderende magnetische velden. Maar de meer moderne opvatting stelt dat de inductie zelfs optreedt bij afwezigheid van een geleidende draad of een ander materieel medium.

Lees ook: