Michael Faraday tudós volt, aki nagyban hozzájárult a tudomány világához. Ennek a tudósnak köszönhetően sok elemet, amelyet a mindennapokban használunk, a Faraday törvénye. Az elektromágneses indukció egy olyan folyamat, amelynek során elektromos áram indukálható a mágneses tér változásával. Ez az elektromágneses indukció közvetlenül kapcsolódik Faraday törvényéhez.
Ebben a cikkben a Faraday-törvény minden jellemzőjéről és fontosságáról elmondunk.
Főbb jellemzők
Különböző típusú erők töltik fel a mágneses téren belüli mozgást. Az áthaladó vezeték által tapasztalt erő a patak Faraday törvényének klasszikus példája. Ebben az esetben a vezeték által tapasztalt erő, amelyen keresztül az elektromos áram áthalad, a mozgásban lévő vagy a mágneses mező jelenlétében lévő elektronoknak köszönhető. Ez a folyamat fordítva is történik. Áthelyezhetünk egy vezetéket egy mágneses mezőn keresztül, vagy idővel megváltoztathatjuk a mágneses tér nagyságát, és ez áram áramlását okozhatja.
Az elektromágneses indukció leírására a legfontosabb törvény Faraday törvénye. Felfedezte Michael Faraday és számszerűsíti az idő múlásával változó mágneses tér és a változások által létrehozott elektromos mező közötti kapcsolatot. Ha Faraday törvényéhez megyünk, akkor azt látjuk, hogy ez állítja:
"A zárt áramkör indukált feszültsége egyenesen arányos a mágneses fluxus időbeli változásának sebességével, amely bármely felületen áthalad, és maga az áramkör éle."
Faraday törvényének bemutatása
Példával megmutatjuk, mit mond Faraday törvénye. Nézzük át Faraday kísérletét. Itt van egy akkumulátorunk, amely felelős az elektromos áram ellátásáért egy kis tekercsbe. Az elektromos áram ezen átjárásával a tekercs fordulatai révén mágneses mező jön létre. A tekercsben a saját tengelyén tekert fémkábelek vannak. Amikor a tekercs nagyobb és nagyobb mozgásban van, mágneses tere van, amely feszültséget generál a tekercsen belül. Ezt a feszültséget galvanométerrel lehetett mérni.
Ebből a kísérletből Faraday törvénye megfogalmazható és számos következtetés vonható le. Ennek a kísérletnek a következtetései az elektromos energia előállításához kapcsolódtak, és kulcsfontosságúak voltak Lenz törvényéhez, amelyet ma a legmodernebb villamosenergia-kezelésre használnak.
Nézzük meg röviden Michael Faraday történetét, amellyel megalapozhatta ezt a törvényt. Tudjuk, hogy ez a tudós Az elektromosság és a mágnesesség körüli központi gondolatok megalkotója volt. Életét e tudományos terület kutatásainak szentelte. Nagyrészt izgatott volt, amikor az Oersted néven ismert dán fizikus empirikusan be tudta mutatni az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatát. Erre 1820-ban került sor. Ebben a kísérletben igazolni tudta, hogy egy áramvezető huzal képes-e elmozdítani egy teljesen mágnesezett tűt, és hogy az iránytű belsejében vannak-e.
Faraday több kísérletet is meg tudott tervezni. Az egyik abból állt, hogy két drót szolenoidot tekertek egy vasgyűrű köré. Az áram és a mágnesesség kapcsolatának ellenőrzésére egy kapcsolón keresztül elektromos áramot vezetett át az egyik mágnesszelepen. Az áram indukálódott a másikban. Faraday az elektromos áramok megjelenését a mágneses fluxus időbeli változásainak tulajdonította.
Következésképpen és ennek a kísérletnek köszönhetően Michael Faraday be tudta mutatni a mágneses mezők és az elektromos mezők kapcsolatát. Nagyon sok információ merül fel mindebből, amelyek a Maxwell-törvények későbbi nyilatkozatainak részévé váltak.
Faraday törvény-képlete és példái
A mágneses mezők és az elektromos mezők közötti kapcsolat megállapításához a következő képletet javasoljuk.
EMF (Ɛ) = dϕ / dt
Ahol az EMF vagy Ɛ az indukált elektromotoros erőt (feszültséget) jelenti, és dϕ / dt a magnetic mágneses fluxus időbeli változásának sebessége.
A mindennapi tárgyakat, mint az elektromos sütőket, Faraday törvénye teszi lehetővé. Látni fogunk néhány példát Faraday törvényének mindennapi életben történő alkalmazására. Tudjuk gyakorlatilag az összes elektromos technológia, amely ma van, Faraday törvényén alapszik. Különösen fontos minden elektromos készülék, például generátor, transzformátor és elektromos motor tekintetében. Mondjunk egy példát: az egyenáramú motor előállításához a tudás főleg egy mágnes végén forgott rézkorong használatán alapult. Ennek a forgási mozgásnak köszönhetően egyenáram keletkezhet.
Ebből az elvből származik az olyan összetett tárgyak, mint a transzformátor, a váltakozó áramú generátor, a mágneses fék vagy az elektromos tűzhely, az összes találmány.
Az indukció és a mágneses erő kapcsolata
Tudjuk, hogy Faraday törvényének elméleti megalapozása meglehetősen összetett. A feltöltött részecske mágneses erővel való kapcsolatának fogalmi megértése meglehetősen egyszerű. Például egy mozgó vezeték töltése. Megpróbáljuk elmagyarázni az elektromos indukció és a mágneses erő kapcsolatát. Olyan elektront tekintünk, amely szabadon mozoghat egy vezetékben. Ezután a huzalt egy függőleges mágneses mezőbe helyezzük, és a mezőre merőleges irányban mozgatjuk. Fontos, hogy ennek mozgása állandó sebességgel haladjon.
A huzal mindkét végét spirál alkotja. Köszönhetően a csatlakoztatásnak, és ily módon garantáljuk, hogy a vezetékben az elektromos áram létrehozása érdekében végzett minden munka hő formájában eloszlik a vezeték ellenállásában. Tegyük fel, hogy egy személy állandó sebességgel húzza át a vezetéket a mágneses téren. Ahogy húzzuk a vezetéket erőt kell alkalmaznunk, így az állandó mágneses tér önmagában nem lesz képes munkát végezni. Meg lehet azonban változtatni az erő irányát. Az általunk alkalmazott erő egy része átirányításra kerül, ami elektromotoros erőt okoz a vezetéken keresztül haladó elektronon. Ez az eltérés hozza létre az elektromos áramot.
Remélem, hogy ezzel az információval többet tudhat meg Faraday törvényéről és jellemzőiről.