חוק פאראדיי

מייקל פאראדי היה מדען שתרם רבות לעולם המדע. הודות למדען זה, רבים מהאלמנטים בהם אנו משתמשים בימינו נשלטים על ידי החוק של פאראדיי. אינדוקציה אלקטרומגנטית היא תהליך שבאמצעותו ניתן לגרום לזרם חשמלי על ידי שינוי בשדה המגנטי. אינדוקציה אלקטרומגנטית זו קשורה ישירות לחוק פאראדיי.

במאמר זה אנו נספר לכם על כל המאפיינים והחשיבות של החוק של פאראדיי.

תכונות עיקריות

ישנם סוגים שונים של כוחות המטעינים חווים תנועה בתוך שדה מגנטי. הכוח שחווה חוט שעובר זרם הוא דוגמה קלאסית לחוק פאראדיי. במקרה זה, הכוח שחווה החוט דרכו עובר הזרם החשמלי נובע מהאלקטרונים הנמצאים בתנועה או בנוכחות השדה המגנטי. תהליך זה קורה גם הפוך. אנו יכולים להעביר חוט דרך שדה מגנטי או לשנות את גודל השדה המגנטי לאורך זמן וזה יכול לגרום לזרם זרם.

החוק החשוב ביותר שניתן לתאר אינדוקציה אלקטרומגנטית הוא החוק של פאראדיי. התגלה על ידי מייקל פאראדיי ומכמת את הקשר בין שדה מגנטי משתנה לאורך זמן לבין השדה החשמלי שנוצר על ידי השינויים. אם נעבור לחוק פאראדיי אנו רואים שיש בו אמירה זו:

"המתח המושרה במעגל סגור הוא פרופורציונלי ישירות לקצב השינוי בזמן של השטף המגנטי שעובר בכל משטח עם המעגל עצמו כקצה."

הפגנת חוק פאראדיי

אנו הולכים להראות את מה שחוק פאראדיי אומר בדוגמה. בואו נסקור את הניסוי של פאראדיי. כאן יש לנו סוללה שאחראית על אספקת זרם חשמלי לסליל קטן. עם המעבר הזה של זרם חשמלי נוצר שדה מגנטי דרך סיבובי הסליל. בסליל יש כבלים מתכתיים שנפתחו על צירו שלו. כאשר הסליל נע פנימה והחוצה של גדול יותר, יש לו שדה מגנטי שיוצר מתח בתוך הסליל. ניתן למדוד מתח זה באמצעות גלוונומטר.

מתוך ניסוי זה ניתן היה לנסח את חוק פאראדיי ולהסיק מסקנות רבות. כל מסקנות הניסוי היו קשורות לייצור אנרגיה חשמלית והיו המפתח לחוק לנץ, המשמש לטיפול מודרני ביותר בחשמל שיש לנו כיום.

בואו נתבונן בקצרה בסיפורו של מייקל פאראדי לפיו הצליח לבסס את החוק הזה. אנו יודעים כי המדען הזה הוא היה היוצר של רעיונות מרכזיים סביב חשמל ומגנטיות. הוא הקדיש את חייו למחקר בתחום מדעי זה. הוא התרגש במידה רבה כאשר פיזיקאי דני המכונה אורסטד הצליח להדגים באופן אמפירי את הקשר בין חשמל למגנטיות. זה התרחש בשנת 1820. בניסוי זה הוא הצליח לוודא שחוט מוליך זרם יכול להזיז מחט שהיא ממוגנטת לחלוטין ושהם נמצאים בתוך מצפן.

פאראדיי הצליח לתכנן מספר ניסויים. אחת מהן כללה סלילה של שני סולנואידים תיליים סביב טבעת ברזל. כדי לבדוק את הקשר בין חשמל למגנטיות, הוא העביר זרם חשמלי דרך אחד הסולנואידים דרך מתג. הזרם נוצר אצל האחר. פאראדיי ייחס את הופעתם של זרמים חשמליים לשינויים בשטף המגנטי שחלו לאורך זמן.

כתוצאה מכך, ובזכות ניסוי זה הצליח מייקל פאראדיי להדגים את הקשר בין שדות מגנטיים לשדות חשמליים. מידע רב עולה מכל אלה שהפכו לחלק מההצהרות המאוחרות יותר של חוקי מקסוול.

נוסחת החוק של פאראדיי ודוגמאות

כדי לבסס את הקשר בין שדות מגנטיים לשדות חשמליים, מוצעת הנוסחה הבאה.

EMF (Ɛ) = dϕ / dt

כאשר EMF או Ɛ מייצגים את הכוח החשמלי המושרה (המתח), ו- dϕ / dt הוא קצב הווריאציה הזמנית של השטף המגנטי ϕ.

חפצים יומיומיים כמו תנורים חשמליים מתאפשרים על פי חוק פאראדיי. אנו הולכים לראות כמה מהדוגמאות ליישומי חוק פאראדיי בחיי היומיום. אנחנו יודעים את זה כמעט כל הטכנולוגיה החשמלית שיש לנו כיום מבוססת על החוק של פאראדיי. במיוחד, חשוב בכל המכשירים החשמליים כגון גנרטורים, שנאים ומנועים חשמליים. בואו נביא דוגמה: כדי להיות מסוגל ליצור מנוע זרם ישר, הידע התבסס בעיקר על שימוש בדיסק נחושת שמסתובב בקצות מגנט. הודות לתנועה סיבובית זו, ניתן לייצר זרם ישר.

מעקרון זה נגזרת כל המצאתם של עצמים מורכבים כמו שנאי, מחולל זרם חילופין, בלם מגנטי או כיריים חשמליות.

חיבור בין אינדוקציה לכוח מגנטי

אנו יודעים שהבסיס התיאורטי של חוק פאראדיי מורכב למדי. היכולת לדעת את ההבנה הרעיונית של הקשר שיש עם הכוח המגנטי על חלקיק טעון היא די פשוטה. למשל, טעינה של חוט נע. אנו ננסה להסביר את הקשר בין אינדוקציה חשמלית לכוח מגנטי. אנו רואים אלקטרון הפנוי לנוע בתוך חוט. לאחר מכן, אנו מניחים את החוט בשדה מגנטי אנכי ומעבירים אותו לכיוון הניצב לשדה. חשוב שהתנועה של זה תהיה במהירות קבועה.

שני קצוות החוט הולכים להיות מחוברים ויוצרים ספירלה. הודות לחיבור ובדרך זו אנו מבטיחים כי כל העבודות שנעשו לייצור הזרם החשמלי בחוט יתפזרו כחום בהתנגדות החוט. עכשיו נניח שאדם מושך את החוט במהירות קבועה דרך השדה המגנטי. כשאנחנו מושכים את החוט עלינו להפעיל כוח כדי שהשדה המגנטי הקבוע לא יוכל לבצע עבודה בפני עצמו. עם זאת, אתה יכול לשנות את כיוון הכוח. חלק מהכוח שאנו מפעילים מנותב מחדש וגורם לכוח אלקטרומוטורי על האלקטרון שנע דרך החוט. סטייה זו היא שמבססת זרם חשמלי.

אני מקווה שעם מידע זה תוכלו ללמוד עוד על חוק פאראדיי ומאפייניו.