2. Zjawisko indukcji Faradaya

*Prawo Faradaya: zasada zachowania energii.

Siła elektromotoryczna indukcji jest równa zmianie strumienia pola magnetycznego w czasie wziętej ze znakiem minus lub pierwszej pochodnej strumienia pola magnetycznego po czasie wziętej ze znakiem minus.

*prawo indukcji Faradaya: w zamkniętym obwodzie występuje siła elektromotoryczna indukcji (SEM), która jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego, przechodzącego przez ten obwód.

*Siła elektromotoryczna SEM: powoduje przepływ prądu w obwodzie elektrycznym.

*reguła Lenza (reguła przekory Lenza): określa kierunek siły elektromotorycznej (SEM), powstającej w procesach indukcji elektromagnetycznej.

Zgodnie z regułą Lenza każdy proces indukcji wywołuje zmiany przeciwdziałające swej przyczynie, np. Jeżeli zamknięta zwojnica porusza się względem magnesu, to wokół zwojnicy powstaje takie pole magnetyczne, które przeciwdziała temu ruchowi.

*Reguła Lenza jest konsekwencją zasady zachowania energii, bowiem wytworzona w wyniku indukcji elektromagnetycznej energia elektryczna nie może powstać z niczego – konieczne jest wykonanie pracy mechanicznej przeciwko odpychającej sile pomiędzy polami magnetycznymi.

W zjawisku indukcji elektromagnetycznej następuje więc przemiana energii mechanicznej w energię elektryczną, co stanowi podstawę konstrukcji prądnicy (urządzenie przekształcające energię mechaniczną w energię elektryczną).

*Indukcja elektromagnetyczna: to przyczyna pojawienia się prądu w obwodzie bez źródła prądu, gdy nastąpi zmiana strumienia pola elektromagnetycznego. Zjawisko indukcji opisuje prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya.

*Jak wytworzyć pole magnetyczne?

1) Naładowane elektrycznie cząstki, poruszające się w postaci prądu elektrycznego w przewodniku, wytwarzają pole magnetyczne.

2) Cząstki elementarne, np. elektrony, wytwarzają swoje własne pole magnetyczne, które jest podstawową cechą tych cząstek, podobnie jak ich masa i ładunek elektryczny.

*Indukcyjność wzajemna: wielkość charakteryzująca układ dwóch obwodów elektrycznych, posiadających wspólny strumień pola magnetycznego, wytworzony przez prądy płynące w obwodach (tzw. strumień skojarzony).

*Indukcyjność cewek:

Indukowana SEM występuje w każdej cewce, w której natężenie prądu się zmienia.

Indukcyjność obwodu jest równa sile elektromotorycznej samoindukcji, jaka powstaje w obwodzie przy zmianie natężenia

o w czasie 1 sekundy.

*Samoindukcja: występuje, gdy siła elektromotoryczna wytwarzana jest w tym samym obwodzie, w którym płynie prąd powodujący indukcję. W myśl zasady Lenza powstająca siła elektromotoryczna przeciwstawia się zmianom natężenia prądu elektrycznego płynącego w obwodzie. Podczas otwierania i zamykania obwodu z prądem mamy do czynienia ze zmianą strumienia pola magnetycznego i - zgodnie z prawem indukcji Faradaya - w obwodzie pojawi się siła elektromotoryczna samoindukcji.

*obwód RL: składa się z:

- źródła siły elektromotorycznej SEM o zaniedbywanym oporze wewnętrznym

- oporności R

- indukcyjności L

*Obwód RLC: jest skrótowym oznaczeniem dla obwodów elektrycznych, składających się z 3 podstawowych elementów:

-rezystora R (rezystancja)

-cewki L (indukcyjność)

-kondensatorów C (pojemność)

*Gęstość energii pola magnetycznego.

E – gęstość energii pola magnetycznego w danym punkcie,

B – indukcja magnetyczna,

– względna przenikalność magnetyczna ośrodka,

– przenikalność magnetyczna próżni.

*Ładowanie bezprzewodowe

Indukcja elektryczna zamiast klasycznego przewodu wykorzystuje do przesyłu energii pole elektromagnetyczne. Cewka indukcyjna w stacji ładowania wytwarza zmienne pole elektromagnetyczne. Podobna cewka w urządzeniu mobilnym pobiera energię z tego pola i zamienia z powrotem w prąd elektryczny gromadzony w akumulatorze. Technologia od dawna jest z powodzeniem stosowana w drobnym sprzęcie AGD, jak np. elektryczne szczoteczki do zębów, ale nie jest jeszcze wykorzystywana do „tankowania” samochodów elektrycznych.

Podczas ładowania indukcyjnego wystarczy po prostu zatrzymać auto w wyznaczonym miejscu, a napełnianie baterii rozpocznie się automatycznie. Wierzymy, że prostota tej czynności będzie jednym z czynników, który przekona klientów do aut elektrycznych – dodał Lennart Stegland.

Volvo Car Group to jeden z uczestników programu badawczego dotyczącego możliwości bezprzewodowego ładowania samochodów elektrycznych z wykorzystaniem zjawiska indukcji elektrycznej. Rezultaty eksperymentów z przesyłaniem energii przez pole elektromagnetyczne są bardzo obiecujące. Ładowanie indukcyjne ma przed sobą przyszłość. Technologia bezprzewodowa jest wydajna i bardzo wygodna. Jak pokazały badania – także bezpieczna- powiedział Lennart Stegland, wiceprezes Electric Propulsion System w Volvo Car Group. Nie ma jeszcze jednolitego standardu takiego ładowania. Będziemy kontynuować własne badania w tym zakresie, w ramach prac nad samochodami hybrydowymi i elektrycznymi – dodał Stegland.

*związek między Faradayem a gitarą:

Jeśli chcemy zamienić zwykłą gitarę w gitarę elektryczną, należy podłączyć do dwóch końców struny przewody, a tuż obok struny umieścić magnes. Kable możemy podłączyć do wzmacniacza i głośników (aby słyszeć) lub do oscyloskopu (aby widzieć).

Ruch w polu magnetycznym powoduje indukcję, czyli powstanie napięcia i prądu elektrycznego.