Indukcja elektromagnetyczna

Faraday Michael (1791-1867)

Angielski chemik i fizyk. Jest uważany za największego eksperymentatora w historii.

Wiele jego idei wynikało z eksperymentu.

Otrzymał jedynie podstawowe wykształcenie i w wieku lat 14 został praktykantem u introligatora. Przeczytał wówczas wiele książek z chemii i z fizyki. W wieku lat 21 został przyjęty jako asystent do laboratorium chemii u prof. H. Davy w Instytucie Królewskim w Londynie. Początkowo zajmował się chemią.

W 1834 r opracował prawa elektrolizy (stała Faradaya. Wierzył, iż elektryczność to jedna z podstawowych sił natury. Zajął się elektromagnetyzmem po doświadczeniach Oersteda i Ampère'a (1820) i przyjął - na podstawie prawa zachowania energii, iż występuje proces odwrotny - pole magnetyczne powinno 'produkować' prąd. W 1831 roku (40 l) demonstruje doświadczenie, w którym uzyskuje napięcie na zaciskach cewki umieszczonej w zmiennym polu magnetycznym. Efekt indukcji Faradaya stał się podstawą dla budowy generatorów elektryczności (prądnic). Wyniki doświadczeń zostały wyjaśnione przez Maxwella w 1865 (cztery prawa Maxwella). W 1845 r (54 l) odkrywa, iż silne pole magnetyczne powoduje skręcenie płaszczyzny polaryzacji (efekt Faradaya). Stało się to argumentem dla twierdzeń o strukturze molekularnej.

Napisał 3 książki opisujące jego liczne eksperymenty z elektryczności. Zaprzestał badań eksperymentalnych w 1855 (64 l), pozostając wykładowcą do 1861 r (70 l). Stał się wówczas popularyzatorem nauki.

Na zdjęciu - Faraday z płytką szklaną, wyjaśniając efekty skręcenia płaszczyzny polaryzacji za pomocą pola magnetycznego.

Doświadczenie Faradaya

Fakty: Zmienne w czasie pole magnetyczne powoduje powstanie siły elektromotorycznej w cewce ⇒ płynie prąd w obwodzie galwanometru. Pole magnetyczne pochodzi albo od ruchomych magnesów stałych lub od ruchomej cewki z prądem lub od cewki nieruchomej, albo też przy zmianie natężenia prądu zasilającego tę cewkę.

Prawo indukcji Faradaya:

Strumień magnetyczny:

Suma z iloczynu skalarnego dla powierzchni S z wektora B i wektora ΔS określonego dla elementu powierzchni ΔS . Wektor ΔS jest prostopadły do elementu powierzchni dS i ma długość równą dS.

ΔS ma być tak małe, aby uznać, iż B jest jednorodne dla całego dS.

ΔΦ_m = B ⋅ΔS ⋅ cos α

[Φ_m] ≡ 1 Wb (weber) 1 Wb = Tm^-2

zasada zachowania energii ⇒

Reguła `przekory' (Lentza)

Zwrot siły elektromotorycznej jest taki, aby ewentualnie płynący prąd indukowany w obwodzie zamkniętym miał taki kierunek, iż powstałe pole magnetyczne przeciwdziała zmianom strumienia magnetycznego indukującego ten prąd.

⇒ nie można spowodować wzrostu natężenia pola magnetycznego w obszarze pętli.

Zbliżenie magnesu ⇒ wzrost strumienia indukcji ⇒ w pętli popłynie prąd, taki, aby wytworzyło się pole magnetyczne przeciwne kierunku narastającego pola pierwotnego.

• magnes jest odpychany od pętli z prądem.

Przy oddalaniu magnesu od petli ⇒ prądy wirowe wytworzą pole o kierunku zgodnym z polem magnesu.

Przykład:

Napięcie Є indukowane w uzwojeniu dla podanych zmian strumienia magnetycznego w pętli zamkniętej.

PRAWO INDUKCJI -

Związek między zmiennym polem magnetycznym i elektrycznym

BARDZO WAŻNE :

1. Dla odcinka Δl - powstanie różnica potencjałów a dla całego obwodu - napięcie RÓWNE sile elektromotorycznej Є

ΔU = -E Δl

Є = ∑ ΔU dla całego obwodu

2. Pole E może powodować ruch nośników ( o ile jest przewodzący materiał)

Efekty bardzo użyteczne:

1. Prądnica

Ramka obraca się w polu stałym B z prędkością kątową ω:

Indukuje się napięcie PRZEMIENNE

O amplitudzie tym większej im większa prędkość oraz pole B

2, Prądy wirowe w materiałach przewodzących:

Ruch wahadła jest tłumiony silnie, wtedy, gdy płyta jest pełna i słabo tłumiony, gdy płyta jest łożona z 'cienkich' odizolowanych elektrycznie elementów.

⇒ rdzenie elektromagnesów są wykonane z odizolowanych, cienkich blach

(d = 0,3 mm dla f ≈ 50 Hz)

Przykład: `Hamowanie' opadania magnesu w przewodzącej rurce - wyjaśnić !

B. Augustyniak [Author ID1: at Thu Oct 16 21:20:00 2008 ] [Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ]Fizyka[Author ID1: at Thu Oct 16 21:20:00 2008 ]2 Elektromagnetyzm[Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ][Author ID1: at Thu Oct 16 21:20:00 2008 ]3 [Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ] [Author ID1: at Thu Oct 16 21:20:00 2008 ]Fizyka-uzupełnienie[Author ID1: at Thu Oct 16 21:20:00 2008 ] F[Author ID1: at Thu Oct 16 21:21:00 2008 ]2[Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ][Author ID1: at Thu Oct 16 21:21:00 2008 ]3[Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ]-[Author ID1: at Thu Oct 16 21:21:00 2008 ]W[Author ID2: at Wed Dec 10 21:09:00 2003 ]8[Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ][Author ID1: at Thu Oct 16 21:21:00 2008 ]D24[Author ID2: at Wed Dec 10 21:07:00 2003 ]

1

Zmienne w czasie pole magnetyczne generuje wirowe pole elektryczne

Siła elektromotoryczna indukcji elektromagnetycznej Є w obwodzie jest proporcjonalna (i ma przeciwny znak) do szybkości zmian strumienia magnetycznego Φ_m przenikającego przez powierzchnie rozpiętą na danym obwodzie

Є = - ΔΦ_m / Δt

---