- Τι είναι ο νόμος του Faraday;
- Η ιστορία του νόμου του Faraday
- Ο τύπος του νόμου του Faraday
- Παραδείγματα εφαρμογής του νόμου του Faraday
- Ο νόμος του Lenz
Εξηγούμε τι είναι ο νόμος του Faraday, η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, η ιστορία, ο τύπος και τα παραδείγματα. Επίσης, ο νόμος του Lenz.
Ο νόμος του Faraday μελετά την ηλεκτρομαγνητική δύναμη σε ένα κλειστό κύκλωμα.Τι είναι ο νόμος του Faraday;
Ο νόμος του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, γνωστός απλώς ως νόμος του Faraday, διατυπώθηκε από τον Βρετανό επιστήμονα Michael Faraday το 1831. Αυτός ο νόμος ποσοτικοποιεί τη σχέση μεταξύ ενός μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου στο καιρός και το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργούνται από αυτές τις αλλαγές.
Η ανακοίνωση του εν λόγω νόμου αναφέρει:
«Η επαγόμενη τάση σε ένα κλειστό κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής του χρόνου της μαγνητικής ροής που διέρχεται από οποιαδήποτε επιφάνεια με το ίδιο το κύκλωμα ως άκρη».
Για να το κατανοήσουμε πλήρως αυτό, θα χρειαστεί να αναθεωρήσουμε το πείραμα του Faraday: α μπαταρία παρείχε ρεύμα σε ένα μικρό πηνίο, δημιουργώντας αμαγνητικό πεδίο μέσα από τις στροφές του πηνίου (μεταλλικά καλώδια τυλιγμένα στον δικό τους άξονα). Όταν αυτό το πηνίο μετακινήθηκε μέσα και έξω από ένα μεγαλύτερο, το μαγνητικό του πεδίο (με την πάροδο του χρόνου αλλάζει από το κίνηση) δημιουργήθηκε α Τάση στο μεγάλο πηνίο που μπορούσε να μετρηθεί με ένα γαλβανόμετρο.
Από αυτό το πείραμα και τη διατύπωση του νόμου του Faraday βγαίνουν πολυάριθμα συμπεράσματα σχετικά με τη δημιουργία του ηλεκτρική ενέργεια, τα οποία ήταν βασικά για το Νόμο του Lenz και για τη σύγχρονη διαχείριση της ηλεκτρικής ενέργειας.
Η ιστορία του νόμου του Faraday
Ο Michael Faraday (1791-1867) ήταν ο δημιουργός των κεντρικών ιδεών γύρω από το ηλεκτρική ενέργεια και τομαγνητισμός.
Ο Faraday ήταν εξαιρετικά ενθουσιασμένος όταν ο Δανός φυσικός Oersted απέδειξε εμπειρικά τη σχέση μεταξύ του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού το 1820, σημειώνοντας ότι ένα αγώγιμο σύρμα ρεύματος μπορούσε να κινήσει μια μαγνητική βελόνα σε μια πυξίδα.
Ο Faraday σχεδίασε πολλαπλά πειράματα. Για παράδειγμα, τύλιξε δύο ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες γύρω από έναν σιδερένιο δακτύλιο και είδε ότι όταν, μέσω ενός διακόπτη, περνούσε ρεύμα από τη μία από τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, προκαλούσε ρεύμα στην άλλη. Ο Faraday απέδωσε την εμφάνιση του ρεύματος σε αλλαγές στη μαγνητική ροή με την πάροδο του χρόνου.
Κατά συνέπεια, ο Faraday ήταν ο πρώτος που απέδειξε τη σχέση μεταξύ μαγνητικών πεδίων και ηλεκτρικών πεδίων, όπως φαίνεται από τα δύο πειράματα που περιγράφηκαν. Στην πραγματικότητα, η εξίσωση του νόμου του Faraday έγινε μέρος των δηλώσεων νόμου του Maxwell.
Ο τύπος του νόμου του Faraday
Ο νόμος του Faraday εκφράζεται συνήθως με τον ακόλουθο τύπο:
EMF (Ɛ) = dϕ / dt
Που FEM ή Ɛ αντιπροσωπεύουν την επαγόμενη Ηλεκτροκινητική Δύναμη (την τάση) και dϕ / dt είναι ο χρονικός ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής ϕ.
Παραδείγματα εφαρμογής του νόμου του Faraday
Καθημερινά αντικείμενα όπως οι ηλεκτρικοί φούρνοι γίνονται δυνατά από το νόμο του Faraday.
Ουσιαστικά όλη η ηλεκτρική τεχνολογία βασίζεται στο νόμο του Faraday, ειδικά όσον αφορά τις γεννήτριες, τους μετασχηματιστές και τους ηλεκτρικούς κινητήρες.
Για παράδειγμα, ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος βασίστηκε στη χρήση ενός δίσκου του χαλκός που περιστρεφόταν μεταξύ των άκρων ενός μαγνήτη, δημιουργώντας α DC.
Από αυτή την φαινομενικά απλή αρχή ακολουθεί η εφεύρεση τόσο πολύπλοκων πραγμάτων όπως ένας μετασχηματιστής, μια γεννήτρια εναλλασσόμενο ρεύμα, ένα μαγνητικό φρένο ή μια ηλεκτρική κουζίνα.
Ο νόμος του Lenz
Ο νόμος αυτός προέρχεται από την εφαρμογή τουαρχή της διατήρησης της ενέργειας στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, η οποία επιτρέπει τη λήψη του συμπέρασμα ότι το EMF που παράγεται από μια μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή (νόμος Faraday), παράγει ένα ρεύμα με κατεύθυνση που αντιτίθεται στη διακύμανση της ροής που το παράγει.
Αυτό μεταφράζεται, με μαθηματικούς όρους, ως προσθήκη στον νόμο του Faraday για ένα αρνητικό πρόσημο, ο οποίος διατυπώνεται με αυτόν τον τρόπο:
EMF (Ɛ) = - (dϕ / dt)
Αυτός ο νόμος είναι θεμελιώδης για τον προσδιορισμό και τον έλεγχο της κατεύθυνσης στην οποία κινείται η ηλεκτρική ροή ενός κυκλώματος. Το όνομά του οφείλεται στο γεγονός ότι ο Γερμανός επιστήμονας Heinrich Lenz το διατύπωσε το 1834.