Faraday formellag, enheter, experiment, träning,

De Faraday Law I elektromagnetism konstaterar det att ett förändrat magnetfältflöde kan inducera en elektrisk ström i en stängd krets.

1831 upplevde den engelska fysikern Michael Faraday rörliga förare i ett magnetfält och också varierande magnetfält som korsade fasta förare.

Figur 1. Faraday induktionsexperiment

Faraday insåg att om han varierar magnetfältflödet i tid, kunde han upprätta en spänning proportionell mot nämnda variation. Om ε är den inducerade elektromotorspänningen eller kraften (inducerad FEM) och φ är magnetfältflödet, i matematisk form kan det uttryckas:

| ε | = Δφ/Δt

Där symbolen Δ indikerar variation av mängden och staplarna i FEM anger det absoluta värdet på detta. Eftersom det är en stängd krets kan strömmen cirkulera i en eller annan riktning.

Det magnetiska flödet, producerat av ett magnetfält genom en yta, kan till exempel variera på olika sätt:

-Flytta en stångmagnet genom en cirkulär spiral.

-Öka eller minska intensiteten hos magnetfältet som korsar slingan.

-Lämnar fältet fixat, men ändrar av någon mekanism av slingans yta.

-Kombinera ovanstående metoder.

figur 2. Den engelska fysikern Michael Faraday (1791-1867).

[TOC]

Formler och enheter

Anta att det finns en stängd krets av område A, till exempel en cirkulär spiral eller en försäkring som är lika med figur 1, och att det finns en magnet som producerar ett magnetfält B.

Magnetfältflödet φ är en skalmängd som hänvisar till mängden fältlinjer som korsar området a. I figur 1 finns de vita linjerna som lämnar magnetens norra pol och återvänder i söder.

Kan tjäna dig: Brayton Cycle: Process, Efficiency, Applications, Ovsts

Fältets intensitet kommer att vara proportionell mot antalet linjer per enhetsenhet, så vi kan se att det vid polerna är mycket intensiv. Men vi kan ha ett mycket intensivt fält som inte ger flöde i slingan, vilket vi kan uppnå genom att ändra orienteringen av detta (eller magneten).

För att ta hänsyn till orienteringsfaktorn definieras magnetfältflödet som den skalära produkten mellan B och n, varelse n Den normala enhetsvektorn till ytan på spasen och det indikerar dess orientering:

Φ = B•n A = ba.cosθ

Där θ är vinkeln mellan B och n. Till exempel B och n De är vinkelräta, magnetfältflödet är ogiltigt, för i så fall är fältet tangent till spasplanet och kan inte korsa ytan.

Istället B och n De är parallella, det betyder att fältet är vinkelrätt mot spiraplanet och linjerna går igenom det till det maximala.

Den internationella systemenheten för F är Weber (W), där 1 W = 1 t.m² (läser "Tesla per kvadratmeter").

Lenz Law 

I figur 1 kan vi se att spänningens polaritet förändras när magneten rör sig. Polaritet upprättas genom Lenzs lag, som säger att den inducerade spänningen måste motsätta sig variationen som producerar den.

Om till exempel magnetflödet som produceras av magneten ökar, upprättar föraren en ström som cirkulerar att skapa sitt eget flöde, vilket motsätter sig denna ökning.

Om flödet som skapas av magneten minskar tvärtom, cirkulerar de inducerade strömmen på ett sådant sätt att dess egna flödesutveckling sa minskning.

Kan tjäna dig: termometriska skalor

För att ta hänsyn till detta fenomen läggs ett negativt tecken på Faradays lag före och det är inte längre nödvändigt att placera de absoluta värdestängerna:

ε = -Δφ/ΔT

Detta är Faraday-Lenzs lag. Om flödesvariationen är oändlig, ersätts deltas av skillnader:

ε = -dφ/dt

Den tidigare ekvationen är giltig för en slinga. Men om vi har en snurrande spole är resultatet mycket bättre, eftersom FEM multiplicerar n gånger:

ε = - n (dφ/dt)

Faraday -experiment

För att producera strömmen som tänder glödlampan, mellan magneten och spiralen måste det finnas en relativ rörelse. Detta är ett av sätten på vilket flödet kan variera, för på detta sätt förändras intensiteten i fältet som korsar slingan.

Just nu magnetrörelsen upphör, går glödlampan ut, även om magneten är kvar i spasen. Det som behövs för att cirkulera strömmen till glödlampan är att fältflödet varierar.

När magnetfältet varierar över tid kan vi uttrycka det som:

B = B (T).

Genom att hålla spasens område konstant och lämna det fixerat i en konstant vinkel, vilket i fallet med figuren är 0º, då:

 För slingan i figur 1 (cos 0º = 1):

Variabel area spas

Om du kan ändra spasområdet, lämna dess orientering fixering och sätta den i mitten av ett konstant fält, ges den inducerade FEM av:

Ett sätt att uppnå detta är att sätta en stapel som glider på en ledande skena med en viss hastighet, som visas i följande figur.

Kan tjäna dig: ío (satellit) Figur 3. Glidgenerator. Källa: Serway, R. Fysik för vetenskap och teknik.

Baren och skenan, plus en glödlampa eller ett motstånd i samband med förartråd, bildar en sluten krets i form av rektangulär spas.

När du glider på baren, längden x ökar eller minskar, och med det ändras området för slingan, vilket är tillräckligt för att skapa ett variabelt flöde.

Variation av magnetflödet genom rotation

Som vi sa tidigare, om vinkeln mellan B Och slingans normala är varierad, fältflödet ändras enligt:

Figur 4. Om slingan roteras mellan polerna hos en magnet erhålls en sinusformad generator. Källa: f. Zapata.

En sinusformad generator erhålls således, och om ett enda antal spolar används är den inducerade FEM större:

Figur 5. I denna generator roteras magneten för att inducera strömmen i spolen. Källa: Wikimedia Commons.

Träning löst

En cirkulär spole av N -varv och radio R, vänder vinklat Ω i mitten av ett magnetfält av storlek B. Hitta ett uttryck för den maximala inducerade FEM i spolen.

Lösning

Uttrycket för FEM som induceras genom rotation appliceras när spolen har varv, och vet att:

-Spolområdet är A = πr²

-Vinkeln θ varierar beroende på tid som θ = ωt

Det är viktigt att ta hänsyn till att θ = ωt först ersätts i Faradays lag och sedan Det härstammar från tiden:

ε = -nba (cos θ) '= -nb (πr²).[cos (ωt)] '= nbΩ (πr²) Sen (ωt)

Eftersom den maximala FEM begärs sker detta när SEN ωt = 1, så slutligen:

ε_max = NBΩ (πr²)

Referenser

1. Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 6. Elektromagnetism. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, a. 2010. Fysik. Andra upplagan. McGraw Hill.
3. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte. Ed. Prentice hall.
4. Resnick, r. 1999. Fysisk. Vul. 2. 3: e upplagan. på spanska. Kontinentala redaktionella företag s.TILL. av C.V.
5. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14th. Ed. Volym 2.