Undang- undang Faraday dalam elektromagnetisme menetapkan fluks medan magnet yang berubah mampu mendorong arus elektrik dalam litar tertutup.

Pada tahun 1831, ahli fizik Inggeris Michael Faraday bereksperimen dengan konduktor bergerak dalam medan magnet dan juga medan magnet yang berbeza-beza yang melalui konduktor tetap.

Rajah 1. Eksperimen induksi Faraday

Faraday menyedari bahawa jika dia mengubah fluks medan magnet dari masa ke masa, dia dapat menetapkan voltan yang sebanding dengan variasi tersebut. Sekiranya ε adalah voltan atau daya elektromotif teraruh (induced emf) dan Φ adalah fluks medan magnet, ia dapat dinyatakan secara matematik:

-ε- = ΔΦ / Δt

Di mana simbol Δ menunjukkan variasi kuantiti dan bar di emf menunjukkan nilai mutlak ini. Oleh kerana ia adalah litar tertutup, arus dapat mengalir ke satu arah atau yang lain.

Fluks magnetik, yang dihasilkan oleh medan magnet melintasi permukaan, boleh berbeza dalam beberapa cara, misalnya:

-Menggerakkan magnet bar melalui gelung bulat.

-Meningkatkan atau mengurangkan intensiti medan magnet yang melalui gelung.

-Meninggalkan bidang tetap, tetapi melalui beberapa mekanisme mengubah kawasan gelung.

-Menggabungkan kaedah sebelumnya.

Gambar 2. Ahli fizik Inggeris Michael Faraday (1791-1867).

Rumus dan Unit

Katakan kita mempunyai tertutup kawasan litar A sebagai gegelung bulat atau penggulungan sama dengan Rajah 1, dan yang mempunyai magnet yang menghasilkan medan magnet B .

Fluks medan magnet Φ adalah kuantiti skalar yang merujuk kepada bilangan garis medan yang melintasi kawasan A. Dalam rajah 1 mereka adalah garis putih yang meninggalkan kutub utara magnet dan kembali melalui selatan.

Keamatan medan akan sebanding dengan jumlah garis per unit kawasan, jadi kita dapat melihat bahawa di tiang sangat kuat. Tetapi kita dapat memiliki medan yang sangat kuat yang tidak menghasilkan fluks dalam gelung, yang dapat kita capai dengan mengubah orientasi gelung (atau magnet).

Untuk mengambil kira faktor orientasi, fluks medan magnet ditakrifkan sebagai produk skalar antara B dan n , di mana n adalah vektor normal unit ke permukaan gelung dan yang menunjukkan orientasinya:

Φ = B • n A = BA.cosθ

Di mana θ ialah sudut antara B dan n . Sekiranya, misalnya, B dan n adalah tegak lurus, fluks medan magnet adalah sifar, kerana dalam keadaan itu medan bersinggungan dengan bidang gelung dan tidak dapat melewati permukaannya.

Sebaliknya, jika B dan n selari, ini bermaksud bahawa medan berserenjang dengan satah gelung dan garis melaluinya sebanyak mungkin.

Unit Sistem Antarabangsa untuk F adalah weber (W), di mana 1 W = 1 Tm ² (baca "tesla per meter persegi").

Undang-undang Lenz

Pada rajah 1 kita dapat melihat bahawa kutub voltan berubah semasa magnet bergerak. Polaritas ditentukan oleh undang-undang Lenz, yang menyatakan bahawa voltan yang diinduksi mesti menentang variasi yang menghasilkannya.

Sekiranya, sebagai contoh, fluks magnet yang dihasilkan oleh magnet meningkat, arus dibuat dalam konduktor yang beredar membuat fluksnya sendiri, yang menentang kenaikan ini.

Sekiranya, sebaliknya, fluks yang dihasilkan oleh magnet berkurang, arus yang diinduksi beredar sedemikian rupa sehingga fluks itu sendiri menolak penurunan tersebut.

Untuk mengambil kira fenomena ini, tanda negatif ditambahkan kepada undang-undang Faraday dan tidak perlu lagi meletakkan bar nilai mutlak:

ε = -ΔΦ / Δt

Ini adalah undang-undang Faraday-Lenz. Sekiranya variasi aliran tidak terbatas, delta digantikan dengan pembezaan:

ε = -dΦ / dt

Persamaan di atas berlaku untuk satu gelung. Tetapi jika kita mempunyai gegelung N, hasilnya jauh lebih baik, kerana emf dikalikan N kali:

ε = - N (dΦ / dt)

Eksperimen Faraday

Agar arus dapat menyalakan mentol, mesti ada pergerakan relatif antara magnet dan gelung. Ini adalah salah satu cara di mana fluks dapat berubah, kerana dengan cara ini intensiti medan yang melewati gelung berubah.

Sebaik sahaja pergerakan magnet berhenti, mentol mati, walaupun magnet dibiarkan masih di tengah gelung. Apa yang diperlukan untuk mengedarkan arus yang menyalakan mentol adalah bahawa fluks medan berbeza-beza.

Apabila medan magnet berubah mengikut masa, kita dapat menyatakannya sebagai:

B = B (t).

Dengan menjaga kawasan A dari gelung tetap dan membiarkannya tetap pada sudut tetap, yang dalam hal angka adalah 0º, maka:

Rajah 4. Sekiranya gelung diputar di antara kutub magnet, penjana sinusoidal diperolehi. Sumber: F. Zapata.

Oleh itu, penjana sinusoidal diperoleh, dan jika bukan gegelung tunggal, bilangan gegelung N digunakan, emf yang diinduksi lebih besar:

Rajah 5. Dalam penjana ini, magnet diputar untuk mendorong arus di gegelung. Sumber: Wikimedia Commons.

Referencias

1. Figueroa, D. 2005. Serie: Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 6. Electromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, A. 2010. Physics. Second Edition. McGraw Hill.
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed. Prentice Hall.
4. Resnick, R. 1999. Física. Vol. 2. 3ra Ed. en español. Compañía Editorial Continental S.A. de C.V.
5. Sears, Zemansky. 2016. University Physics with Modern Physics. 14th. Ed. Volume 2.