אנו מסבירים מהו חוק פאראדיי, אינדוקציה אלקטרומגנטית, ההיסטוריה שלה, נוסחה ודוגמאות. כמו כן, חוק לנץ.
חוק פאראדיי חוקר את הכוח האלקטרומגנטי במעגל סגור.מהו חוק פאראדיי?
חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי, המכונה בפשטות חוק פאראדיי, נוסח על ידי המדען הבריטי מייקל פאראדיי בשנת 1831. חוק זה מכמת את הקשר בין שדה מגנטי משתנה מזג אוויר וה שדה חשמלי שנוצרו על ידי שינויים אלו.
בהצהרת החוק האמור נכתב:
"המתח המושרה במעגל סגור עומד ביחס ישר לקצב השינוי בזמן של השטף המגנטי שעובר דרך כל משטח עם המעגל עצמו כקצה."
כדי להבין זאת במלואה, יהיה צורך לסקור את הניסוי של פאראדיי: א סוֹלְלָה מסופק זרם לסליל קטן, יוצר אשדה מגנטי דרך סיבובי הסליל (כבלים מתכתיים מלופפים על הציר שלהם). כאשר סליל זה הועבר פנימה והחוצה לסליל גדול יותר, השדה המגנטי שלו (משתנה עם הזמן על ידי ה תְנוּעָה) יצר א מתח על הסליל הגדול שניתן למדוד עם גלוונומטר.
מניסוי זה ומניסוח חוק פאראדיי, מסקנות רבות לגבי הדור של כוח חשמלי, שהיו מפתח לחוק לנץ ולניהול המודרני של החשמל.
תולדות המשפט של פאראדיי
מייקל פאראדיי (1791-1867) היה היוצר של רעיונות מרכזיים ברחבי העולם חַשְׁמַל והמַגנֶטִיוּת.
פאראדיי היה נרגש מאוד כאשר הפיזיקאי הדני אורסטד הדגים באופן אמפירי את הקשר בין חשמל למגנטיות בשנת 1820, וציין כי חוט מוליך זרם יכול להזיז מחט מגנטית על מצפן.
פאראדיי עיצב מרובה ניסויים. לדוגמה, הוא כרך שני סולנואידים תיל סביב טבעת ברזל וראה שכאשר, באמצעות מתג, הוא העביר זרם דרך אחד הסולנואידים, נוצר זרם בשני. פאראדיי ייחס את הופעת הזרם לשינויים בשטף המגנטי לאורך זמן.
כתוצאה מכך, פאראדיי היה הראשון שהדגים את הקשר בין שדות מגנטיים לשדות חשמליים, כפי שניתן לראות משני הניסויים שתוארו. למעשה, משוואת חוק פאראדיי הפכה לחלק מהצהרות החוק של מקסוול.
נוסחת החוק של פאראדיי
חוק פאראדיי מתבטא בדרך כלל בנוסחה הבאה:
EMF (Ɛ) = dϕ / dt
איפה FEM אוֹ Ɛ מייצגים את הכוח האלקטרומוטיבי המושרה (המתח), ו dϕ / dt הוא קצב השינוי הזמני של השטף המגנטי ϕ.
דוגמאות ליישום החוק של פאראדיי
חפצים יומיומיים כמו תנורים חשמליים מתאפשרים על ידי חוק פאראדיי.
כמעט כל טכנולוגיית החשמל מבוססת על חוק פאראדיי, במיוחד בכל הנוגע לגנראטורים, שנאים ומנועים חשמליים.
לדוגמה, מנוע הזרם הישר התבסס על שימוש בדיסק של נְחוֹשֶׁת שהסתובב בין קצוות מגנט, ויצר א זֶרֶם יָשָׁר.
מתוך העיקרון הפשוט לכאורה הזה נובעת המצאת דברים מורכבים כמו שנאי, מחולל של זרם חליפין, בלם מגנטי או כיריים חשמליות.
חוק לנץ
חוק זה נובע מיישום ה-עקרון שימור האנרגיה לאינדוקציה אלקטרומגנטית, המאפשרת השגת סיכום שה-EMF המופק על ידי משתנה של שטף מגנטי (חוק פאראדיי), יוצר זרם עם כיוון שמתנגד לשונות של השטף שמייצר אותו.
זה מתורגם, במונחים מתמטיים, בתוספת לחוק פאראדיי של סימן שלילי, המנוסח כך:
EMF (Ɛ) = - (dϕ / dt)
חוק זה הוא יסודי כדי לקבוע ולשלוט בכיוון בו נע הזרימה החשמלית של מעגל. שמו נובע מהעובדה שהמדען הגרמני היינריך לנץ ניסח אותו ב-1834.