Indukcja elektromagnetyczna — prawo Faradaya i reguła Lenza
Co zrobimy: Będziemy wsuwać i wysuwać magnes z cewki, zmieniając prędkość, liczbę zwojów i siłę magnesu, i obserwować, kiedy i jak silny płynie prąd.
Co widzisz na ekranie: Cewkę z galwanometrem i magnes, który wsuwasz i wysuwasz, oraz suwaki prędkości, liczby zwojów i siły magnesu. Wskazówka galwanometru wychyla się przy ruchu (i to tym mocniej, im szybciej), a przy nieruchomym magnesie stoi na zerze. Odczyty: prędkość, zwoje, siła magnesu, SEM i kierunek prądu.
Dam Ci docelową SEM indukcji — dobierz prędkość magnesu, liczbę zwojów i siłę magnesu, by ją uzyskać. ε ∝ v·N·B.
Co się właśnie stało?
Nieruchomy magnes w cewce nie dawał żadnego prądu. Prąd pojawiał się DOPIERO przy ruchu — i był tym większy, im szybciej poruszałeś magnesem.
Indukcja elektromagnetyczna:
zmienny strumień magnetyczny przez cewkę wytwarza w niej napięcie (siłę elektromotoryczną), a więc prąd. Kluczowa jest ZMIANA — statyczne pole nic nie robi.
Prawo Faradaya:
SEM indukcji jest równa szybkości zmiany strumienia magnetycznego:
Dlatego SEM rośnie, gdy: poruszasz magnesem szybciej (większe ΔΦ/Δt), zwiększasz liczbę zwojów cewki albo używasz silniejszego magnesu.
Reguła Lenza (znak minus):
indukowany prąd płynie tak, by PRZECIWDZIAŁAĆ zmianie, która go wywołała — np. odpychać zbliżający się magnes. To konsekwencja zasady zachowania energii.
Gdzie to działa?
Prądnice (zamiana ruchu w prąd), transformatory, ładowarki indukcyjne, hamulce elektromagnetyczne — cała energetyka stoi na indukcji.
Po co Ci to na maturze:
prawo Faradaya, reguła Lenza i czynniki wpływające na SEM to rdzeń działu o indukcji. Chwyt: liczy się szybkość zmiany strumienia, nie samo pole.
Zapamiętaj: prąd indukuje się tylko przy ZMIANIE strumienia magnetycznego (ε = −ΔΦ/Δt), a reguła Lenza mówi, że przeciwdziała on tej zmianie.
Teoria i wzory
Strumień magnetyczny
Strumień pola przez cewkę zależy od indukcji, pola powierzchni i kąta:
Prawo Faradaya
Siła elektromotoryczna indukcji jest równa szybkości zmiany strumienia (dla zwojów): Prąd płynie tylko wtedy, gdy strumień się zmienia — np. gdy magnes się porusza. Szybszy ruch i silniejszy magnes dają większe .
Reguła Lenza
Znak minus: prąd indukowany płynie tak, by przeciwdziałać zmianie strumienia, która go wywołała (zachowanie energii).
Oznaczenia: — strumień magnetyczny, — indukcja pola, — pole powierzchni, — kąt między a normalną, — SEM indukcji, — liczba zwojów, — czas zmiany.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Kiedy w cewce indukuje się prąd?
Tylko wtedy, gdy zmienia się strumień magnetyczny przez cewkę — np. gdy magnes się porusza.
›Jak brzmi prawo Faradaya?
Siła elektromotoryczna indukcji jest równa szybkości zmiany strumienia magnetycznego: ε = −ΔΦ/Δt.
›Co mówi reguła Lenza?
Indukowany prąd płynie tak, aby przeciwdziałać zmianie strumienia, która go wywołała (stąd znak minus).