Introduktion till induktion samt demonstration
Introduktion
Om en elektrisk ledare förflyttas i ett magnetfält uppstår en spänning och man kan generera ström. Detta kallas induktion.
Det är fysik med många nyttiga tillämpning i bland annat elektriska motorer och generatorer.
Induktion
En ledare förflyttas i ett magnetfält. Om man ser till en laddning i ledaren så förflyttas den nedåt i bilden och vi har en laddning med en hastighet i ett magnetfält. Den påverkas således av en vinkelrät kraft. I det här fallet påverkas elektroner av en kraft till vänster i bilden och positiva laddnings påverkas av en kraft till höger. Detta gör att laddningarna förskjuts åt sidorna vilket ger upphov till ett elektriskt fält i ledaren och en elektromotorisk spänning (ems, e).
Om ledaren förflyttas med jämn fart uppstår en balans mellan de elektriska och magnetiska krafterna.
Kraften från det magnetiska fältet.
- [math]\displaystyle{ F_B = q v B }[/math]
Kraften från det elektriska fältet ges av:
- [math]\displaystyle{ F_E = q E }[/math]
När krafterna är i balans fås:
- [math]\displaystyle{ q E= q v B }[/math]
eller
- [math]\displaystyle{ E= v B }[/math]
Det elektriska fältet kan skrivas som:
- [math]\displaystyle{ E = U / d = e / l }[/math]
Vilket ger:
- [math]\displaystyle{ e = l B v }[/math]
Inducerad ström
Den inducerade spänningen ger upphov till en inducerad ström om ledaren ingår i en sluten krets.
Så länge man rör ledare kommer det att drivas fram nya elektroner i den del av ledaren som befinner sig i magnetfältet. En kontinuerlig rörelse ger en kontinuerlig ström.
Strömmen går åt samma håll i den slutna kretsen vilket innebär att den går från minus till plus i den delen av ledaren. I den yttre delen av kretsen går strömmen som brukligt från plus till minus.
Lenz lag
Ledarens rörelse i magnetfältet ger upphov till en inducerad ström i den yttre slingan men eftersom det är en sluten krets fortsätter den strömmen även genom ledaren i i magnetfältet. Då har vi den välbekanta situationen med en elektrisk ledare i ett magnetfält. Det ger upphov till enkraft som vi sett tidigare. Denna kraft är motriktad kraften som skapar ledarens rörelse. Det måste uträttas ett arbete för att skapa strömmen.
Strömmen i ledaren kan också förklaras som att det är strömmen av laddningar som förskjuts när den inducerade spänningen skapas.
Magnetsikt flöde
B känner vi ju som magnetsk flödestäthet. Det är alltså areaberoende.
magnetskt flöde definieras som
- [math]\displaystyle{ \Phi = B A }[/math]
Där A är arean.
Enheten för magnetiskt flöde är T m2 eller Weber, Wb.
Induktionslagen på annan form
[math]\displaystyle{ \\ \Phi = B A \\ \\ \Delta \Phi = B \Delta A \\ \\ \Delta \Phi = B \Delta s \cdot l \\ \\ \Delta \Phi = B v \Delta t \cdot l \\ \\ \Delta \Phi = B l v \Delta t \\ \\ \Delta \Phi = e \Delta t \\ \\ \Leftrightarrow \\ e = \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \\ }[/math]