Faradayev zakon indukcije
| Elektromagnetizam |
|
| Ključne stavke |
| Elektricitet • Magnetizam |
| Elektrostatika |
| Magnetostatika |
| Elektrodinamika |
| Električna mreža |
| Kovarijantna formulacija |
Naučnici
|
Zakon elektromagnetne indukcije, poznat kao Faradejev zakon, je osnovni zakon elektromagnetizma koji predviđa kako će magnetno polje u interakciji sa električnim kolom proizvesti elektromotornu silu - fenomen poznat kao elektromagnetna indukcija.
Zakon elektromagnetske indukcije jedan od osnovnih i najvažnijih zakona elektrodinamike i elektrotehnike. To je osnovni princip rada transformatora, induktora i mnogih vrsta električnih motora, generatora i solenoida.[1][2]
Faradejev zakon je zasnovan na Majkl Faradejevim eksperimentima iz 1831. godine, kojima je dokazao uzajmnu povezanost magnetnog i električnog polja. Kasnije je, zajedno sa ostalim zakonima elektromagnetizma, ugrađen u Maksvelove jednačine.
1821. godine danski fizičar i hemičar Hans Kristijan Ersted otkriva magnetno polje oko električnog provodnika tako što je uvideo da usmereno kretanjanje naelektrisanih čestica u provodniku stvara magnetno polje. To je pokazalo da električna struja uzrokuje pojavu magnetizma u prirodi. Nakon uočene veze električnog i magnetnog polja Majkl Faradej je počeo da razmišlja o obrnutom procesu, u kom magnetizam uzrokuje pojavu električne struje. Posle deset godina, 1831. godine, on uspeva da stvori prvu električnu struju pomoću magnetnog polja.[3] Ova uzajamna povezanost ukazuje da su električno i magnetsko polje dva vida jednog jedinstvenog polja, koje se naziva elektromagnetno polje.
Faradej je do otkrića došao skoro slučajno, nastojeći da eksperimentalno dokaže jednu pogrešnu hipotezu. Neposredno posle otkrića Ersteda i Ampera da stacionarna električna struja stvara magnetsko polje, Faradej je pokušao da otkrije suprotan efekat, tj. da pomoću stalnog magnetnog polja izazove stalnu električnu struju. Faradej je konstruisao dva kalema i, postavivši ih u neposrednu blizinu, kroz jedan od njih (primar) propuštao jaku jednosmernu struju. Stalno magnetno polje primara trebalo je, prema očekivanju, da u sekundarnom kolu izazove stalnu jednosmernu struju. Iako je očekivani efekat izostao, Faradej je primetio da se prilikom puštanja i isključivanja struje u primaru i sekundaru javljaju kratkotrajne prelazne struje suprotnog smera. Pojavu ovih tzv. indukovanih struja u sekundaru Faradej je zapazio i prilikom menjanja položaja primara u odnosu na sekundar, pri čemu je struja u primaru održavana konstantnom. Sličan efekat indukcije u sekundaru zapazio je kada je primar zamenio stalnim magnetom i menjao relativni položaj magneta i sekundarnog kola.[3]
Analizirajući okolnosti pod kojima dolazi do pojave elektromagnetne indukcije, Faradej dolazi do zaključka da je uzrok indukcije u svim slučajevima promena magnetskog fluksa kroz posmatranu provodnu konturu, a da je intenzitet indukovane struje srazmeran brzini promene fluksa. Način na koji se ostvaruje ova promena je potpuno irelevantan; može biti ostvarena menjanjem pobudne struje u sistemu koji stvara magnetno polje, pomeranjem ovog sistema u odnosu na provodnu konturu ili deformacijom i pomeranjem konture u nepromenljivom magnetnom polju. Isto tako, promene fluksa mogu nastati i zbog promena struje u posmatranoj konturi (samoindukcija).[3]
Faradejev zakon daje odnos promene magnetskog fluksa kroz površinu S ograničenom konturom C i električnog polja duž te konture:
gde je E električno polje, dl je infinitezimalni element konture C i B je gustina magnetskog fluksa. Smer konture C i određuju se pravilom desne ruke.
Ekvivalentno, diferencijalni oblik Faradejevog zakona je:
što je jedna od Maksvelovih jednačina.
U slučaju kalema gde provodnici sačinjavaju N navojaka, izraz postaje:
gde je V indukovana elektromotorna sila a dΦ/dt je brzina promene u vremenu magnetnog fluksa Φ. Smer elektromotorne sile (negativan znak u izrazu) je prvi put data Lencovim zakonom.
- ↑ Sadiku, M. N. O. (2007). Elements of Electromagnetics (4th izd.). New York & Oxford: Oxford University Press. str. 386. ISBN 0-19-530048-3.
- ↑ „Applications of electromagnetic induction”. Boston University. 1999-07-22.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Zakon elektromegnetne indukcije – Faradejev zakon
