전자기학 의 패러데이 법칙 은 변화하는 자기장 플럭스가 폐쇄 회로에서 전류를 유도 할 수 있음을 확립합니다.

1831 년 영국의 물리학자인 마이클 패러데이 (Michael Faraday)는 자기장 내에서 움직이는 전도체와 고정 전도체를 통과하는 다양한 자기장을 실험했습니다.

그림 1. 패러데이 유도 실험

패러데이는 시간에 따라 자기장 플럭스를 변화 시키면 그 변화에 비례하는 전압을 설정할 수 있다는 것을 깨달았습니다. ε이 전압 또는 유도 기전력 (유도 EMF)이고 Φ가 자기장 플럭스이면 수학적으로 표현할 수 있습니다.

-ε- = ΔΦ / Δt

기호 Δ는 수량의 변화를 나타내며 emf의 막대는 이것의 절대 값을 나타냅니다. 폐쇄 회로이기 때문에 전류는 한 방향 또는 다른 방향으로 흐를 수 있습니다.

표면을 가로 지르는 자기장에 의해 생성되는 자속은 다음과 같이 여러 가지 방식으로 달라질 수 있습니다.

-원형 루프를 통해 막대 자석을 이동합니다.

-루프를 통과하는 자기장의 강도를 높이거나 낮 춥니 다.

-필드를 고정 상태로 두지 만 일부 메커니즘을 통해 루프 영역을 변경합니다.

-이전 방법을 결합합니다.

그림 2. 영국 물리학 자 Michael Faraday (1791-1867).

공식 및 단위

그림 1과 같은 원형 코일 또는 권선으로 폐쇄 회로 영역 A가 있고 자기장 B 를 생성하는 자석이 있다고 가정합니다 .

자기장 플럭스 Φ는 영역 A를 가로 지르는 필드 라인의 수를 나타내는 스칼라 양입니다. 그림 1에서 이들은 자석의 북극을 떠나 남쪽을 통해 돌아 오는 흰색 라인입니다.

필드의 강도는 단위 면적당 라인 수에 비례하므로 극에서 매우 강렬함을 알 수 있습니다. 그러나 우리는 루프 (또는 자석)의 방향을 변경하여 얻을 수있는 루프에서 자속을 생성하지 않는 매우 강렬한 장을 가질 수 있습니다.

방향 계수를 고려하기 위해 자기장 플럭스는 B 와 n 사이의 스칼라 곱으로 정의됩니다. 여기서 n은 루프 표면에 대한 단위 법선 벡터이며 방향을 나타냅니다.

Φ = B • n A = BA.cosθ

여기서 θ는 B 와 n 사이의 각도 입니다. 예를 들어, B 와 n 이 수직 인 경우 자기장 플럭스는 0입니다.이 경우 필드는 루프 평면에 접하고 표면을 통과 할 수 없기 때문입니다.

반면에 B 와 n 이 평행하면 필드가 루프 평면에 수직이고 선이 최대까지 교차한다는 것을 의미합니다.

F의 국제 시스템 단위는 웨버 (W)이며, 여기서 1 W = 1 Tm ^2입니다 ( "평방 미터당 테슬라"읽기).

Lenz의 법칙

그림 1에서 우리는 자석이 움직일 때 전압의 극성이 변하는 것을 볼 수 있습니다. 극성은 유도 전압이 그것을 생성하는 변화에 반대해야한다는 Lenz의 법칙에 의해 설정됩니다.

예를 들어, 자석에 의해 생성 된 자속이 증가하면 도체에 전류가 형성되어 순환하는 전류가 자신의 자속을 생성하여이 증가에 반대합니다.

반대로 자석에 의해 생성 된 플럭스가 감소하면, 유도 전류는 플럭스 자체가 상기 감소에 대응하는 방식으로 순환합니다.

이 현상을 고려하기 위해 패러데이 법칙 앞에 음의 부호가 추가되고 더 이상 절대 값 막대를 배치 할 필요가 없습니다.

ε = -ΔΦ / Δt

이것이 패러데이-렌츠 법칙입니다. 유동 변동이 극소 인 경우 델타는 미분으로 대체됩니다.

ε = -dΦ / dt

위의 방정식은 루프에 유효합니다. 그러나 N 턴의 코일이 있으면 emf가 N 배가되기 때문에 결과가 훨씬 좋습니다.

ε =-N (dΦ / dt)

전류가 전구를 밝히기 위해서는 자석과 루프 사이에 상대적인 움직임이 있어야합니다. 이것은 루프를 통과하는 필드의 강도가 변경되기 때문에 플럭스가 변할 수있는 방법 중 하나입니다.

자석의 움직임이 멈추자 마자 자석이 루프의 중간에 남아 있어도 전구가 꺼집니다. 전구를 켜는 전류를 순환시키는 데 필요한 것은 필드 플럭스가 변한다는 것입니다.

자기장이 시간에 따라 변하면 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

B = B (t).

루프의 영역 A를 일정하게 유지하고 일정한 각도 (그림의 경우 0º)로 고정 된 상태로두면 다음과 같습니다.

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