Електромагнетна индукција – увод

Електричну струју увек прати појава магнетног поља – ове појаве су повезане.

Поставља се питање:

Да ли је могуће добити електричну струју помоћу магнета?

Енглески физичар Мајкл Фарадеј – успео 1831. године

Појава је откривена најпре у експерименту са гвозденим прстеном на коме су била два међусобно одвојена намотаја изоловане жице. Фарадеј је приметио да се струја у другом намотају јавља само када се укључује или искључује струја у првом намотају. Када се укључи струја (прекидач) у првом намотају у другом се индукује краткотрајна струја. Када се прекидач искључи поново се индукује краткотрајна струја али супротног смера него при укључивању. Док је струја у првом намотају стална у другом намотају нема струје.

Утврдио је да се струја индукује у намотају у који се увлачи или извлачи намагнетисана шипка.

Добијање електричне струје помоћу магнетног поља назива се електромагнетна индукција, а струја добијена на овај начин индукована електрична струја.

Добијање индуковане електричне струје помоћу сталног магнета:

када се шипка увлачи у калем – казаљка амперметра скреће на једну страну
чим се прекине увлачење казаљка се врати на нулу
када се шипка извлачи казаљка скреће на другу страну

При увлачењу магнета јавља се електрична струја једног смера (казаљка се помера на једну страну)
При извлачењу магнета јавља се електрична струја другог смера (казаљка се помера на другу страну)
Чим се прекине кретање магнета, било да је магнет у калему или изван њега, струје нема.

Закључак:

Електрична струја се јавља-индукује при кретању магнета.

Исти ефекат може да се постигне ако магнет мирује, а калем се креће.

Уместо сталног магнета може да се користи завојница (калем) са струјом која се увлачи у други калем.

Индукована електрична струја може да се добије и када се соленоид не креће. Соленоид примарног кола се постави унутар соленоида секундарног кола. Када се укључи прекидач у примарном колу, у секундарном колу се добија краткотрајна електрична струја. Када се прекидач искључи индукује се опет електрична струја, али супротног смера.

У наведеним случајевима електрична струја добијена помоћу помоћу променљивог магнетног поља – променом флукса магнетног поља.

Ако се посматра затворени проводник онда свака промена броја линија кроз површину коју ограничава овај проводник доводи до индукције струје. Значи, ако се кроз неки проводник мења флукс у њему се индукује струја.

На следећем примеру разматрићемо индуковање електричне струје у праволинијском проводнику.

Проводник померамо у хомогеном магнетном пољу потковичастог магнета и то нормално на правац линија магнетног поља. При томе галванометар региструје електричну струју кроз проводник. Смер струје зависи од смера померања проводника.

Ако се магнет окрене за 180⁰, чиме се промени смер магнетног поља, смер индуковане електричне струје у проводнику биће супротан од претходног.

Закључак:

Смер индуковане електричне струје зависи:

од смера кретања проводника, односно од смера дејства силе;
од смера магнетног поља.

Слични ефекти могу да се добију и ако се:

магнет помера, а проводник мирује
уместо потковичастог магнета користи магнет у облику шипке
уместо сталног магнета користи електромагнет

Када померамо праволинијски проводник нормално на линије магнетног поља неком сталном брзином v истом том брзином у односу на магнетно поље померају се слободни електрони у проводнику. На електроне делује Лоренцова сила. Електрони се под дејством Лоренцове силе померају ка једном крају проводника. На том крају проводника се јавља вишак електрона у односу на други крај. У проводнику долази до раздвајања наелектрисања, због чега се између крајева ствара електрично поље. Због тога се јавља електрична сила која има супротан смер од Лоренцове силе. Електрична сила тежи да врати електроне.

Раздвајање наелектрисања престаје када се електрична сила изједначи са Лоренцовом силом:

$eE=evB$

$E=vB$

Рад Лоренцове силе при премештању једног електрона на путу који једнак дужини проводника:

$A=evBl$

Пошто у проводнику има више слободних електрона, тада је укупна количина наелектрисања $q=ne$ , па укупан рад:

$A=nevBl$

$A=qvBl$

Између крајева проводника јавља (индукује) се разлика потенцијала (напон). Овај напон је уствари електромоторна сила која се индукује на крајевима проводника због раздвајања наелектрисања. Електромоторна сила (по дефиницији) је:

$\varepsilon=\frac{A}{q}$

$\varepsilon=\frac{qvBl}{q}$

$\varepsilon_{i}=Blv$

Индукована електромоторна сила сразмерна је индукцији магнетног поља, дужини проводника и брзини којом се проводник креће.

Ако проводник није нормалан на линије магнетног поља, већ са њима заклапа угао $\theta$ :

$\varepsilon_{i}=Blv\sin\theta$

Ако је проводник нормалан на линије магнетног поља, а помера се кроз поље брзином која заклапа угао $\varphi$ са линијама поља:

$\varepsilon_{i}=Blv\sin\varphi$

Индиковање електромотрне силе у непокретном проводнику

Индукована електрична струја може да се добије и када не долази до померања жице. Узрок настанка индуковане струје у овом случају је промена флукса због промене јачине једносмерне струје у калему. То може да се постикне сталним укључивањем и искључивањем прекидача, односно променом отпорности у струјном колу 1.

Када се у колу 1 укључи прекидач долази до успостављања електричне струје. Када се електрична струја успоставља ствара се магнетно поље које се у току времена повећава. То доводи до повећања магнетног флукса око калема 1. Иста промена флукса се појављује и око калема 2.

Када се прекидач у колу 1 отвори, струја кроз калем опада што утиче на промену флукса (смањује се). Због тога се у калему 2 индукује струја која има супротан смер у поређењу са првим случајем (укључивање).

Док кроз калем 1 протиче струја сталне јачине у калему 2 нема струје.

До сличних ефеката долази када се, при затвореном прекидачу, мења отпроност помоћу клизача.

Кретањем клизача променљивог отпорника мења је јачина струје у колу 1, а тиме магнетна индукција. Ово доводи до промене магнетног флукса[1] у калему 1. Иста промена флукса се појављује и око калема 1. Промена магнетног флукса доводи до индуковања електричне струје у калему 2. Смер индуковане струје зависи од тога да ли се у колу 1 повећава или смањује јачина електричне струје. Смер индуковане струје региструје се помоћу галванометра.

Закључак:

Индукована електрична струја настаје или због кретања проводника у магнетном пољу или због промене магнетног поља (у том случају проводник може да буде непокретан). Електрична струја у проводнику условљена је постојањем разлике потенцијала односно електромоторне силе. Значи, при кретању проводника у магнетном пољу или при променама магнетног поља индукује се електромоторна сила.

Електромагнетна индукција се карактерише индукованом електромоторном силом, а не јачином индуковане струје, јер струја зависи од електричне отпорности проводника односно струјног кола.

Додатак:

Кликни и започни

Ленцово правило

Физика

Електромагнетна индукција – увод

Садржај

Часописи