Elektromagnetska indukcija

Magnetski tok

Magnetski tok je skalarna veličina koju definiramo kao umnožak magnetske indukcije \(B\) i površine \(S\) kroz koju prolaze silnice tog magnetskog polja.

Označavamo ga s \(\phi\) i njegova je mjerna jedinica Weber [Wb].

Magnetski tok kroz neku površinu najveći je kada je polje koje "probada" tu površinu okomito na samu površinu.

Kut \(\alpha\) u formuli za magnetski tok predstavlja kut između okomice na površinu i magnetskog polja.

Elektromagnetska indukcija

Poznato je da vodič ili petlja kojom teče struja stvara oko sebe (ili unutar) magnetsko polje. Osim što električne pojave (struja) uzrokuju magnetske, promjenom magnetskog toka kroz neku površinu možemo uzrokovati pojavljivanje napona i struje u zatvorenoj petlji. Tu pojavu nazivamo elektromagnetskom indukcijom, a napon koji se pojavljuje zovemo inducirani napon.

Promjenu magnetskog toka možemo izazvati promjenom kuta (rotacijom petlje), površine ili jakosti magnetske indukcije.

Primjer u kojemu se inducira struja u zatvorenoj petlji je provlačenje magneta kroz zavojnicu. Magnet je izvor magnetskog polja, a njegovim provlačenjem kroz zavojnicu mijenjamo iznos magnetskog polje u navojima što izaziva promjenu magnetskog toka i induciranje napona na krajevima zavojnice.

Lenzovo pravilo

Kada se uspostavi napon na krajevima petlje, vodiča ili zavojnice tim elementom poteče struja. Struja koja je inducirana ima smjer takav da nastoji ponišititi promjenu magnetskog toka koja ju je izazvala. Ovo pravilo zovemo Lenzovim pravilom.

Inducirani napon računamo pomoću brzine promjene magnetskog toka:

Broj \(N\) predstavlja broj namotaja zavojnice (za petlju je \(N=1\)), a minus u formuli je posljedica Lenzovog pravila.

Osim direktnom promjenom magnetskog toka, napon u zavojnici možemo inducirati i promjenom iznosa struje koja kroz nju teče. Taj je inducirani napon proporcionalan brzini promjene jakosti struje, a konstanta proporcionalnosti je induktivitet zavojnice:

Vodič koji se giba u magnetskom polju

Kada se vodič giba u magnetskom polju s njim se gibaju i naboji koji se nalaze unutar samog vodiča. Na te naboje djeluje Lorentzova sila koja ih razdvaja na dva pola vodiča (pozitivan i negativan).

Kada su naboji razdvojeni unutar vodiča, između krajeva tog vodiča uspostavlja se razlika potencijala (napon). Taj inducirani napon ovisi o brzini kojom se vodič giba, njegovoj duljini, jakosti magnetskog polja te kutu koji brzina zatvara sa smjerom magnetskog polja: