Elektromagnetische Induktion

Während Oersteds überraschende Entdeckung des Elektromagnetismus den Weg für praktischere Anwendungen ebnete von Elektrizität war es Michael Faraday, der uns den Schlüssel zur praktischen Erzeugung gab von Elektrizität:elektromagnetische Induktion . Faraday entdeckte, dass über ein Drahtstück eine Spannung erzeugt würde, wenn dieses Drahtseil einem senkrechten Magnetfeldfluss mit wechselnder Intensität ausgesetzt würde.

Eine einfache Möglichkeit, ein Magnetfeld mit wechselnder Intensität zu erzeugen, besteht darin, einen Permanentmagneten neben einem Draht oder einer Drahtspule zu bewegen.

Denken Sie daran: Die Stärke des Magnetfelds muss senkrecht zum Draht zunehmen oder abnehmen (damit die Flusslinien die Dirigent ), sonst wird keine Spannung induziert.

Faraday war in der Lage, die Änderungsrate des magnetischen Feldflusses mit der induzierten Spannung mathematisch in Beziehung zu setzen (beachten Sie die Verwendung eines Kleinbuchstabens „e“ für Spannung. Dies bezieht sich auf momentan Spannung oder Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt anstelle einer konstanten, stabilen Spannung.):

Die Terme „d“ sind Standard-Rechennotationen, die die Änderungsrate des Flusses über die Zeit darstellen. „N“ steht für die Anzahl der Windungen oder Wicklungen in der Drahtspule (unter der Annahme, dass der Draht für maximale elektromagnetische Effizienz in Form einer Spule geformt ist).

Dieses Phänomen wird beim Bau von elektrischen Generatoren verwendet, die mechanische Energie verwenden, um ein Magnetfeld an Drahtspulen vorbei zu bewegen, um Spannung zu erzeugen. Dies ist jedoch bei weitem nicht der einzige praktische Nutzen für dieses Prinzip.

Wenn wir uns daran erinnern, dass das von einem stromdurchflossenen Draht erzeugte Magnetfeld immer senkrecht zu diesem Draht steht und dass die Flussstärke dieses Magnetfelds mit der Stromstärke variiert, können wir sehen, dass ein Draht in der Lage ist, a . zu induzieren Spannung entlang seiner eigenen Länge einfach aufgrund einer Änderung des Stroms durch ihn. Dieser Effekt wird als Selbstinduktion bezeichnet :ein sich änderndes Magnetfeld, das durch Stromänderungen durch einen Draht erzeugt wird, der eine Spannung entlang der Länge desselben Drahtes induziert. Wenn der magnetische Feldfluss durch Biegen des Drahtes in die Form einer Spule und/oder Wickeln dieser Spule um ein Material mit hoher Permeabilität verstärkt wird, wird dieser Effekt der selbstinduzierten Spannung intensiver. Ein Gerät, das diesen Effekt nutzt, wird als Induktor bezeichnet , und wird im nächsten Kapitel ausführlicher besprochen.

RÜCKBLICK:

• Ein Magnetfeld mit wechselnder Intensität senkrecht zu einem Draht induziert eine Spannung entlang der Länge dieses Drahts. Die Höhe der induzierten Spannung hängt von der Änderungsrate des Magnetfeldflusses und der Anzahl der Drahtwindungen (falls gewickelt) ab, die der Flussänderung ausgesetzt sind.
• Faradaysche Gleichung für induzierte Spannung:e =N(dΦ/dt)
• Ein stromdurchflossener Draht erfährt entlang seiner Länge eine induzierte Spannung, wenn sich der Strom ändert (wodurch sich der magnetische Feldfluss senkrecht zum Draht ändert, wodurch eine Spannung gemäß der Faradayschen Formel induziert wird). Ein Gerät, das speziell entwickelt wurde, um diesen Effekt zu nutzen, wird als Induktor bezeichnet .

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt Fortgeschrittener Elektromagnetismus und elektromagnetische Induktion
• Arbeitsblatt für mittleren Elektromagnetismus und elektromagnetische Induktion
• Grundlegendes Arbeitsblatt zu Elektromagnetismus und elektromagnetischer Induktion