Hukum Formula Faraday, Unit, Eksperimen, Latihan,

Itu Hukum Faraday Dalam elektromagnetisme ia menetapkan bahwa aliran medan magnet yang berubah mampu menginduksi arus listrik dalam sirkuit tertutup.

Pada tahun 1831, fisikawan Inggris Michael Faraday mengalami pengemudi yang bergerak di dalam medan magnet dan juga berbagai medan magnet yang melintasi driver tetap tetap.

Gambar 1. Eksperimen Induksi Faraday

Faraday menyadari bahwa jika dia memvariasikan aliran medan magnet dalam waktu, dia mampu membangun tegangan sebanding dengan variasi tersebut. Jika ε adalah tegangan atau gaya elektromotor yang diinduksi (diinduksi FEM) dan φ adalah aliran medan magnet, dalam bentuk matematika dapat diekspresikan:

| ε | = Δφ/Δt

Di mana simbol Δ menunjukkan variasi kuantitas dan batang dalam FEM menunjukkan nilai absolut dari ini. Karena ini adalah sirkuit tertutup, arus dapat bersirkulasi dalam satu arah atau yang lain.

Fluks magnet, yang diproduksi oleh medan magnet melalui permukaan, dapat bervariasi dalam berbagai cara, misalnya:

-Memindahkan magnet batang melalui spiral melingkar.

-Meningkatkan atau mengurangi intensitas medan magnet yang melintasi loop.

-Meninggalkan lapangan diperbaiki, tetapi dengan beberapa mekanisme mengubah area loop.

-Menggabungkan metode di atas.

Gambar 2. Fisikawan Inggris Michael Faraday (1791-1867).

[TOC]

Rumus dan unit

Misalkan ada sirkuit tertutup area A, seperti spiral melingkar atau asuransi yang sama dengan Gambar 1, dan bahwa ada magnet yang menghasilkan medan magnet B.

Aliran medan magnet φ adalah jumlah skalar yang mengacu pada jumlah garis medan yang melintasi area a. Pada Gambar 1 adalah garis putih yang meninggalkan kutub utara magnet dan kembali di selatan.

Dapat melayani Anda: Brayton Cycle: Proses, Efisiensi, Aplikasi, Latihan

Intensitas bidang akan sebanding dengan jumlah garis per unit area, sehingga kita dapat melihat bahwa di kutub itu sangat intens. Tetapi kita dapat memiliki bidang yang sangat intens yang tidak menghasilkan aliran dalam loop, yang dapat kita capai dengan mengubah orientasi ini (atau magnet).

Untuk memperhitungkan faktor orientasi, aliran medan magnet didefinisikan sebagai produk skalar antara B Dan N, makhluk N Vektor unit normal ke permukaan spase dan itu menunjukkan orientasinya:

Φ = B•N A = BA.cosθ

Dimana θ adalah sudut antara B Dan N. Jika misalnya B Dan N Mereka tegak lurus, aliran medan magnet batal, karena dalam hal itu medan bersinggungan dengan bidang spase dan tidak dapat melintasi permukaannya.

Alih-alih B Dan N Mereka paralel, itu berarti bahwa bidang tersebut tegak lurus terhadap bidang roda dan garis -garisnya melewati maksimum.

Unit Sistem Internasional untuk F adalah Weber (W), di mana 1 w = 1 t.M² (membaca "Tesla per meter persegi").

Hukum Lenz 

Pada Gambar 1 kita dapat melihat bahwa polaritas tegangan berubah saat magnet bergerak. Polaritas ditetapkan oleh hukum Lenz, yang menyatakan bahwa tegangan yang diinduksi harus menentang variasi yang menghasilkannya.

Jika, misalnya, fluks magnet yang dihasilkan oleh magnet meningkat, pengemudi menetapkan arus yang beredar menciptakan alirannya sendiri, yang menentang peningkatan ini.

Jika, sebaliknya, aliran yang diciptakan oleh magnet berkurang, arus yang diinduksi beredar sedemikian rupa sehingga alirannya sendiri menangkal penurunan.

Dapat melayani Anda: skala termometrik

Untuk mempertimbangkan fenomena ini, tanda negatif untuk hukum Faraday diletakkan sebelumnya dan tidak perlu lagi menempatkan bilah nilai absolut:

ε = -Δφ/Δt

Ini adalah hukum Faraday-Lenz. Jika variasi aliran sangat kecil, delta digantikan oleh diferensial:

ε = -dφ/dt

Persamaan sebelumnya berlaku untuk loop. Tetapi jika kita memiliki kumparan pemintalan, hasilnya jauh lebih baik, karena FEM berlipat ganda n kali:

ε = - n (dφ/dt)

Eksperimen Faraday

Untuk menghasilkan arus yang menyalakan bola lampu, antara magnet dan spiral harus ada gerakan relatif. Ini adalah salah satu cara di mana aliran dapat bervariasi, karena dengan cara ini intensitas bidang yang melintasi perubahan loop.

Saat ini gerakan magnet berhenti, bohlam padam, bahkan jika magnet masih ada dalam belah. Apa yang diperlukan untuk mengedarkan arus ke bola lampu adalah bahwa aliran medan bervariasi.

Ketika medan magnet bervariasi dari waktu ke waktu, kita dapat mengekspresikannya sebagai:

B = B (T).

Dengan menjaga area spase tetap konstan dan membiarkannya diperbaiki pada sudut konstan, yang dalam kasus gambar adalah 0º, maka:

 Untuk loop Gambar 1 (cos 0º = 1):

Spase area variabel

Jika Anda dapat mengubah area spase, meninggalkan orientasinya memperbaiki dan meletakkannya di tengah bidang yang konstan, FEM yang diinduksi diberikan oleh:

Salah satu cara untuk mencapai hal ini adalah dengan meletakkan bar yang meluncur pada rel konduktif pada kecepatan tertentu, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Dapat melayani Anda: ío (satelit) Gambar 3. Generator geser. Sumber: Serway, R. Fisika untuk Sains dan Teknik.

Bilah dan rel, ditambah bohlam atau resistansi yang terhubung dengan kawat pengemudi, membentuk sirkuit tertutup dalam bentuk spase persegi panjang.

Saat menggeser batang, panjangnya X meningkat atau berkurang, dan dengan itu area perubahan loop, yang cukup untuk membuat aliran variabel.

Variasi fluks magnet dengan rotasi

Seperti yang kami katakan sebelumnya, jika sudut di antara B Dan normal loop bervariasi, aliran medan berubah menurut:

Gambar 4. Jika loop diputar di antara kutub magnet, generator sinusoidal diperoleh. Sumber: f. Zapata.

Generator sinusoidal diperoleh dengan demikian, dan jika sejumlah kumparan digunakan, FEM yang diinduksi lebih besar:

Gambar 5. Dalam generator ini magnet diputar untuk menginduksi arus dalam koil. Sumber: Wikimedia Commons.

Olahraga diselesaikan

Kumparan melingkar n lap dan radio r, berbelok di sudut Ω di tengah medan magnet dengan magnitudo b. Temukan ekspresi untuk FEM yang diinduksi maksimum di kumparan.

Larutan

Ekspresi untuk FEM yang diinduksi oleh rotasi diterapkan ketika koil memiliki N putaran, mengetahui bahwa:

-Area kumparan adalah a = πr²

-Sudut θ bervariasi tergantung pada waktu sebagai θ = ωt

Penting untuk mempertimbangkan bahwa θ = ωt pertama kali diganti dalam hukum Faraday dan Kemudian Itu berasal dari waktu:

ε = -nba (cos θ) '= -nb (πr²).[cos (ωt)] '= nbΩ (πr²) Sen (ωt)

Karena fem maksimum diminta, ini terjadi setiap kali sen Ωt = 1, jadi akhirnya:

ε_Max = NbΩ (πr²)

Referensi

1. Figueroa, d. 2005. Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 6. Elektromagnetisme. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, a. 2010. Fisika. Edisi kedua. Bukit McGraw.
3. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6. Ed. Prentice Hall.
4. Resnick, r. 1999. Fisik. Vol. 2. Edisi ke -3. di Spanyol. Perusahaan Editorial Kontinental S.KE. dari c.V.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Ed. Volume 2.