Indukzio Elektromagnetikoa: Faraday eta Lenz-en Legeak

Faraday-k haril baten muturrak galbanometro batean (korronterik pasatzen den detektatzeko tresna) konektatu zituen eta ondorengoa baieztatu zuen:

• Imana harilari hurbiltzean, korronte induzitua agertzen da imana higitzen ari den bitartean.
• Imana urruntzean ere, korronte induzitua agertzen da imana higitzen ari den bitartean, baina lehengoaren aurkako noranzkoan.
• Imana zenbat eta abiadura handiagoz hurbildu ala urrundu, sortzen den korrontea orduan eta handiagoa.
• Imana geldirik badago, ez da korronterik harilean sortzen.
• Harilak zenbat eta espira gehiago izan, sortzen den korrontea orduan eta handiagoa.

Saiakuntza: Zirkuitu Elektriko Baten Itxiera eta Irekiera

2. Saiakuntza: zirkuitu elektriko baten itxiera eta irekiera.

Faraday-k bi haril burdinazko haga batean kiribildu zituen. Bietako bat bateria batera dago konektatuta eta etengailu baten bidez zirkuitua (lehenengo zirkuitu edo zirkuitu primarioa) itxi ala ireki egin daiteke. Ondoko beste harila (bigarren zirkuitu edo zirkuitu sekundarioa) galbanometro bati konektatuta dago, eta inolako bateriarik ez dagoenez, zirkuitu horretan korronterik ez da ari pasatzen. Etengailua erabiliz, itxi eta ireki, lehen zirkuituan korrontea agertu eta desagertu egiten dugu. Saiakuntza honen ondorioak hauek dira:

• Etengailua konektatzean, bigarren harilean korronte elektrikoa induzitzen da. Bi hariletako korronteek elkarren aurkako noranzkoak dituzte. Bigarren harileko korrontea desagertu egiten da lehen harilekoak balio konstantea hartzen duenean. Beraz, bigarrenean induzitzen den korronteak oso gutxi irauten du.
• Etengailua deskonektatzean, beste korronte elektriko bat induzitzen da bigarren harilean. Kasu honetan, bi hariletako korronteek noranzko bera dute. Lehen bezala, bigarren harileko korrontea lehen harilekoa erabat desagertzen den bitartean agertzen da. Lehen korronte hori 0 egiten denean desagertzen da bigarren harilean induzitu dena. Beraz, lehen bezala, korronte induzitu honek oso gutxi irauten du.
• Lehenengo harileko korronte-intentsitatea handiagotuz edo txikiagotuz doanean induzitzen da korronte elektrikoa bigarren harilean, baina intentsitate hori konstantea denean, ez da korronterik induzitzen. Horrek zera erakusten du, alegia, bigarren zirkuituan induzituriko korrontea lehenengo zirkuituak sortzen duen eremu magnetiko aldakorraren ondorioa da.

Fluxu Magnetikoa

FLUXU MAGNETIKOA

Gainazal bat zeharkatzen duen fluxu magnetikoa (Φ), gainazal hori zeharkatzen duen indukzio-lerroen kopuruaren neurri bat da. Bere unitatea SI-eko Weber (Wb) da. Ondokoa da fluxu magnetikoa kalkulatzeko erabiltzen dugun definizioa:

Azalera Laua Denean

Azalera laua denean: Φ = B ∙ S = B ∙ S ∙ cos α Φ = fluxu magnetikoa B

= gainazala zeharkatzen duen eremu magnetikoa S

= azalera-bektorea, modulutzat azaleraren balioa duena eta azalerarekiko perpendikularra. α = B

bektoreen arteko angelua edota gainazalak eremu lerroen perpendikularrarekin osatzen duen angelua.

Azalera Lauen Kasua

Azalera laua ez denean

Kasu honetan, S

bektoreaz adieraziko duguna. Modu horretan, dS

azalera txiki bakoitza zeharkatzen duen fluxu magnetikoa (oso txikia hau era bilatzeko modu honetan egingo genuke: d Φ = B ∙ dS = B ∙ dS ∙ cos α

Faraday-ren saiakuntzetara itzuliaz, orain bai argi esan daitekeela zein den korronteak agertzearen arrazoia: bai lehen saiakuntzan, imanak mugitzean (edota imana geldirik eta harila mugitzean) sortzen diren korronteak, bai eta bigarren saiakuntzan etengailua erabiliz bigarren harilean agertzen direnak, harila (zirkuitua) zeharkatzen duen fluxu magnetikoan eragiten den aldaketa da. Gainera, fluxuaren handitzea dagoenean sortutako korrontearen noranzkoa eta fluxuaren jaitsiera dagoenean sortutakoarena, alderantzizkoak dira.

Fluxu magnetikoaren aldaketak korronte elektrikoak sortzeko fenomeno horri indukzio elektromagnetikoa deitzen diogu.

Oharra: Fluxu magnetikoaren adierazpen matematikora itzuliaz, Φ = B ∙ S = B ∙ S ∙ cos α , NS-ko Unitate sisteman zera dugu: Weber = Tesla . m². Beraz, oso ohitura arrunta da eremu magnetikoaren balioaz hitz egitean, Tesla ordez Weber/m² moduan ematea.

Faraday-ren Legea

Faraday-ren Legea

Zirkuitu batean korronte elektriko bat sortzeko beharrezkoa da zirkuitu horri potentzial-diferentzia bat aplikatzea (hauxe da bateria batek duen funtzioa zirkuitu batean). Beraz, fluxu magnetiko aldaketak korronte elektrikoak sortzen dituela onartzeko, zirkuituan potentzial-diferentzia bat sortzen duela onartu beharko dugu eta potentzial-diferentzia honek sortzen duela korronte elektrikoa. Potentzial-diferentzia honi indar elektroeragile induzitua deitzen zaio (i.e.e. laburdura)

Azkenean, hau da Faraday-ren legea: “Fluxu magnetikoaren aldaketak zirkuitu batean sortzen duen indar elektroeragile induzitua zuzen zuzen lotuta dago fluxu aldaketa horren abiadurarekin”

Hau da adierazpen matematikoa: ε = ∆Φ / ∆t Beraz, sortutako i.e.e. (ε) zenbat eta handiago izan dadin, fluxu aldaketa handiagoak behar dira sortu eta, aldi berean, ahalik eta denbora gutxienean.

Lenz-en Legea

Lenz-en Legea  Lenz-en legeak Faraday-ren legea osatu egiten du, sortutako i.e.e. eta honek sortuko duen korrontearen noranzkoa zein den azalduz: “Indar elektroeragile induzitua (i.e.e.) eta honek sortzen duen korronte induzituaren noranzkoa, korronte hori sorrarazten duen kausari aurka egingo diona da”. Adibidez, iman baten ipar poloa (N) espira baterantz hurbiltzean, handitu egiten dugu espiran zeharreko fluxu magnetikoa. Lenz-en legearen arabera, korronte induzituaren noranzkoa, fluxu magnetikoaren handitze horri aurka egiten diona da. Honek sortzen duen eremu magnetikoa, handitu denaren aurkakoa da. Imana urruntzean, fluxu magnetikoa jaitsi egiten denez, korronte induzituaren noranzkoa aurreko kasuaren aurkakoa da. Orain, sortzen duen eremu magnetikoaren noranzkoa jaisten ari denaren noranzko berekoa da. Aurka egite horrek, Faraday-ren legean ‘-‘ ikurra gehitzea suposatzen du. Horrela gelditzen da orduan Faraday-Lenz-en legea:

ε = - ∆Φ / ∆t Honek ∆t denbora-tartean induzitzen den ε (i.e.e.)-ren batez besteko balioa ematen digu.

Aldiune batean induzitzen ari den ε (i.e.e.) bilatzeko, (Φ fluxua t denboraren funtzio delako), aurrekoa egin beharko genuke baina denbora tartea une bat denean, hau da, ∆t→ 0 denean. Azken hau deribatua besterik ez da: ε = - dΦ/dt.

Indukzio Elektromagnetikoa

Indukzio elektromagnetikoa

Hemendik lortzen den i.e.e. (ε) konstantea ala aldakorra atera daiteke t-ren funtzioan, guztia fluxu magnetikoaren aldaketa nolakoa izan denaren arabera.

Oharra: Espira bat izan ordez, N espira dituen harila bada, indukzio efektuak N aldiz handiagoak dira