Indukzio Elektromagnetikoa: Faraday eta Lenz-en Legeak

Korronte elektrikoaren indukzioa: Faradayren esperimentuak

Michael Faradayk hainbat saiakuntza egin zituen korronte elektrikoa magnetismoaren bidez nola sor daitekeen ulertzeko.

Saiakuntza: Imana eta harilaren arteko higidura

Faradayk hari eroalezko haril baten muturrak galvanometro batera (korrontea detektatzeko gailua) konektatu zituen. Lortutako emaitzak hauek izan ziren:

• Imana harilera hurbiltzean, korronte induzitua agertzen da imana higitzen ari den bitartean.
• Imana urruntzean, korronte induzituaren noranzkoa alderantzikatu egiten da.
• Harila eta imana geldi egonez gero, ez da inolako korronte induziturik sortzen.

Saiakuntza horretan, korronte induzituaren intentsitatea imanak (edo harilak) higitzean duen abiaduraren araberakoa da. Halaber, imanaren eremu magnetikoaren intentsitateak eta harilaren espira kopuruak ere eragina dute. Faradayren interpretazioaren arabera, zirkuitu batean korronte elektrikoa induzitzeko, beharrezkoa da zirkuitua zeharkatzen duten indukzio-lerroen kopurua aldatzea.

Saiakuntza: Zirkuitu elektriko baten itxiera eta irekiera

Faradayk bi haril kiribildu zituen burdinazko haga baten inguruan. Lehenengo harila bateria batekin konektatu zuen, K etengailu baten bidez. Bigarren harila galvanometroarekin konektatu zuen. Emaitzak hauek izan ziren:

• Etengailua konektatzean, korronte elektrikoa induzitzen da bigarren harilean. Bi hariletako korronteek elkarren aurkako noranzkoak dituzte.
• Etengailua deskonektatzean, beste korronte bat induzitzen da, baina aurrekoaren alderantzizko noranzkoan.
• Intentsitatea konstantea denean, ez da korronterik induzitzen.

Horrek frogatzen duenez, bigarren zirkuituan induzitutako korrontea lehenengo zirkuituak sortzen duen eremu magnetiko aldakorraren ondorioa da.

Indukzio elektromagnetikoa eta fluxu magnetikoa

Zer da indukzio elektromagnetikoa?

Indukzio elektromagnetikoa zirkuitua zeharkatzen duten indukzio magnetikoaren lerroen kopurua aldatzean sortzen den korronte elektrikoa da.

Fluxu magnetikoaren kontzeptua

Prozesu fisiko hau azaltzen duen lege matematikoari Faradayren legea deritzo, eta fluxu magnetikoa (φ) deritzon magnitudearen bidez adierazten da. Gainazal bat zeharkatzen duten indukzio-lerroen kopurua adierazten du. SI unitatea Weber (Wb) da.

Orokorrean, fluxu magnetikoa honela kalkulatzen da:

Eremu uniformea eta gainazala laua direnean, adierazpena honela geratzen da:

N espiradun bobina baten kasuan, fluxu totala espira bakoitzeko fluxuen batura da:

Fluxuaren aldaketa hainbat arrazoirengatik gerta daiteke: B eremuaren intentsitatea aldatzeagatik edo zirkuitua eremuaren barruan mugitzeagatik (α angelua aldatzea).

Lenz-en legea: Noranzkoaren determinazioa

Korronte induzituaren noranzkoa determinatzeko Lenz-en legea (1834) erabiltzen da:

"Induzitutako korrontearen noranzkoa, korronte hori sorrarazten duen kausaren aurka egiteari dagokiona da."

Adibidez, iman baten ipar poloa espira baterantz hurbiltzean, fluxu magnetikoa handitu egiten da. Korronte induzituak fluxu aldaketa horri aurka egingo dio, ipar polo bat sortuz hurbiltzen ari den imana aldentzeko. Imana urruntzean, ordea, hego polo bat sortuko du imana erakartzeko.

Faraday-ren legea: Indar elektroeragilea

Lege honek zera dio: zirkuitu bateko indar elektroeragile induzitua, fluxu magnetikoaren aldaketaren abiaduraren berdina da, zeinuz aldatuta:

Zeinu negatiboak (Lenz-en legea) adierazten du indar elektroeragilea fluxuaren aldakuntzaren aurkakoa dela.

Sorgailu elektrikoak: Dinamoak eta alternadoreak

Energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen duen gailuari sorgailu elektrikoa deritzo. Korronte jarraitua sortzen badu, dinamoa da; korronte alternoa sortzen badu, alternadorea.

Alternadorearen funtzionamendua

Alternadorea eremu magnetiko uniforme batean ω abiadura angeluarrez biratzen den espira lau bat da. Biratzean, fluxu magnetikoa aldatu egiten da eta indar elektroeragile bat induzitzen da.

Aldiune bakoitzeko fluxu magnetikoa:

Non θ = ωt den. Orduan:

Faradayren legearen arabera, indar elektroeragile induzitua honako hau da:

Indar hau era sinusoidalean aldatzen da denboran, beraz, periodikoa da. Korrontearen intentsitatea Ohm-en legearen bidez kalkulatzen da:

Alternadore industrialetan, N espira dituen harila erabiltzen da fluxua eta indar elektroeragilea N aldiz handitzeko.