Wet van Faraday

In de natuurkunde, vooral in elektromagnetisme, Faraday, ook bekend als de wet van elektromagnetische inductie, Faraday-Neumann of Faraday-Henry, is een fysieke wet die het verschijnsel van elektromagnetische inductie beschrijft optredende wanneer de stroom van het magnetische veld door het oppervlak begrensd door een elektrisch circuit in de tijd varieert. De wet vereist dat in het circuit een geïnduceerde elektromotorische kracht die gelijk is aan het tegenovergestelde van de temporele variatie van de stroom zal genereren.

Het wordt ook wel Faraday-Neumann-Lenz, het feit dat de wet van Lenz een uitvloeisel.

De elektromagnetische inductie fenomeen werd ontdekt en vastgelegd in de wet in 1831 door de Engels natuurkundige Michael Faraday en is momenteel aan de basis van de werking van de gemeenschappelijke elektromotoren, generatoren, generatoren en transformatoren.

Samen met de wet van Ampère-Maxwell, daarin mogelijk symmetrisch, correleert de elektrische verschijnselen met magnetische die zo niet stilstaat: beide zijn het sterke punt van de passage door de Maxwell vergelijkingen om het elektromagnetische veld.

Introductie

Wet van Faraday beschrijft het voorkomen van twee verschillende fenomenen: de elektromotorische kracht als gevolg van de Lorentz-kracht die zich manifesteert als gevolg van de beweging van een spoel in een magnetisch veld, en de elektromotorische kracht veroorzaakt door het elektrische veld dat door de variatie van een magnetisch veld , in overeenstemming met de vergelijkingen van Maxwell.

Richard Feynman beschrijft de bijzonderheden van dit principe:

In de woorden van Einstein, ook:

Global vorm

Faraday wet stelt dat de geïnduceerde elektromotorische kracht van een magnetisch veld in een gesloten lijn is gelijk aan de overzijde van de variatie in de tijdseenheid van de magnetische flux van het veld door het oppervlak die lijn als grens heeft:

waarbij de magnetische flux wordt gegeven door de integraal van het oppervlak:

element met het gebied dat door de stroming wordt berekend. De elektromotorische kracht wordt bepaald door het werk van de elektrische veld per eenheid lading van het circuit:

waarbij de rand van en:

is de Lorentz kracht. U kunt dan schrijven:

Het minteken om aan te geven dat de geproduceerde stroom tegen de verandering van de magnetische flux, in overeenstemming met het principe van behoud van energie: met andere woorden, indien de aaneengeschakelde flux afneemt, het magnetisch veld dat door de geïnduceerde stroom zal het gebied te ondersteunen aanvankelijk tegen de afname, terwijl als de stroom toeneemt, het magnetische veld tegenwerken het origineel tegen de verhoging. Dit feit is ook bekend als de wet van Lenz.

Het verschijnsel loopt volledig bij verwijzing naar circuits niet vervormbaar, waarbij de variatie van flux is uitsluitend gerelateerd aan de temporele variatie van het magnetisch veld zelf. In het geval er een relatieve beweging tussen de veldcircuit en het is mogelijk te benaderen via de circulatie veroorzaakt door de Lorentz-kracht, vanwege de positie van het circuit in beweging in een magnetisch veld. Aangetoond kan worden dat in feite de eerste en tweede benadering gelijkwaardig.

Lokale vorm

De lokale vorm van de wet van Faraday is gerelateerd aan de totale vorm van de rotor van de stelling:

Voor de definitie van magnetische flux, en aangezien het domein van integratie wordt verondersteld constant in de tijd, heeft men:

Gelijkstellen integrands volgt de lokale vorm van Faraday's Law, die de derde Maxwell vergelijking vertegenwoordigt:

Demonstratie

Net als bij andere verschijnselen die de klassieke behandeling karakteriseren van elektromagnetisme, kan zelfs de wet van Faraday worden afgeleid vanuit de Maxwell vergelijkingen en de Lorentz kracht.

Beschouw de tijdsafgeleide van de stroom door een lus gebied dat:

Het resultaat van de integrale zowel afhangt van de waarde van de integrand, zowel uit het gebied waar deze wordt berekend, waarbij:

waar is een vaste tijd. De eerste term in de rechterzijde kan worden geschreven met behulp van de vergelijking van Maxwell-Faraday:

terwijl voor de tweede termijn:

Er zijn verschillende mogelijke benaderingen. Als de lus beweegt of vervormt als gevolg van een variatie van het magnetische veld flux doorheen: gegeven een klein gedeelte van de spoel in beweging met een snelheid tijd, "sweeps" een oppervlak van de doos. Daarom is de desbetreffende stroom variatie is:

Dus je hebt:

waarbij de snelheid van een punt op de lus.

Het combineren van de resultaten:

De elektromotorische kracht wordt gedefinieerd als de energie per eenheid lading nodig is om een ​​volledige omwenteling van de lus. Met de Lorentz-kracht is gelijk aan:

waarvan:

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha