ΝΟΜΟΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ (FARADAY)

ΝΟΜΟΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ (FARADAY)

ΝΟΜΟΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ(FARADAY)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Θα εκτελέσουμε τρία απλά πειράματα με τα οποία θα μελετήσουμε την ηλεκτρεγερτική δύναμη  που επάγεται σε ένα κύκλωμα.

ΠΕΙΡΑΜΑ ΠΡΩΤΟ

 Από τα προηγούμενα πειράματα προέκυψε ότι η επαγωγική τάση οφείλεται στη μεταβολή της μαγνητικής ροής ΔΦ(ΔΦ=Φτελικό-Φαρχικό).
 Αν χρησιμοποιήσουμε δυο διαφορετικούς μαγνήτες και τους εισάγουμε με την ίδια περίπου ταχύτητα μέσα στο πηνίο,θα παρατηρήσουμε ότι ο ισχυρότερος μαγνήτης δημιουργεί μεγαλύτερη τάση.

Αν χρησιμοποιήσουμε δυο διαφορετικούς μαγνήτες και τους εισάγουμε με την ίδια περίπου ταχύτητα μέσα στο πηνίο,θα παρατηρήσουμε ότι ο ισχυρότερος μαγνήτης δημιουργεί μεγαλύτερη τάση

 Αυτό συμβαίνει γιατί ο ισχυρότερος μαγνήτης προκαλεί μεγαλύτερη μεταβολή ΔΦ της μαγνητικής ροής,αφού όλα τα άλλα μεγέθη παραμένουν σταθερά.Με ακριβείς μετρήσεις αποδεικνύεται ότι:
 Η επαγωγική τάση είναι ανάλογη προς την μεταβολή της μαγνητικής ροής ΔΦ.

ΠΕΙΡΑΜΑ ΔΕΥΤΕΡΟ

 Αν στο προηγούμενο πείραμα κινήσουμε γρηγορότερα τους μαγνήτες,θα παρατηρήσουμε ότι οι τάσεις γίνονται μεγαλύτερες.Άρα η επαγωγική τάση εξαρτάται από την ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ΔΦ/Δt.Όπου ΔΦ είναι η μεταβολή της μαγνητικής ροής και Δt ο αντίστοιχος χρόνος.

Αν στο πείραμα κινήσουμε γρηγορότερα τον μαγνήτη,θα παρατηρήσουμε ότι η τάση γίνεται μεγαλύτερη

 Μπορούμε να αποδείξουμε ότι:
 Η επαγωγική τάση είναι ανάλογή προς τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ΔΦ/Δt.

Η ηλεκτρεγερτική δύναμη  ΕΕΠ που επάγεται σε ένα κύκλωμα είναι ίση με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ΔΦ/Δt που διέρχεται από την επιφάνεια που ορίζει το κύκλωμα

 Από τα δυο αυτά απλά πειράματα μπορούμε να διατυπώσουμε τον νόμο της επαγωγής ή νόμος του Faraday ως εξής:

 Η ηλεκτρεγερτική δύναμη ΕΕΠ που επάγεται σε ένα κύκλωμα είναι ίση με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ΔΦ/Δt που διέρχεται από την επιφάνεια που ορίζει το κύκλωμα.

                                                                                       ΕΕΠ=|ΔΦΒ|/Δt

ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΡΙΤΟ

 Τέλος,αν χρησιμοποιήσουμε πηνία με διαφορετικούς αριθμούς σπειρών Ν(π.χ. Ν=6,200,1000) θα παρατηρήσουμε ότι,με την εισαγωγή του ίδιου μαγνήτη και στα τρία πηνία και με την ίδια περίπου ταχύτητα,η τάση είναι μεγαλύτερη στο πηνίο με τις περισσότερες σπείρες.

Μεγαλύτερη επαγωγική τάση αναπτύσσεται στο πηνίο με τις περισσότερες σπείρες

 Με ακριβείς μετρήσεις αποδεικνύεται ότι:

 Η επαγωγική τάση σε ένα πηνίο είναι ανάλογη προς τον αριθμό των σπειρών του πηνίου Ν. 

ΝΟΜΟΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ(FARADAY)

 Άρα συγκεντρώνοντας τα πιο πάνω συμπεράσματα και λαμβάνοντας υπόψη ότι το κύκλωμα αποτελείται από Ν σπείρες και ΔΦΒ είναι η μεταβολή της μαγνητικής ροής σε κάθε σπείρα,μπορούμε να διατυπώσουμε τον νόμο της επαγωγής ή νόμος του Faraday ως εξής:

Η ηλεκτρεγερτική δύναμη ΕΕΠ από επαγωγή που επάγεται σε ένα κύκλωμα είναι ανάλογη με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ΔΦ/Δt που διέρχεται από την επιφάνεια που ορίζει το κύκλωμα και ανάλογη με τον αριθμό Ν των σπειρών του πηνίου

 Η ηλεκτρεγερτική δύναμη ΕΕΠ από επαγωγή που επάγεται σε ένα κύκλωμα είναι ανάλογη με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής ΔΦ/Δt που διέρχεται από την επιφάνεια που ορίζει το κύκλωμα και ανάλογη με τον αριθμό Ν των σπειρών του πηνίου.

                                                                               ΕΕΠ=N·|ΔΦΒ|/Δt

 Με  τη βοήθεια  του νόμου  της επαγωγής μπορούμε τώρα να δώσουμε τον ορισμό  της μονάδας  της μαγνητικής ροής:

 1 Wb είναι η μαγνητική ροή η οποία όταν περνά από μια σπείρα και ελαττώνεται ομοιόμορφα ως την τιμή μηδέν μέσα σε 1 s,αναπτύσσει ΗΕΔ επαγωγής ίση με 1 V. 

ΜΕΛΕΤΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ

 Η σχέση ΕΕΠ=N·|ΔΦΒ|/Δt δίνει τη μέση ηλεκτρεγερτική δύναμη που επάγεται στο κύκλωμα σε χρόνο Δt.Για να υπολογίσουμε την ηλεκτρεγερτική δύναμη,στο κύκλωμα,κάποια στιγμή t πρέπει ο χρόνος Δt να είναι απειροστά μικρός.

                                                                               ΕΕΠ=N·|dΦΒ|/dt

 Αν ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής είναι σταθερός και η ΕΕΠ θα έχει σταθερή τιμή στο χρονικό διάστημα Δt. 

Αν ο αγωγός συνδεθεί σε κλειστό κύκλωμα, η τάση στα άκρα του δεν είναι ίση με την ηλεκτρεγερτική δύναμη αλλά είναι μειωμένη κατά τον παράγοντα Ι·R,όπου R η αντίσταση του   

 Το πηνίο ή το πλαίσιο που αναφέρθηκαν προηγούμενα, έγιναν ηλεκτρικές πηγές.Επομένως η τάση στα άκρα τους θα εξαρτάται από το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα.Η σχέση ΕΕΠ=N·|ΔΦΒ|/Δt δίνει την ηλεκτρεγερτική δύναμη αυτής της πηγής,δηλαδή την τάση στα άκρα του αγωγού όταν δε διαρρέεται από ρεύμα.Αν ο αγωγός συνδεθεί σε κλειστό κύκλωμα,η τάση στα άκρα του δεν είναι ίση με την ηλεκτρεγερτική δύναμη αλλά είναι μειωμένη κατά τον παράγοντα Ι·R,όπου R η αντίσταση του.