Indukzio Elektromagnetikoa: Faraday-ren Legea eta Lenz-en Legea

Indukzio Elektromagnetikoa

Faraday-k, 1831n, eremu magnetiko bat baliatuta korronte elektrikoa induzi daitekeela frogatu zuen.

1. Saiakuntza: iman baten higidura haril baten barnean

Faraday-k haril bat, iman bat eta galvanometro bat hartuta, harilaren muturrak galvanometroan konektatu zituen, eta hau behatu zuen:

• Harila finko dagoela, imana hurbiltzen badiogu, korronte induzitua sortzen da. Gauza bera gertatzen da imana urruntzean, korrontearen noranzkoa alderantzikatuta.
• Ez da korronte elektrikorik agertzen harila eta imana finko badaude.
• Era berean, imana finko mantenduta, eta harila higiarazita, korronte induzitua sortzen da.

Ondorio hau lortu zuen: korronte induzituaren intentsitatea imanaren (edo harilaren) abiaduraren menpe dago, baita imanak sortutako eremu magnetikoaren menpe, eta harilaren espira kopuruaren menpe ere.

2. Saiakuntza: zirkuitu elektriko bat ixtea eta zabaltzea

Faraday-k bi haril burdinazko haga batean kiribildu zituen: horietako bat bateria batera konektatuta zuen, eta etengailu baten bidez zirkuitua itxi edo ireki zitekeen; bigarren harila galvanometro batera konektatuta zegoen.

Behatu zuen:

• Etengailua ixtean, hau da, lehenengo harilean korronte-intentsitatea handiagotzean, bigarren harilean korronte induzitua agertzen da, segundo batzuetan. Barnean zirkulatuz doan korrontearen noranzkoa eta lehenengo harilarena kontrakoak dira.
• Lehenengo harilean intentsitatea konstante mantentzen denean, ez da korronte induziturik agertuko.
• Etengailua berriro zabaltzean, hau da, lehenengo harilean korronte intentsitatea txikiagotzen denean, berriro agertzen da, une batez, korronte induzitua; baina, aurrekoaren kontrako noranzkoarekin.

Lortu zuen ondorioa da: korronte induzituaren kausa eremu magnetiko aldakorrak dira.

Fluxu Magnetikoa

Faraday-k modu kualitatiboan azaldu zuen indukzio elektromagnetikoaren fenomenoa. Prozesu fisiko hori azaltzen duen lege matematikoa Faraday-ren legea da, eta fluxu magnetiko magnitudearen bidez adierazten da. Izan ere, Faraday-ren saiakuntzetatik ondoriozta daitekeenez zirkuitu batean induzituriko korronte elektrikoa zirkuituan zeharreko fluxu magnetikoaren aldakuntzaren ondorioz sortzen da. Gainazal baten zeharreko fluxu magnetikoa, beraz, gainazal hori zeharkatzen duten indukzio-lerroen kopuruaren neurria da. Haren SI sistemako unitatea weber-a (Wb) da.

Fluxuaren adierazpen matematikoa da:

Φ = B×S

Eremu uniformea eta gainazal laua diren kasuan:

• S = gainazal bektorea. Bere modulua bat dator gainazalaren balioarekin, eta haren norabidea azalarekiko zuta da.
• θ = B eta S-ren arteko angelua.

Fluxuaren aldaketaren arrazoirik ohikoenak dira: B eremuaren intentsitatea aldatzea, B eta S-ren arteko angelua, θ, aldatzea, eta S-ren balioa aldatzea.

Lenz-en Legea

Korronte induzituaren noranzkoa fluxu aldaketari kontra egingo diona izango da, hau da, hura sortu zuen kausaren kontrakoa da.

Kontsidera dezagun espira bat eta iman zuzen bat higiarazten dena espirarekiko perpendikularki:

• Ipar poloa espirara hurbildu. Imanaren ipar poloa hurbiltzean espira zeharkatzen dituzten eremu-lerroen kopurua (B) handituko da, hortaz, fluxua (Φ) handitzen da. Ondorioz, espiran kontrako noranzkoko eremu magnetikoa (B_ind) sortzen duen korrontea (I_ind) agertzen da. Espirak ipar aurpegia erakusten dio imanari (aldarapena).
• Ipar poloa espiratik urrundu. Imanaren ipar poloa urruntzean espira zeharkatzen dituzten eremu-lerroen kopurua (B) txikituko da, hortaz, fluxua (Φ) txikitzen da. Ondorioz, espiran noranzko bereko eremu magnetikoa (B_ind) sortzen duen korrontea (I_ind) agertzen da. Espirak hego aurpegia erakusten dio imanari (erakarpena).

Faraday-ren Legea

Faraday-k Lenz-en legea matematikoki adierazi zuen, hau da, indukzio elektromagnetikoa deritzon fenomenoa agertzen duen lege matematikoa da, zeini esker korronte induzitua kalkula daitekeen.

Batez besteko indar elektroeragile induzituaren adierazpena: zirkuitu bateko iee-a zirkuitu horretan zeharreko fluxu magnetikoaren aldaketaren bizkortasunaren berdina da, eta kontrako zeinukoa.

ε = - (ΔΦ_B)/(Δt)

Δt oso txikia bada, aldiuneko indar elektroeragile induzituaren adierazpena dugu, hau da, Faraday-ren legea:

ε = - dΦ_B/dt