Nyugalmi indukció

A mágneses mezőnek a mozgó elektromos töltésre kifejtett hatása alapján (Lorentz erő) elektromos feszültséget lehet előállítani. Faraday feltételezte, hogy egy tekercs belsejében változtatva a mágneses mezőt, a tekercsben szintén indukálódik feszültség.

Az áramkör egyik tekercsében akár ki-be kapcsolással, akár az áramerősség változtatásával változó mágneses mezőt állíthatunk elő. A változás ideje alatt a másik áramkörben a műszer szerint áram folyik, vagyis a tekercsen feszültség indukálódik. Figyeljük meg, hogy be- és kikapcsoláskor az indukált áram iránya különböző!

Ebben az esetben nem a mozgás, hanem a mágneses tér változása az indukált feszültség létrejöttének az oka. A jelenséget nyugalmi indukciónak hívjuk.

Kísérleti összeállítás a nyugalmi indukció jelenségére

A Faraday-féle indukciós törvény

A nyugalmi indukció értelmezéséhez a kulcsszó a változás! Abban az esetben kapunk indukált feszültséget egy zárt vezető-hurokban, tekercsben, ha változik a rajta keresztülhaladó indukcióvonalak száma.

Az indukcióvonalak sűrűsége jellemzi a mágneses mező erősségét, de milyen módon? Megállapodásunk a következő: A mező egy bizonyos helyén, az egységnyi felületen merőlegesen átmenő indukcióvonalak száma legyen egyenlő az ott mérhető mágneses indukció számértékével.

Tehát egy adott Afelületen áthaladó indukcióvonalak számát, amelyet fluxusnak, vagy mágneses fluxusnak ( φ) neveznek, B*A -nak vesszük, ha a mágneses indukció értéke az A felületen B.

φ=B*A

Ez a megállapodás teljesen hasonló az elektromos erővonalak sűrűsége és az elektromos térerősség kapcsolatáról elmondottakkal.

Az Nmenetű tekercs esetében, mivel minden menetre ugyanaz a B*A a fluxus értéke, a teljes mágneses fluxus:

A fluxus fogalmával megfogalmazhatjuk az indukált feszültségre vonatkozó törvényt, a Faraday-féle indukciós törvényt:

.

Szavakban: az indukált feszültség egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű a fluxus időegységre jutó megváltozásával. Itt a negatív előjel Lenz-törvényét fejezi ki, vagyis az indukált feszültség olyan, hogy hatása akadályozza a fluxus változását, növekedését vagy csökkenését.

Változó mágneses és elektromos mező

Változó mágneses mező elektromos mezőt indukál.

A változó mágneses mezőt körülölelő vezetőben feszültség indukálódik, és ennek értéke nem függ a vezető adataitól, pl. az elektromos ellenállásától. Logikus arra gondolni, hogy vezető nélkül, szigetelőben vagy akár vákuumban is keletkezik elektromos mező, maga a vezető huzal vagy a műszer csak az indukált feszültség keltette áram kimutatására szolgál.

Általánosan igaz, hogy a változó mágneses mező indukcióvonalait zárt elektromos erővonalak veszik körül. Ez az indukált ("örvényes") elektromos erőtér lényegesen különbözik a ponttöltés keltette "örvénymentes" elektrosztatikus erőtértől, amelyben az erővonalak mindig töltéstől töltésig haladnak, tehát sohasem önmagukban záródnak. A változó mágneses indukcióvonalakat körülvevő zárt elektromos erővonalaknak az elektromágneses hullámok kialakulásában és tulajdonságaiban van nagy jelentőségük.