Magnetisk fluks og Faradays lov
er et mål på hvor mye magnetfelt som går gjennom en flate, Φ = BA cos θ. sier at det er endringen i fluks over tid som induserer en spenning (EMK): EMK = -dΦ/dt. Det avgjørende er endringen. En magnet som ligger i ro inne i en spole gir ingen spenning, men i det øyeblikket den flyttes, endres fluksen og en spenning oppstår. Fluksen kan endres på flere måter: ved å endre feltstyrken B, arealet A, eller vinkelen θ mellom feltet og spolen.
Slik uttrykker du det
Φ = BA cos θ er hvor mye felt som går gjennom flaten. Faradays lov sier at en indusert spenning oppstår når fluksen endrer seg: EMK = -dΦ/dt. En magnet i ro gir ingen spenning, men i det den beveges, endres fluksen og spenningen kommer. Jeg kan endre fluksen ved å endre feltet B, arealet A eller vinkelen θ.
Det er endringen i fluks, ikke fluksen selv, som gir spenning.
Lenz' lov og energibevaring
Minustegnet i Faradays lov er . Den sier at den induserte strømmen alltid går slik at den motvirker endringen som skapte den. Dytter du en nordpol inn i en spole, lager strømmen en nordpol på den siden som dytter imot. Dette er ikke en tilfeldig regel, men en direkte følge av energibevaring: du må gjøre et arbeid for å skyve magneten, og det er nettopp dette arbeidet som blir til elektrisk energi.
Slik uttrykker du det
er minustegnet i Faradays lov: den induserte strømmen går alltid slik at den motvirker endringen som skapte den. Skyver jeg en nordpol inn i spolen, lager strømmen en nordpol som dytter imot. Grunnen er energibevaring. Jeg må gjøre et arbeid mot denne motkraften, og det arbeidet er det som blir til elektrisk energi.
Den induserte strømmen motvirker endringen, fordi energi må bevares.
Slik lager et vannkraftverk strøm
I en roterer en spole inne i et magnetfelt, drevet av for eksempel en vannturbin. Når spolen snur seg, endrer vinkelen θ seg hele tiden, så fluksen Φ = BA cos θ svinger mellom maksimum og minimum. Etter Faradays lov gir denne stadige endringen en spenning som veksler retning to ganger per omdreining. Resultatet er . Roterer spolen 50 ganger i sekundet, får vi nettopp de 50 Hz som kommer ut av stikkontakten.
Slik uttrykker du det
I en roterer en spole i et magnetfelt, drevet av en turbin. Når spolen snur seg, endrer vinkelen θ seg, så fluksen Φ = BA cos θ svinger opp og ned. Faradays lov gir da en spenning som skifter retning, altså . Roterer spolen 50 ganger i sekundet, blir det 50 Hz, akkurat det vi har i stikkontakten.
Roterende spole gir vekslende fluks og dermed vekselstrøm.
Transformatoren endrer spenningen
En har to spoler på samme jernkjerne. Vekselstrømmen i den første spolen lager en stadig skiftende fluks, som induserer spenning i den andre. Forholdet mellom spenningene følger antall vindinger: /. Har den andre spolen ti ganger så mange vindinger, blir spenningen tidoblet. Slik kan strøm sendes ut på høyspentnettet med svært høy spenning (som gir lite tap) og transformeres ned igjen til trygge 230 V før den når husene.
Slik uttrykker du det
En har to spoler på samme jernkjerne. Vekselstrømmen i den ene gir en skiftende fluks som induserer spenning i den andre, og forholdet er /. Flere vindinger på utgangssiden gir høyere spenning. Dette brukes til å sende strøm på høyspentnettet med høy spenning og lite tap, og så transformere ned til 230 V før den når husene.
/ vindingstallet bestemmer spenningsforholdet.
er et mål på hvor mye magnetfelt som går gjennom en flate, Φ = BA cos θ. sier at det er endringen i fluks over tid som induserer en spenning (EMK): EMK = -dΦ/dt. Det avgjørende er endringen, ikke fluksen i seg selv.
Minustegnet er : den induserte strømmen motvirker alltid endringen som skapte den, som en direkte følge av energibevaring. Generatorer og transformatorer er de to viktigste anvendelsene.