Elektromagnetisk induksjon

Elektromagnetisk induksjon er eit fenomen der det i ein elektrisk krins oppstår elektrisk spenning når ein endrar magnetfeltet omslutta av krinsen eller ved å flytte på krinsen i eit magnetfelt. Elektromagnetisk induksjon knyter dermed saman elektrisitet og magnetisme og er særs viktig innan fleire bruksområde, som i generatorar, transformatorar og elektroniske komponentar. Prinsippet vart oppdaga av Michael Faraday i 1831.

Formelen for indusert spenning i ein elektrisk leiar med éi vinding i eit magnetfelt er gjeven ved Faradays induksjonslov

${\mathcal {E}}=-{{d\Phi _{B}} \over dt}$

der ${\mathcal {E}}$ er elektromotorisk spenning (ems) og Φ_B er magnetisk fluks.

Dette betyr i praksis at elektrisk spenning vil oppstå i ein elektrisk leiar dersom den magnetiske fluksen gjennom leiaren vert endra. Om leiaren er slutta vil han danne ein krins og det vil gå straum igjennom denne på grunn av den induserte spenninga. Storleiken på straumen er avhengig av resistansen til krinsen i samsvar med Ohms lov. Dette gjeld sjølv om sjølve styrken på magnetfeltet vert endra, eller om sjølve leiaren til dømes roterer i magnetfeltet, og på den måten endrar den magnetiske fluksen gjennom leiaren.

Induksjonsprinsippet ligg til grunn for dei fleste elektriske apparat, og er òg årsaka til at straum kan produserast ved hjelp av generatorer.

Døme

Ein spole med éin vinding og med radius 0,20 meter roterer i eit homogent magnetfelt med styrken 2,0 tesla. Spolen byrjar å rotere i det arealvektoren står 0° på feltlinjene, og vert dreidd opp slik at arealvektoren står 90° på feltlinjene. Det vil sei at spolen startar med å stå slik at arealvektoren er parallell med feltet og at han vert vippa til han er vinkelrett på magnetfeltet, slik at ingen feltlinjer går gjennom spolen. Det tar 0,20 sekunder å rotere spolen.

Først må ein rekne ut endringa i den magnetiske fluksen gjennom spolen. Endringa i magnetisk fluks finn ein ved å subtrahere fluks_etter frå fluks_før. Formelen for magnetisk fluks er

$\ \Phi =AB\cos \theta$

der A er arealet av spolen, B er styrken på magnetfeltet og $\ \theta$ er vinkelen mellom arealvektoren og feltlinjene til magnetfeltet.

Cosinus til 90° er 0, så fluks_etter må vere lik 0. Når ingen feltlinjer går gjennom spolen, er den magnetiske fluksen gjennom han lik null.

Me reknar ut fluks_før:

$\ \Phi =3,14\cdot (0,20~m)^{2}\cdot \ 2~T=0,25~Wb$

Endring i fluks blir dermed 0,25 Wb.

Indusert spenning blir då

${\mathcal {E}}=-{{0,25~Wb} \over 0,20~s}=-1,25~V$

Det vil induserast ein spenning på -1,25 Volt i spolen. Det negative forteiknet viser retninga til den induserte straumen, sjå Lenz-lova. Om leiaren er lukka vil det gå ein straum gjennom han og dette er òg korleis induksjon vert utnytta i generatorar.

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Elektromagnetisk induksjon» frå Wikipedia på bokmål, den 28. august 2012.