Законът на Фарадей: характеристики, значение и ежедневни приложения

  • Законът на Фарадей определя количествено връзката между промяната в магнитния поток и индуцирания ток.
  • Той е основен в електротехниката и е позволил разработването на генератори и трансформатори.
  • Законът на Ленц произлиза от закона на Фарадей и обяснява как индуцираният ток се противопоставя на промяната, която го произвежда.

Правоприлагането на Фарадей

Майкъл Фарадей беше учен, чиято работа е оказала дълбоко влияние върху физиката и инженерството. Благодарение на неговото откритие се основават много електрически и електронни устройства, които използваме в ежедневието си Законът на Фарадей. Този закон описва явлението на електромагнитна индукция, при който електрически ток се индуцира във верига, когато преминаващото през нея магнитно поле се промени. Законът на Фарадей е от съществено значение за разбирането как се генерира електричество в генераторите и как работят ключови устройства като трансформатори и електрически двигатели.

В тази статия ще разгледаме подробно Характеристики, приложения и значение на закона на Фарадей, както и влиянието му върху настоящите технологии.

Основни характеристики на закона на Фарадей

електрическо поле

Електрическите заряди в движение изпитват сила в рамките на магнитно поле. Този принцип е ключов за описанието на действието на закона на Фарадей. Ясен пример е проводник, който носи ток, където движещите се електрони взаимодействат с магнитното поле. Ако преместим проводник в магнитно поле или променим силата на полето с течение на времето, в проводника ще се генерира ток.

La Законът на Фарадей определя количествено тази връзка между промяната в магнитното поле и индуцирания ток. Изявлението му гласи: „Напрежението, индуцирано в затворена верига, е право пропорционално на скоростта на промяна на магнитния поток, който пресича повърхност, ограничена от споменатата верига“.

Концепцията за магнитен поток е ключов тук. Магнитният поток е количеството магнитно поле, което преминава през повърхност и всяка промяна в тази стойност поради времеви или пространствени промени в магнитното поле предизвиква fuerza electromotriz (ЕМП) във веригата.

Демонстрация на закона на Фарадей: Класическият експеримент

електромагнитна индукция

Фарадей извършва няколко експеримента, за да демонстрира явлението електромагнитна индукция. Един от най-известните включва две намотки от тел, навити около железен пръстен. Когато в първата намотка протича ток, се генерира магнитно поле, което преминава през пръстена и достига до втората намотка. Когато токът в първата намотка се промени, магнитното поле също се променя, което индуцира ток във втората намотка. Това явление може лесно да се наблюдава с галванометър, който записва индуцирания ток във втората намотка.

От този експеримент Фарадей формулира основата на закона за електромагнитната индукция. Ключов момент, който излиза от техните експерименти, е, че непрекъснато променящото се магнитно поле генерира електрическо поле, и това е, което води до индукция на тока.

Освен това този принцип е основен за закона на Ленц, който гласи това индуциран ток Във верига, управлявана от изменението на магнитно поле, то генерира електромагнитно поле, което се противопоставя на промяната, която го произвежда.

Връзката между електричеството и магнетизма: Законът на Фарадей и Максуел

Едно от най-големите постижения на Майкъл Фарадей е експерименталното демонстриране на връзката между електрически полета y магнитни полета. Преди неговата работа електричеството и магнетизмът са били разглеждани като отделни явления. Въпреки това, Фарадей показа, че променящото се магнитно поле генерира електрическо поле, отваряйки вратата към единно разбиране на тези два феномена. Тази работа по-късно е използвана от шотландския физик Джеймс Клерк Максуел за формулиране на Уравнения на Максуел, които са в основата на съвременната електромагнитна теория.

Уравненията на Максуел включват закона на Фарадей и описват как електромагнитните полета взаимодействат с електрическите заряди и как променящите се магнитни полета могат да генерират електрически полета и обратно.

Формула на закона на Фарадей

закон на Фарадей

Законът на Фарадей се изразява математически по следния начин:

EMF (Ɛ) = -dϕ/dt

когато:

  • EMF (Ɛ): Електродвижеща сила или индуцирано напрежение.
  • dϕ/dt: Производна на магнитния поток по отношение на времето.

Отрицателният знак в уравнението представлява Закон на Ленц, което показва, че индуцираният ток винаги има такава посока, че да се противопоставя на промяната в магнитния поток, която го причинява.

Концепцията за магнитен поток, символизирана с ϕ, е ключът към разбирането на това уравнение. Магнитният поток може да се определи като произведението на магнитното поле и площта, перпендикулярна на посоката на полето. Скоростта на промяна на този поток, независимо дали чрез промяна на поле или площ, е това, което индуцира електрически ток.

Приложения на закона на Фарадей в ежедневието

Законът на Фарадей има множество приложения, които засягат ежедневието ни, тъй като е в основата на голяма част от съвременните технологии. Ето някои ключови примери:

  • Електрически генератори: Електрическите генератори преобразуват механичната енергия в електрическа, като използват принципа на електромагнитната индукция. В тези устройства намотка от тел се върти в магнитно поле, което индуцира електрически ток.
  • Електрически трансформатори: Трансформаторите са устройства, които, използвайки електромагнитна индукция, променят напрежението на променливия ток, позволявайки електричеството да се транспортира ефективно на дълги разстояния.
  • Електромагнитна индукция в кухнята: Индукционните готварски печки използват принципа на закона на Фарадей за генериране на топлина в метални съдове чрез токове, предизвикани от магнитни полета.
  • Безжично зареждане: Много технологии за безжично зареждане, включително тези, използвани в мобилни устройства, разчитат на принципа на електромагнитната индукция за безжичен пренос на енергия.

Връзка между индукция и магнитна сила

Обяснение на характеристиките на електромагнитната индукция на закона на Фарадей

Законът на Фарадей също е свързан с магнитната сила, действаща върху заредените частици. Ако разгледаме свободен електрон, движещ се в проводник и поставим споменатия проводник в магнитно поле, движението на проводника перпендикулярно на магнитното поле генерира сила върху електрона. Тази сила е причината за индуцирания ток в жицата.

Ключът е, че въпреки че магнитното поле не върши работа директно, неговото взаимодействие с движението на зарядите генерира явлението електромагнитна индукция. Освен това посоката на индуцирания ток се регулира, за да се противопостави на промяната в магнитното поле, в съответствие със закона на Ленц.

Законът на Фарадей и неговият принцип на електромагнитната индукция са съществени за голяма част от технологията, която използваме днес. От електрически генератори до безжично зареждане, магнитните и електрическите полета са дълбоко преплетени благодарение на този закон, открит от брилянтния учен Майкъл Фарадей.


Оставете вашия коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

*

*

  1. Отговорен за данните: Мигел Анхел Гатон
  2. Предназначение на данните: Контрол на СПАМ, управление на коментари.
  3. Легитимация: Вашето съгласие
  4. Съобщаване на данните: Данните няма да бъдат съобщени на трети страни, освен по законово задължение.
  5. Съхранение на данни: База данни, хоствана от Occentus Networks (ЕС)
  6. Права: По всяко време можете да ограничите, възстановите и изтриете информацията си.