Das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion besagt, dass die induzierte Spannung in einem geschlossenen Stromkreis direkt proportional zur Geschwindigkeit ist, mit der der magnetische Fluss, der eine beliebige Oberfläche des Stromkreises als Kante kreuzt, variiert.
Das Gesetz ist nach dem Physiker und Chemiker Michael Faraday benannt, der es entwickelt hat.
Michael Faraday ging bei seiner Entwicklung vom Energieerhaltungssatz aus. Faradays Hypothese war, dass, wenn der Fluss eines elektrischen Stroms ein Magnetfeld erzeugen könnte, es auch möglich wäre, dass das Magnetfeld einen elektrischen Strom erzeugen könnte.
Faradaysches Induktionsgesetz
Die folgende Formel definiert den Zusammenhang zwischen der Änderung des magnetischen Flusses, der durch eine durch die Kontur C abgeschlossene Fläche S hindurchgeht, und dem elektrischen Feld entlang derselben Kontur:
wo
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E steht für das elektrische Feld.
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B ist die magnetische Flussdichte.
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dl ist ein infinitesimales Element der Kontur C.
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dA ist das Differentialelement der Fläche S.
Mit der Rechte-Hand-Regel können wir die Richtungen der Konturen C und von dA kennen.
Im Fall einer Induktorspule mit N Windungen des Elektrodrahts macht sie N Windungen, wir haben die folgende Formel:
wo
-
ε ist die induzierte elektromotorische Kraft (EMK)
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dΦ / dt ist die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses Φ.
Das negative Vorzeichen der Formel und die Richtung der elektromotorischen Kraft wurden durch das Gesetz von Lenz eingeführt.
Das Faradaysche Induktionsgesetz war das letzte Gesetz, das zu den Maxwell-Gleichungen hinzugefügt wurde
Anwendungsbeispiele des Faradayschen Gesetzes im täglichen Leben
Hier sind einige Beispiele für die Anwendung des Faradayschen Gesetzes.
Stromgenerator
Elektrische Generatoren wandeln kinetische Rotationsenergie in Elektrizität um, indem sie einen Magneten drehen, der als Rotor bezeichnet wird. Der Rotor dreht sich um feste Spulen, die ein sich änderndes Magnetfeld erzeugen, das einen elektrischen Strom induziert.
Je nach Konfiguration kann der Stromgenerator Gleichstrom, Wechselstrom oder dreiphasig sein.
Elektromotor
Der Elektromotor arbeitet umgekehrt als Generator. In einem Elektromotor wird ein Elektromagnet mit Strom beaufschlagt, der ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Feld interagiert mit dem Rotormagneten, wodurch dieser rotiert.
Magnetbremse
Eine Magnetbremse funktioniert, indem ein Elektromagnet mit einer Metallscheibe verbunden wird.
Um die Bremse zu aktivieren, zirkulieren wir einen Strom durch den Elektromagneten und aktivieren ihn. Der elektrische Strom erzeugt auf der Platte ein magnetisches Feld. Das Magnetfeld induziert nach dem Faradayschen Gesetz die sogenannten Wirbelströme.
Wirbelströme werden durch den Joule-Effekt beeinflusst und setzen Wärme frei, die Energie ist, die aus der kinetischen Energie der Scheibe stammt. Durch die Reduzierung der kinetischen Energie verlangsamt sich der Puck.
Induktionsherde
Ein Induktionsherd funktioniert auch nach dem Jouleschen Gesetz, das Wirbelströme erzeugt. Unter die Glaskeramikplatte wird ein Spiralmagnet gelegt. Das Aufsetzen eines Metallbehälters auf die Platte aktiviert den Magneten und induziert Wirbelströme und damit Wärme.
