Faraday yasası elektromanyetizma bir kapalı devre içinde bir elektrik akımı tetikleyip akı değişen bir manyetik alan oluşturur.

1831'de İngiliz fizikçi Michael Faraday, manyetik bir alan içinde hareket eden iletkenler ve ayrıca sabit iletkenlerden geçen çeşitli manyetik alanlar üzerinde deneyler yaptı.

Şekil 1. Faraday indüksiyon deneyi

Faraday, manyetik alan akışını zamanla değiştirirse, bu değişimle orantılı bir voltaj oluşturabildiğini fark etti. Ε voltaj veya indüklenen elektromotor kuvvet (indüklenen emf) ve Φ manyetik alan akısı ise, matematiksel olarak ifade edilebilir:

-ε- = ΔΦ / Δt

Δ sembolü miktarın değişimini ve emf'deki çubuklar bunun mutlak değerini gösterir. Kapalı devre olduğu için akım bir yönde veya diğer yönde akabilir.

Bir yüzeydeki bir manyetik alan tarafından üretilen manyetik akı, birkaç şekilde değişebilir, örneğin:

-Bir çubuk mıknatısı dairesel bir döngü boyunca hareket ettirmek.

-Döngü içinden geçen manyetik alanın yoğunluğunu arttırmak veya azaltmak.

-Alanı sabit bırakmak, ancak bazı mekanizmalar yoluyla döngü alanını değiştirmek.

-Önceki yöntemleri birleştirmek.

Şekil 2. İngiliz fizikçi Michael Faraday (1791-1867).

Formüller ve Birimler

Diyelim ki, Şekil 1'dekine eşit dairesel bir bobin veya sargı olarak ve manyetik alan B üreten bir mıknatısa sahip kapalı bir devre alanı A var .

Manyetik alan akısı Φ, A alanını geçen alan çizgilerinin sayısını ifade eden skaler bir miktardır. Şekil 1'de mıknatısın kuzey kutbundan ayrılan ve güneye dönen beyaz çizgilerdir.

Alanın yoğunluğu, birim alandaki çizgi sayısıyla orantılı olacaktır, bu nedenle kutuplarda çok yoğun olduğunu görebiliriz. Ancak, döngüde akı üretmeyen çok yoğun bir alana sahip olabiliriz, bunu, döngünün (veya mıknatısın) yönünü değiştirerek elde edebiliriz.

Yönlendirme faktörünü hesaba katmak için, manyetik alan akısı, B ile n arasındaki skaler ürün olarak tanımlanır; burada n, döngü yüzeyine birim normal vektördür ve yönünü gösterir:

Φ = B • n A = BA.cosθ

Θ, B ve n arasındaki açıdır . Örneğin, B ve n dikse, manyetik alan akısı sıfırdır, çünkü bu durumda alan, döngü düzlemine teğettir ve yüzeyinden geçemez.

Öte yandan, B ve n paralel ise, bu, alanın döngü düzlemine dik olduğu ve çizgilerin onu maksimumda kesiştiği anlamına gelir.

F için Uluslararası Sistem birimi, 1 W = 1 Tm ² (“metre kare başına tesla” okuyun ) olan weberdir (W ).

Lenz Yasası

Şekil 1'de mıknatıs hareket ettikçe voltajın polaritesinin değiştiğini görebiliriz. Polarite, indüklenen voltajın onu üreten değişime karşı çıkması gerektiğini belirten Lenz yasası ile belirlenir.

Örneğin, mıknatıs tarafından üretilen manyetik akı artarsa, iletkende kendi akısını oluşturarak dolaşan ve bu artışa karşı çıkan bir akım oluşur.

Aksine, mıknatıs tarafından yaratılan akı azalırsa, indüklenen akım, akının kendisi söz konusu azalmaya karşı koyacak şekilde dolaşır.

Bu fenomeni hesaba katmak için, Faraday yasasının başına bir eksi işareti eklenir ve artık mutlak değer çubuklarını yerleştirmek gerekli değildir:

ε = -ΔΦ / Δt

Bu Faraday-Lenz yasasıdır. Akış değişimi sonsuz küçükse, deltaların yerini diferansiyeller alır:

ε = -dΦ / dt

Yukarıdaki denklem bir döngü için geçerlidir. Ancak N dönüşlü bir bobinimiz varsa, sonuç çok daha iyidir, çünkü emf N ile çarpılır:

ε = - N (dΦ / dt)

Faraday deneyleri

Akımın ampulü yakması için mıknatıs ile döngü arasında göreceli hareket olması gerekir. Bu, akının değişebileceği yollardan biridir, çünkü bu şekilde döngüden geçen alanın yoğunluğu değişir.

Mıknatısın hareketi durur durmaz, mıknatıs döngünün ortasında kalsa bile ampul kapanır. Ampulü açan akımı dolaştırmak için gereken, alan akısının değişmesidir.

Manyetik alan zamanla değiştiğinde, bunu şu şekilde ifade edebiliriz:

B = B (t).

Döngünün A alanını sabit tutarak ve onu sabit bir açıyla sabit bırakarak, ki bu şekilde 0º, o zaman:

Şekil 4. Döngü bir mıknatısın kutupları arasında döndürülürse, sinüzoidal bir jeneratör elde edilir. Kaynak: F. Zapata.

Böylece, sinüzoidal bir jeneratör elde edilir ve tek bir bobin yerine bir dizi N bobin kullanılırsa, indüklenen emk daha büyüktür:

Şekil 5. Bu jeneratörde, bobin içindeki akımı indüklemek için mıknatıs döndürülür. Kaynak: Wikimedia Commons.

Referencias

1. Figueroa, D. 2005. Serie: Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 6. Electromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, A. 2010. Physics. Second Edition. McGraw Hill.
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed. Prentice Hall.
4. Resnick, R. 1999. Física. Vol. 2. 3ra Ed. en español. Compañía Editorial Continental S.A. de C.V.
5. Sears, Zemansky. 2016. University Physics with Modern Physics. 14th. Ed. Volume 2.