Elektromagnetisk induksjon

Elektromagnetisk induksjon er å lage elektrisk spenning i en elektrisk krets ved å endre magnetfeltet omsluttet av kretsen eller ved å bevege kretsen i et magnetfelt. Elektromagnetisk induksjon binder dermed sammen elektrisitet og magnetisme og er svært viktig i forhold til anvendelser, f.eks. generatorerer, transformator og elektroniske komponenter. Prinsippet ble oppdaget av Michael Faraday i 1831.

Indusert spenning i en elektrisk leder med én vinding i et magnetfelt er gitt ved Faradays induksjonslov

$\backslash mathcal\{E\}\; =\; -\{\{d\backslash Phi\_B\}\; \backslash over\; dt\}$

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

Dette betyr i praksis at elektrisk spenning vil oppstå i en sluttet, elektrisk leder dersom den magnetiske fluksen gjennom lederen endres. Dette gjelder selv om selve magnetfeltets styrke endres, eller om selve lederen for eksempel roterer i magnetfeltet, og på den måten endrer den magnetiske fluksen gjennom lederen.

Induksjonsprinsippet ligger til grunn for de fleste elektriske apparater, og er også grunnen til at strøm kan produseres ved hjelp av generatorer.

Eksempel

En spole med én vindig og med radius 0,20 meter roterertt i et homogen magnetfelt med styrken 2,0 Teslaen. Spolen begynner å rotere i det arealvektor står 0° på feltlinjene, og dreies opp slik at arealvektoren står 90° på feltlinjene. Det vil si at spolen starer med å stå slik at arealvektoren er parallell med feltet og at den tiltes til den er vinkelrett på magnetfeltet, slik at ingen feltlinjer går gjennom spolen. Det tar 0,20 sekunder å rotere spolen.

Først må man regne ut endringen i den magnetiske fluksen gjennom spolen. Endringen i magnetisk fluks finnes ved å subtrahere fluks_etter fra fluks_før. Formelen for magnetisk fluks er

$\backslash \; \backslash Phi\; =\; AB\; \backslash cos\; \backslash theta$

hvor A er arealet av spolen, B er magnetfeltets styrke og $\backslash \; \backslash theta$ er vinkelen mellom arealvektoren og magnetfeltets feltlinjer.

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

Vi regner ut fluks_før:

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

Endring i fluks blir dermed 0,25 Wb.

Indusert spenning blir da

$\backslash mathcal\{E\}\; =\; -\{\{0,25~Wb\}\; \backslash over\; 0,20\; ~s\}\; =\; -2,5~\; V$

Det vil induseres en spenning på -2,5 Volt i spolen. Det negative fortegnet sier retningen til den induserte strømmen, se Lenz' lover. Hvis lederen er lukket vil det gå en strøm gjennom den og dette er også hvordan induksjon utnyttes i generator.