Ligji i Faradeit

Ligji i induksionit i Faradeit është një ligj themelor i elektromagnetizmit, i cili spjegon punën e transformatoreve, induktorëve, dhe llojeve tjera të gjeneratorëve elektrik. Ligji pohon seShikoni, për shembull, : Forca elektromotore e induktuar (shkurt FEM) në një qark të mbyllur është e barabarte me derivatin fluksit magnetik përmes qarkut në lidhje me kohën.

Ligji u zbulua nga majkell Faradeit në vitin 1831 dhe në mënyre të pavarur në të njeten kohë nga Jozef Henri.

Në mënyre kuantitative, ligji shprehet me formulën e mëposhtme :

.

ku

 është forca electromotore (FEM) në Volt;
 është fluksi magnetik përmes qarkut (në Weber).

Drejtimi i forcës elektromotore (shenja negative në formulën e mëlartme) jepet nga Ligji i Lencit.  Kuptimi i "fluksit përmes qarkut" shpjegohet me më hollësi në shembullin e mëposhtëm.

Tradicionalisht, njihen dy rruge për ndryshimin e fluksit përmes qarkut.  Në rastin e FEM të transformatorit ideja është ndryshimi i vete fushës, duke ndryshuar korrentin që i jep origjinën fushës (si tek transformatori), ose duke lëvizur një magnet në mënyre relative me një unaze teli përcjellës.  Në rastin e FEM lëvizëse, ideja është që të lëvizim një pjesë ose të gjithë qarkun përmes një fushë magnetikë, për shembull, si tek një gjenerator homopolar.


Terminologjia
Fenomeni i induksionit elektromagnetik, i cili tregon lidhjen e forcës elektromotore me fluksin magnetik të një qarku, nuk duhet të ngatërrohet me metodën e induksionin elektrostatik që përdoret për të ngarkuar elektrikisht një trup nga një trup që është i ngarkuar.

Ekuacioni i Maksuell-Faradeit

Fluksi përmes një sipërfaqeje dhe FEM rreth një unaze


Ligji i induksionit i Faradeit përdor fluksin magnetik ΦB përmes një sipërfaqeje Σ, të përcaktuar nga një integral mbi një sipërfaqe :

ku dA ështe elementi i zonës sipërfaqësore të sipërfaqes lëvizëse Σ(t),
B është fusha magnetike dhe
B•dA është nje produkti i brendshëm midis dy vektorëve.  (Shikoni Figurën 1).

Për më shumë detaje, referojuni integralit sipërfaqësore dhe fluksit magnetik.  Sipërfaqja merret siku të ketë një "vrime" të përcaktuar nga kurba e mbyllur e dhëne nga ∂Σ(t).  (Shikoni Figurën 2).

Kur fluksi ndryshon, ligji i induksionit i Faradeit pohon se puna    e bërë (për njësi ngarkese) në lëvizjen e një ngarkese prove rreth një kurbë të mbyllur ∂Σ(t), e quajtur forca elektromotore (FEM), jepet nga :

ku :

 është forca elektromotore (fem) në Volt
 është fluksi magnetik në Weber. Drejtimi i forcës elektromotore (shenja negative në formulën e mëlartme) jepet nga ligji i Lencit.

Për një solenoid, me N unaza identike, seicila më të njejten ΦB, ligji i induksionit i Faradeit pohon se :

ku:

N është numri i kthesave të telit;
 është fluksi magnetik në Weber përmes një unaze të vetme.

 Shembull: Fusha e induksionit magnetik B që ndryshon në hapësire 

[[Image:Right-hand rule.PNG|thumb|250px|Figura 3: Një unazë teli katrore që lëviz përgjatë boshtit - x me shpejtësi v në fushën magnetike B''' e cila ndryshon në varësi të pozicionit x.]]

Konsideroni rastin në Figurën 3 të një unazë katrore prej teli në planin - xy e cila kryen lëvizje translative në drejtimin x me shpejtësi v.  Pra, qendra e unazës tek xC plotëson kushtin v = dxC / dt.  Unaza ka gjatësi ℓ në drejtimin - y dhe gjerësi w në drejtimin - x.  Një fushë magnetikë e pavarur nga koha por me varësi pozicioni B (x) është e drejtuar në drejtimin z.  Fusha magnetikë në anën e majte është B (xC − w / 2), dhe ne të djathtën është B (xC + w / 2).  Forca elektromotore gjendet duke zbatuar ligjin e Faradeit të dhëne me lart.

Metoda e ligjit te forcës se Lorencit

Metoda e ligjit te Faradeit

 Shembull: Unaze në lëvizje në një fushë-B uniformë 
Metoda e ligjit të forcës së Lorencit
Metoda e ligjit të Faradeit

Llogaritja direkte e ndryshimit te fluksit
Ekuacioni i Maksuell-Faradeit

Shembull: pikëpamja e vëzhguesit në lëvizje

Versioni i ligjit te forcës se Lorencit

Ligji i induksionit i Faradeit

Ligji i Faradeit si dy fenomene të ndryshme

 Historia 

Gjeneratori elektrik
Gjeneratorët elektrikë janë paisje në të cilët paraqiten forca të jashtme të cilat veprojnë në ngarkesat elektrike me tendencë që ato me emër të kundërt të ndahen, që është veprim i kundërt me atë të forcave të fushës elektrike, të cilat tentojnë që ngarkesat e emrave të kundërt t'i bashkojnë.

Aftësia e gjeneratorit për ndarjen e ngarkesave mund të dallohet me punën e forcave të jashtme gjatë ndarjes së njësisë së ngarkesës.Kjo konsiderohet si madhësi karakteristeike e gjeneratorit, dhe quhët forcë elektrolevizore(forcë elektromotore) e gjeneratorit.
Motori elektrik

Transformatori elektrik

Metri i rrjedhës magnetikë

Rasti i një përcjellësi në prehje
Forca elektromotore e induktuar në një përcjellës jepet nga  .  Nga ana tjetër lidhja e induksionit të fushës magnetikë me fluksin magnetik jepet nga .  Tani nga rezultatet eksperimentale dihet se lidhja e fem me fluksin e fushës magnetike jepet nga .  Duke zëvendësuar forcën elektromotore dhe fluksin e fushës magnetikë në formulën e fundit arrimë në përfundimin së  .  Ky është ligji i Faradeit për një përcjellës stacionar në një fushë magnetikë që ka varësi në kohë.  Forma e mësipërme është forma integrale e ligjit të Faradeit.  Për të marrë formën diferenciale të ligjit duket të zbatojmë teoremën e Stouks në anën e majte të relacionit të mësipërm.  Në këtë mënyre në arrijmë që të kthejmë një integral konturi rreth një trajektoreje të mbyllur në një integral mbi një sipërfaqe.  Duhet theksuar se normalja mbi sipërfaqen përcaktohet nga drejtimi i konturit.  Ligji i Faradeit në formë diferenciale jepet nga .  Kjo formë e ligjit të induksionit është e sakte për rastin e një  pikë stacionare në një medium që është në prehje.  Forma e mësipërme e ligjit të Faradeit është një nga kater ekuacionet e Maksuellit për një përcjellës në prehje.

Duhet theksuar se ky relacion tregon se fusha e induktuar e intensitetit elektrik ne këtë rast nuk është konservative.  Për rastin e një fushë magnetostatike relacioni i mësipërme tregon se rrotacioni i fushës së intensiteti elektrik është zero. Nje aplikim imediat i këtij ligji është rasti i transformatorit elektrik ku forca elektromotore jepet nga

 .

Rasti i një përcjellësi në lëvizje
Kur një përcjellës i mbyllur lëviz në një fushë magnetikë forca e induktuar elektromotore jepet nga shuma e fem lëvizëse plus fem stacionare (e cila është e njëjte me fem të transformatorit).

Shikoni gjithashtu
Ekuacionet e Maksuellit

 Referime 

Lexime të mëtejshme
Nje diskutim  qarte i përdorimeve të ndryshme për termin Ligji i Faradeit'' gjendet tek Tankersley and Mosca: Introducing Faraday's law

Lidhje te jashtme
  A simple interactive Java tutorial on electromagnetic induction National High Magnetic Field Laboratory
 R. Vega Induction: Faraday's law and Lenz's law - Highly animated lecture
Notes from Physics and Astronomy HyperPhysics at Georgia State University; see also home page

Kategoria:Elektrodinamikë
Kategoria:Koncepte fizike themelore
Kategoria:Fizikë
Kategoria:Michael Faraday

de:Elektromagnetische Induktion#Induktionsgesetz in Integralform
en:Electromagnetic induction