2. Induktion
L 5
Induktionsfenomenet upptäcktes av Michael Faraday år 1831 och utgör grunden för vår moderna elproduktion ­ så gott som alla elproducerande kraftverk utnyttjar induktion.
2.1 Spole i föränderligt magnetfält
Då en spole utsätts för ett föränderligt magnetfält uppstår en spänning i spolen. Spänningen orsakar en ström i spolen. Detta är induktionsfenomenet. Strömmen som börjar gå i spolen orsakar ett magnetfält i spolen. En närmare granskning visar att riktningen på spolens egna magnetfält motverkar förändringen i det yttre fältet.
Om det yttre fältet försvagas, uppstår ett magnetfält som har samma riktning som det yttre fältet. Om det yttre fältet förstärks, uppstår ett magnetfält som har motsatt riktning mot det yttre fältet.
Fenomenet beskrivs av Lenz lag:
"Induktionsströmmen har en sådan riktning att magnetfältet den skapar motverkar förändringen i det magnetiska flödet som orsakade induktionsströmmen."
1
2.2 Rak ledare i magnetfält
L 5
För att få en kvantitativ beskrivning av induktionsfenomenet börjar vi med en lättare versionÍž en rak rörlig ledare i ett magnetfält.
Då ledaren rör på sig påverkas de fria elektronerna i ledaren av magnetfältet enligt FB = qvB. Kraftverkan orsakar en ansamling av elektroner i ena änden av ledaren. Eftersom det i ena änden finns ett överskott och i andra änden ett underskott av elektroner, bildas ett elfält mellan ledarens ändor.
En laddning i ett elfält påverkas av en elektisk kraft enligt FE = qE, där E är fältstyrkan. Riktningen på kraften är motsatt mot den magnetiska kraften.
Ju fler elektroner som samlas, desto starkare blir elfältet, och därmed kraften på elektronerna. Till slut är krafterna lika stora och elektronerna slutar röra sig. Vi kan skriva jämviktsvillkoret:
Den inducerade spänningen i ledaren är alltså
Om ledaren inte är vinkelrät mot fältet, eller rör sig snett i fältet, måste vi använda ledarens vinkelräta längd i fältet:
2
Ex. 7
L 5
Ett flygplan som flyger vågrätt har en hastighet på 175 m/s. Jordens magnetfält har den magnetiska flödestätheten 30 μT och det bildar en 25 graders vinkel med vertikalplanet. Avståndet mellan vingspetsarna är 35 m. Rita en figur över situationen och beräkna den inducerade spänningen över vingspetsarna. 3
2.3 Ledningsslinga i magnetfält
L 6
Beskrivningen av induktion för en slinga kräver att vi först definierar magnetiskt flöde.
2.3.1 Magnetflödet Φ
Φ betecknar det magnetiska flödet, och är ett mått på hur många fältlinjer som går genom en viss area A. Ju större fältstyrka B desto tätare är fältlinjerna bredvid varandra, så flödet beror både på arean A och flödestätheten B. Om fältlinjerna skär A vinkelrätt gäller att flödet är:
Om ytans normal är i en vinkel α mot fältet är flödet beroende av vinkeln:
A cos α motsvarar ytans vinkelräta projektion på magnetfältet, dvs. storleken på den yta som är vinkelrät mot fältet. Med andra ord, då vinkeln mellan ytnormalen och magnetfältet är noll, är ytan vinkelrät mot fältet och vi har igen Φ = BA. Då ytnormalen är vinkelrätt mot fältlinjerna är ytan parallell med fältet och flödet genom ytan är noll.
4
L 6
Ex. 8
Hur stort är det magnetiska flödet genom ytan?
Läs sid. x­x
Besvara uppgifter: 2­16, 2­17, 2­18, 2­23
5
