Przeczytaj
Warto przeczytać
Ponieważ chcemy posłużyć się analogią między SEM ogniwa i SEM indukcji, przypomnijmy:
SEM ogniwa zdefiniowana jest jako pracapraca źródła napięcia (ogniwa), wykonywana podczas przepływu jednostkowego ładunku przez ogniwo:
gdzie oznacza pracę źródła, czyli ogniwa. PracaPraca ta wykonywana jest kosztem energii chemicznej, zgromadzonej w ogniwie.
Spójrzmy na najprostszy obwód prądu stałego (Rys. 1.).
Przyjęto, że prąd elektryczny płynie przez opór od „+” do „-”. Tak skierowane jest pole elektryczne. Jest to więc ruch hipotetycznych ładunków dodatnich. W rzeczywistości poruszają się elektrony – w kierunku przeciwnym. Ładunki ujemne przepływając przez opornik tracą energię w zderzeniach z jonami sieci krystalicznej, co objawia się wzrostem temperatury opornika. Zwiększy się jego energia wewnętrzna, tak jakby dostarczono mu ciepło. Co jest źródłem tej energii? Przecież nie może powstawać z niczego.
Źródłem energii jest ogniwo. Wewnątrz ogniwa dodatnie ładunki przepływają przeciwnie niż skierowane jest pole elektryczne. Przecież ten ruch nie może odbywać się „samoczynnie”. To procesy chemiczne sprawiają, że ładunki elektryczne przenoszone są „pod prąd” od „-” do „+”, czyli od potencjału niższego do wyższego. Powoduje to wzrost energii elektrycznej ładunków. Ten przyrost energii jest następnie wydzielany w części zewnętrznej obwodu – w oporniku.
PracaAnalogicznie jest z prądem indukcyjnym. Bo przecież - jeśli płynie jakikolwiek prąd w obwodzie, to zawsze na oporze wydzielana jest energia w postaci ciepła. Skąd tym razem pochodzi ta energia? W samym obwodzie nie ma jej źródła. (Źródłem prądu indukcyjnego nie jest ogniwo.) Skoro tak, to energia pochodzi spoza obwodu. Widocznie podczas wzbudzania prądu indukcyjnego wykonywana jest pracapraca przez siłę zewnętrzną (spoza obwodu)! Ta praca siły zewnętrznej, powodująca przemieszczenie jednostkowego ładunku wzdłuż obwodu, definiuje siłę elektromotoryczną (SEM) indukcji. Zatem:
Jak widać, w definicji użyliśmy wartości bezwzględnej SEM indukcji. Dlatego, że SEM indukcji może być ujemna, zgodnie z konwencją, o której tutaj nie będziemy mówić. Z kolei praca sił zewnętrznych musi być zawsze, przy wytwarzaniu prądu, dodatnia.
Gdy przyjrzymy się bliżej zjawisku indukcji elektromagnetycznej, to zauważymy, że bezpośrednią przyczyną płynięcia prądu indukcyjnego jest działająca na ładunki siła magnetyczna bądź siła elektryczna. I dlatego można też wyrazić SEM indukcji jako:
lub
Zawsze jednak praca siły magnetycznej lub elektrycznej będzie równa pracy siły zewnętrznej wywołującej zjawisko indukcji.
Słowniczek
(ang.: work) zdefiniowana jest jako iloczyn wartości siły działającej na ciało, wartości przesunięcia ciała oraz cosinusa kąta pomiędzy wektorem siły i wektorem przesunięcia. Jednostka - 1 J (dżul).
(ang.: electromagnetic induction) wytwarzanie prądu indukcyjnego (SEM indukcji) w obwodzie zamkniętym, podczas zmiany strumienia pola magnetycznego przechodzącego przez ten obwód.
(ang.: magnetic flux) Strumieniem indukcji magnetycznej przez powierzchnię nazywamy iloczyn skalarny wektorów i . , gdzie .
Jednostka - 1 Wb (weber), 1 Wb = 1 T·mIndeks górny 22.
(ang.: Faraday's law of electromagnetic induction) Siła elektromotoryczna indukcji pojawiająca się w obwodzie zamkniętym równa jest szybkości zmian strumienia indukcji pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie. Prawo to można wyrazić wzorem
(ang.: Lenz's law) reguła pozwalająca łatwo wyznaczyć kierunek prądu indukcyjnego. Mówi ona, że prąd indukcyjny wzbudzony w przewodniku pod wpływem zmiennego strumienia indukcji magnetycznej ma zawsze taki kierunek, że pole magnetyczne wytworzone przez ten prąd indukcyjny przeciwdziała przyczynie (czyli zmianie strumienia pola magnetycznego), która go wywołała.