חוק פאראדיי

חוק פאראדיי קובע שהשתנות בזמן של השטף המגנטי דרך שטח שתוחם תיל מוליך סגור גורמת להשראת מתח חשמלי. מתח זה נקרא כוח אלקטרו-מניע (כא"מ). החוק נוסח על ידי מייקל פאראדיי ב-1831 בעקבות ניסויים בחשמל ובמגנטיות. זהו חוק בסיסי בתורת האלקטרומגנטיות ומשולב באחת מארבע משוואות מקסוול.

חוק פאראדיי מסביר את פעולת גנרטור ומנוע חשמלי. גנרטור מייצר מתח על ידי סיבוב סליל מוליך סביב מגנט, וכך מייצרים אנרגיה חשמלית. מנוע חשמלי עובד הפוך: הוא משתמש במתח חשמלי כדי ליצור תנועה.

הניסוח המתמטי של החוק מקושר לאינטגרלים ולמשפט סטוקס (כלים באנליזה וקטורית). במילים פשוטות, הכא"מ שווה לשיעור השינוי בזמן של השטף המגנטי דרך המשטח שתוחם המסלול. השטף המגנטי (Φ_B) הוא מדד לכמות השדה המגנטי שעוברת דרך שטח; בשדה אחיד דרך משטח מישורי הוא שווה לסכום המשטח כפול עוצבת השדה וכפול הקוסינוס של הזווית בין השדה לנורמל למשטח.

חוק לנץ קובע את כיוון הזרם המושרה. הזרם תמיד יפעל נגד הסיבה לשינוי בשטף המגנטי. כלומר, הזרם ייצר שדה מגנטי המנסה להקטין את השינוי בשטף. זה מונע יצירת אנרגיה יש מאין ולחץ על שימור האנרגיה.

שקול מסגרת מוליכה עם מוט החופשי לנוע, כאשר יש שדה מגנטי קבוע ניצב למסגרת. אם המוט נע החוצה, השטח של המסגרת גדל, ולכן השטף המגנטי עולה. על פי פאראדיי נוצר כא"מ פרופורציוני לשיעור השינוי של השטף. לפי חוק לנץ הזרם המושרה בכיוון שגורם לכוח שמאט את המוט, כלומר נגד כיוון התנועה. בדוגמה זו הכא"מ שווה בערך ל- B·l·v והכוח על המוט מושך אותו לאחור.

חוק פאראדיי אומר: אם הכמות של השדה המגנטי שעוברת דרך טבעת משתנה, נוצר מתח חשמלי בטבעת. מתח זה דוחף את האלקטרונים ויוצר זרם.

מוליך הוא חומר שמעביר חשמל. שדה מגנטי הוא הכוח סביב מגנט. פאראדיי גילה את החוק הזה במאה ה-19.

גנרטור עושה חשמל על ידי סיבוב סליל ליד מגנט. מנוע עושה את ההפך, הוא משתמש בחשמל כדי להזיז דברים.

אפשר לחשוב על 'שטף מגנטי' ככמה שדה מגנטי עובר דרך שטח. כשהשטח או השדה משתנים, נוצר מתח.

חוק לנץ אומר: הזרם שנוצר תמיד ינסה לעצור את השינוי שגרם לו. לכן הזרם פועל נגד השינוי.

דמיינו מסגרת מתכת עם מוט שיכול לזוז. אם המוט זז והשטח גדל, נוצר זרם. הזרם יגרום לכוח שמאט את המוט. כך המערכת מנסה למנוע שינוי גדול.