Elektromagnetická indukce a magnetický tok

Elektromagnetická indukce je děj, při které se změnou magnetického pole v uzavřené smyčce vytváří napětí. Díky tomuto principu fungují generátory v elektrárnách a jsme schopni vyrábět elektřinu ve velkém. 

Magnetický tok

Nejdříve ale potřebujeme začít magnetickým tokem. Magnetický tok Φ je množství vektoru magnetické indukce B, které proteče plochou. Jednotkou magnetického toku je Weber [Wb]. Na elementární ploše dS můžeme tento tok vypočítat jako

Magnetický tok na nekonečně malé ploše

Velikost toku přes celou plochu vypočítáme u situací, kdy vektor indukce a normálový vektor plochy svírají konstantní úhel α jako

Magnetický tok na ploše s konstantním úhlem magnetické indukce

Výpočet indukovaného napětí

Generátory v elektrárnách fungují na tom principu, že zdroj magnetického pole je připevněn na hřídeli, kterou otáčí turbína. Kolem hřídele je namotána spousta cívek, ve kterých se změnou magnetického pole indukuje napětí. Jak se tedy vypočítá indukované napětí?

Na to nám odpoví Faradayův zákon elektromagnetické indukce. Říká, že indukované napětí  v uzavřené smyčce se rovná záporně vzaté změně magnetického toku v čase. 

Faradayův zákon elektromagnetické indukce

Když to pojmu prakticky, tak při pohledu na vzorec pro magnetický tok vidím, že jsou tři základní způsoby jak vzniká indukované napětí. Změnou velikosti vektoru magnetické indukce, změnou velikosti plochy smyčky, nebo změnou natočení plochy vůči magnetickému poli.

Čím rychleji tuto změnu provádím, tím větší indukované napětí je. Ve videu si dáme dva příklady na pravoúhlou smyčku a rotující půlkruhovou smyčku.

Lenzův zákon

Lenzův zákon odpovídá na to, co dělá znaménko minus ve vztahu na indukované napětí. Pokud je smyčka vodivá, tak se vznikajícím napětím se indukuje i proud. Lenzův zákon nám tedy určuje, jaký směr bude mít indukovaný proud. Zní takto:

Indukovaný proud má takový směr, který brání změně magnetického pole, která jej vyvolala.“

Prakticky pak používáme pravidlo pravé ruky tak, aby indukovaný proud vyvolával své vlastní magnetické pole, které míří proti původní změně.