Закон на Фарадей за генериране на електричество

Вече разгледахме закона на Фарадей с някои подробности. Той ни показа, че ако имаме затворен проводящ контур и имаме промяна в магнитното поле през времето през повърхността, ограничена от този контур, това ще индуцира електродвижеща сила (EMF) през тази верига, поради което ще започне протичане на ток през този контур. Този ток, разбира се, ще зависи от реалното съпротивление на проводника. И има много начини, по които вече сме виждали, че може да има промяна в магнитния поток. Първо, може да имаш промяна в магнитното поле. Това може да е промяна в големината му и/или в ориентацията му. Може да имаш промяна във формата на проводящия контур. Ако площта се увеличи или намалее, това ще промени потока. Помни, потокът е просто – компонентата на магнитното поле, която е перпендикулярна на повърхността. Ако вземеш средната стойност на това по площта на повърхността. И, после, другият начин, който ще изучаваме в това видео, е индуциране на електродвижеща сила чрез променяне не на формата на контура и не на магнитното поле, а чрез променяне на ориентацията на контура. И по-точно контурът ще се върти. Нека помислим за това. Тук имам този контур. Свързан е с тази ос и ще го завъртя в посока по часовниковата стрелка през това постоянно магнитно поле. Можеш да видиш, че е постоянно. Всички вектори на магнитното поле, просто ги избрах в различни точки от полето. Те сочат право нагоре и съм ги начертал така, че да имат една и съща дължина. Сега ще видим, че докато въртим това, ъгълът между магнитното поле и повърхността се променя и от тази точка, докато въртим в тази посока по часовниковата стрелка, компонентата на магнитното поле, която е перпендикулярна на повърхността, ще се увеличи. За какво говоря? Нека го разгледаме от тази гледна точка. Нека го разгледаме от гледната точка на самия проводящ контур, от тази гледна точка магнитното поле е под някакъв ъгъл. Мога да начертая този ъгъл, какъвто и да е този ъгъл тук, малко е трудно да се види, какъвто и да е този ъгъл тук, можем да кажем, че е този ъгъл тук и да кажем, че докато въртим целия контур, това е прикрепено към някакъв вид ос тук, в посока по часовниковата стрелка, какво ще се случи с този ъгъл? След, да кажем, делта t, да кажем, че въртим с постоянна скорост, ще имаме магнитното... след като сме въртели с малко, векторът на магнитното поле ще изглежда ето така. Това е компонентата, която е перпендикулярна на повърхността – тя ни интересува при потока – това ще се промени от изглеждащо така до изглеждащо ето така. Поне за тази точка на въртене, за тази точка на въртене, докато стигнем до плоската точка, докато контурът стане напълно плосък, компонентата на магнитното поле, която е перпендикулярна, ще се увеличи, така че през това време ще имаме увеличение в потока. Ако имаме увеличение на потока през това време, докато въртим нагоре, поне докато стигнем до тази равна точка, какво ще се случи? Ще индуцираме ток и после просто трябва да определим каква е ориентацията на тока. Искаме да имаме ток, който ще индуцира магнитно поле, което ще бъде срещу промяната в потока, така че токът трябва да индуцира магнитно поле, което е... ако нашият поток, поне за тази част от въртенето, се увеличава в посока нагоре, ако сме от гледна точка на тази верига, тогава трябва да създадем магнитно поле, което действа срещу това. Магнитното поле, което е обратно на това. Или трябва... ще индуцираме ток, който индуцира магнитно поле, което действа срещу тази промяна в потока. Какъв вид ток ще индуцира такова магнитно поле? Ще използвам правилото за дясната ръка, пръстите ми преминават в посоката на линиите на магнитното поле, пръстите ми – и ще трябва да използвам дясната си ръка – пръстите ми ще сочат в тази посока, палецът ми ще сочи в тази посока. Това ще е посоката на тока, който е индуциран. Цялата причина да ти показвам това е, че има множество начини да имаме промяна в магнитното поле и има множество начини да индуцираме ток. И това е особено интересно, понеже ти позволява – или можем да започнем да мислим, че мога да превърна едно механично въртене в индуциран ток и това е основен принцип – въпреки че те не могат да използват такъв прост контур – именно на този принцип работят генераторите на електричество. Те са, в определен смисъл, обратното на един електрически мотор. В един електрически мотор има ток, който кара нещо да се върти. Тук нещо се върти, което води до образуване на ток, и това всъщност се случва, когато разгледаш неща като вятърни мелници или хидроелектрически генератори. Тук при тази вятърна мелница вятърът ще накара тези перки да се въртят, а вътре в това малко място тук ще имаш по-сложна версия на контура, която се върти, и това ще индуцира ток. Магнитното поле няма да е точно така. То ще има по-сложен механизъм, но основният принцип е същият. Това е просто законът на Фарадей. Същото нещо важи при хидроелектрическия генератор – използваш потенциалната енергия на течащата вода, за да завъртиш една ос, а после това ти помага да генерираш електричество чрез точно същия принцип.