Aruhan Elektromagnet dan Hukum Faraday

Apabila magnet digerakkan masuk ke dalam gegelung yang disambungkan kepada meter, jarum meter menyimpang. Jika magnet berhenti relatif terhadap gegelung, isyarat itu hilang walaupun medan magnet masih wujud. Pemerhatian ini menunjukkan bahawa perubahan fluks magnet, bukan sekadar kewujudan medan magnet, ialah perkara utama dalam aruhan elektromagnet.

Fluks magnet menggabungkan medan dan geometri

Fluks magnet menyatakan sejauh mana medan magnet menembusi sesuatu permukaan dengan mengambil kira kekuatan medan, luas dan orientasi permukaan. Bagi medan seragam dan permukaan rata, model ringkasnya ialah Φ = B × A cos θ, dengan θ ialah sudut antara medan magnet dengan garis normal pada permukaan.

Kadar perubahan fluks menentukan daya gerak elektrik teraruh

Hukum Faraday menyatakan bahawa daya gerak elektrik teraruh berkadar dengan kadar perubahan fluks magnet. Bagi gegelung dengan N lilitan, bentuk ringkasnya ialah ε = −N(dΦ/dt). Perubahan fluks yang lebih cepat atau bilangan lilitan yang lebih banyak boleh menghasilkan magnitud daya gerak elektrik yang lebih besar jika faktor lain sama.

Daya gerak elektrik boleh wujud walaupun litar terbuka dan tiada arus berterusan mengalir. Jika litar ditutup dan mempunyai rintangan terhingga, voltan teraruh boleh memacu arus. Magnitud arus kemudian bergantung juga pada rintangan serta sifat litar, bukan Hukum Faraday sahaja.

Tanda negatif membawa makna fizikal

Tanda negatif dalam Hukum Faraday berkaitan dengan Hukum Lenz: arah daya gerak elektrik teraruh menyebabkan kesan yang menentang perubahan fluks yang menghasilkannya. Tanda itu tidak bermaksud magnitud voltan mesti bernilai negatif. Arah ini selaras dengan pemuliharaan tenaga; menghasilkan arus melalui gerakan magnet memerlukan kerja.

Penjana elektrik dan pengubah menggunakan prinsip aruhan elektromagnet

Generator mengubah fluks melalui gegelung secara berterusan, misalnya dengan memutarkan gegelung dalam medan magnet, lalu menghasilkan daya gerak elektrik. Transformer pula menggunakan medan magnet yang berubah akibat arus yang berubah dalam satu gegelung untuk mengaruh daya gerak elektrik pada gegelung lain. Kedua-duanya bergantung pada perubahan fluks, bukan medan magnet statik semata-mata. Transformer ideal boleh menaikkan atau menurunkan voltan bergantung pada nisbah bilangan lilitan, tetapi tenaga sebenar tetap tertakluk pada kehilangan seperti pemanasan dan arus pusar.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?