Mozgási elektromágneses indukció

Az energiahordozókban rejlő energia az esetek többségében mechanikai (mozgási, forgási) energiává alakítható. Az így nyert energia elektromos energiává alakítását teszi lehetővé a mozgási elektromágneses indukció.

Szükséges eszközök

• 2 db. Különböző erősségű mágnes patkó
• hosszabb, szigetelt rézvezeték
• Alapműszer

A kísérlet menete

Visszagondolva korábbi kísérletünkre – áramjárta vezető mágneses mezőben – felvetődik a kérdés: ha az elektromos és mágneses mező kölcsönhatása képen mechanikai energiát nyerünk, miért ne lehetne a mágneses mezőbe bevitt mechanikai energia árán elektromos energiát nyerni? Feltehetően ilyen gondolatok járhattak Faraday eszében is, amikor felismerte az elektromágneses indukciót.

Vegyünk egy mágnes patkót, egy igen érzékeny alapműszert és egy szál elég hosszú rézdrótot. A drótból és a műszerből hozzunk létre zárt vezetőkört. (Az alapműszer áramot mér, de ez az áram arányos a feszültséggel, mert közben a vezetőkör paraméterei nem változnak.) Két kézzel megfogva, helyezzük a drótot a mágnespatkó szárai közzé az indukcióvonalakra merőlegesen és mozgassuk, mind a drótra mind pedig az indukcióvonalakra merőlegesen. Ha elég érzékeny a műszer, akkor a mozgatás irányától függően, jobbra – balra kicsit kitér. Ez azonban nem mindig meggyőző.

Megnövelhető a mágneses mezőben levő drót hossza, ha két hurkot készítünk és így mozgatjuk a mágnes pólusai között, a hurkok számát növelve egyre nagyobb kitéréseket tapasztalunk a műszeren. (Ezért kellet a hosszú vezeték.)

Magyarázat

A vezetőben szabad töltéshordozók – elektronok – vannak. A vezető mozgatásakor a töltés is mozog. A mozgó töltésre ható Lorentz erő az elektronokat a vezető egyik vége felé tolja el. Így mágneses mezőben levő drót darab két vége közt feszültség jön létre. A zárt vezetőkörben folyó áramot, a mágneses mezőben mozgó drótdarabok két vége között létrejött feszültség hozza létre. Ez a feszültség csak addig van meg amíg a mozgás tart. Ezt a feszültséget indukált feszültségnek, az általa létesített áramot indukált áramnak nevezzük. A jelenséget mozgási elektromágneses indukciónak, vagy röviden mozgási indukciónak nevezzük.

Optimális számú hurkot mozgatva most már azt is vizsgálhatjuk, hogyan függ a létrejött feszültség a mozgatás sebességétől. Erősebb mágnes patkót alkalmazva, azt is megvizsgálhatjuk, hogyan függ az indukált feszültség a mágneses mező indukciójának erősségétől. A kísérlet tapasztalatait összegezve eljuthatunk az indukált feszültség nagyságát meghatározó összefüggéshez:

U = B l v

Természetesen a 4. korcsoportban ezt az eredményt az energia-megmaradás törvényéből kiindulva is levezethetjük.

Szükséges óvintézkedések

Ennél a kísérletnél különösebb óvintézkedésre nincs szükség.