Indukcja elektromagnetyczna

Już bardzo dawno temu zauważono, że przedmioty wykonane z materiału, zwanego magnetytem, mają zadziwiającą właściwość — przyciągają przedmioty żelazne, a skoro tak, to znaczy, że działają na nie pewną siłą.

Mówimy, że wokół nich istnieje pole magnetyczne. Każdy magnes posiada dwa bieguny: północny (N) i południowy (S). Nie istnieje magnes o jednym biegunie! Rozpołowienie magnesu prowadzi zawsze do powstania dwóch magnesów, z różnoimennymi biegunami. Okazuje się, że nie tylko magnesy wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne. Powstaje ono również wokół przewodników, przez które płynie prąd. Zjawisko to zostało odkryte przez duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda w 1820 roku. Taki „sztuczny” magnes, otrzymany dzięki przepływowi prądu przez przewodnik, nazwano elektromagnesem.

Zastosowanie magnesów i elektromagnesów

Magnesy, dzięki swoim właściwościom przyciągania przedmiotów żelaznych, znalazły szerokie zastosowanie praktyczne. Używa się ich w zamkach magnetycznych, różnych uchwytach oraz tablicach. Własność (jaką wykazują zawieszone swobodnie magnesy) do ustawiania się w kierunku północ-południe, wykorzystano do sporządzania kompasów. Elektromagnesy używa się w dzwonkach, ogromnych dźwigach na składach złomu, silnikach elektrycznych, miernikach itp.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

Wiemy, że wokół przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny, powstaje pole magnetyczne. Angielski uczony, Michael Faraday zajmował się zjawiskiem „odwrotnym”, tj. badał, czy można uzyskać przepływ prądu w przewodniku, umieszczając go w polu magnetycznym. W roku 1831, po wielu próbach udało mu się „wyindukować” prąd elektryczny. Stwierdził, że przepływ prądu następuje wtedy, gdy spełniony jest jeden z warunków:

- przewodnik porusza się w polu magnetycznym tak, że podczas ruchu przecina linie tego pola albo

- przewodnik jest nieruchomy, ale porusza się magnes względem przewodnika albo

- przewodnik i magnes (zamiast magnesu można użyć elektromagnesu) są nieruchome, ale zmienia się pole magnetyczne objęte przez obwód (np. poprzez zmianę długości solenoidu, ruch rdzenia w elektromagnesie, czy zmianę prądu w elektromagnesie). Zjawisko to zostało nazwane indukcją elektromagnetyczną.

Indukcją elektromagnetyczną nazywamy zatem — z definicji — zjawisko powstawania w zamkniętym obwodzie prądu elektrycznego, gdy obwód ten znajdzie się w zmieniającym się polu magnetycznym.

Co z tego wynika?

Wnioski nasuwają się same — pojawienie się prądu indukcyjnego świadczy o tym, że powstaje pole elektryczne, zatem można stwierdzić, że zmieniające się pole magnetyczne powoduje powstanie pola elektrycznego. Kierunek prądu indukcyjnego wzbudzonego w obwodzie określa reguła Lenza.

Zastosowanie indukcji elektromagnetycznej

Pierwszym zastosowaniem zjawiska indukcji było wynalezienie generatora prądu (prądnicy) przez francuskiego mechanika Hipolita Pixii, już w 1832 roku. Prawdziwym przełomem w wytwarzaniu energii elektrycznej stał się jednak wynaleziony w 1866 roku przez Wernera von Siemensa generator dynamoelektryczny. O szybkości rozwoju zastosowań indukcji elektromagnetycznej świadczy fakt, że pierwsza elektrownia na świecie wytwarzająca prąd stały, została uruchomiona w Nowym Yorku już w 1882 roku. Prądnica zamienia energię mechaniczną na elektryczną. Do jej napędu można wykorzystać energię: potencjalną (spadającej wody), kinetyczną (wiatru) lub wewnętrzną (rozprężającej się gorącej pary wodnej — para wodna może być ogrzana przez spalanie węgla, gazu ziemnego lub przez ciepło wytworzone w reaktorach jądrowych). Więcej informacji znaleźć można na stronie www.fizyka.uniedu.pl. Zjawisko indukcji wykorzystano również w transformatorach, cewkach zapłonowych i piecach indukcyjnych.
 

Odkrycie elektryczności, a szczególnie sposobu przemiany energii mechanicznej w elektryczną, było wydarzeniem, które dla naszej cywilizacji można porównać z wynalezieniem sposobu wzniecania ognia, odkryciem koła, czy wynalezieniem druku.