Llei de Faraday

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca
No s'ha de confondre amb Lleis de Faraday de l'electròlisi.

La llei de Faraday és una de les lleis fonamentals de l'electromagnetisme, una de les quatre equacions de Maxwell, també és coneguda com a llei de la inducció electromagnètica o llei de Faraday-Lenz, estableix que en un circuit tancat sotmès a l'acció d'un camp magnètic variable, s'hi indueix una força electromotriu (fem) proporcional a la derivada respecte al temps del flux magnètic que passa a través del circuit.[1] És a dir, Faraday va trobar que la fem induïda a un circuit tancat o espira és proporcional a la taxa de canvi del flux magnètic que passa a través de l'espira.[2]

En llenguatge més senzill, si movem un conductor, com un fil metàl·lic, al llarg d'un camp magnètic es produeix un voltatge. El voltatge resultant és directament proporcional a la velocitat del moviment: movent el conductor al doble de velocitat es produeix el doble de voltatge. El camp magnètic, la direcció del moviment i el voltatge formen angles de 90° entre ells. Sempre que el moviment generi voltatge, la regla de la mà dreta de Fleming descriurà les direccions del moviment, el camp i el corrent creat.

Aquesta llei es va obtenir experimentalment, es basa en les observacions experimentals que va fer Michael Faraday el 1831. L'efecte de la inducció també va ser descobert per Joseph Henry més o menys al mateix temps, però Faraday ho va publicar primer.[3] Els principis del funcionament dels alternadors, dinamos i transformadors són a la llei de Faraday.

El descobriment sencer de Faraday fou que es pot generar força electromotriu en un cable de tres maneres diferents, movent el cable, movent un imant a prop d'un cable o canviant el corrent a un altre cable proper.[4]

Equacions[modifica]

La relació entre la taxa de canvi del flux magnètic a través de la superfície S, tancada pel contorn C i el camp elèctric al llarg del contorn:

on

Les direccions dels contorn C i de són descrites per la regla de la mà dreta.

Representació d'un contorn C que defineix una superfície S travessada per les línies de camp magnètic que defineixen el flux magnètic B

De manera equivalent, la forma diferencial de la llei de Faraday, que s'obté a partir del teorema de Stokes és:

que és una de les equacions de Maxwell.

En el cas d'una bobina inductora a la qual el fil elèctric fa N voltes, la fórmula esdevé:

on

  • ε és la força electromotriu (fem) induïda
  • dΦ/dt és la taxa de canvi al llarg del temps del flux magnètic Φ.

El signe negatiu de la fórmula, la direcció de la força electromotriu, va ser introduït per la llei de Lenz i indica que és contrària a la causa que crea la fem.

Aquest principi és utilitzat per mesurar el flux de líquids i suspensions elèctricament conductores amb uns instruments anomenats mesuradors magnètics de flux. El voltatge induït U que es genera pel camp magnètic B degut a un líquid conductiu que es mou a velocitat v vindrà donat per:

on L és la distància entre les elèctrodes de l'aparell de mesura de flux.

La llei de Faraday fou la darrera que es va incorporar a les equacions de Maxwell unificant totes les lleis de l'electromagnetisme.

Vegeu també[modifica]

Referències[modifica]

  1. Gran Enciclopèdia Catalana (en català). Volum 10. Reimpressió d'octubre de 1992. Barcelona: Gran Enciclopèdia Catalana, 1992, p. 473. ISBN 84-7739-004-5. 
  2. Giancoli, 2015, p. 592.
  3. «Joseph Henry». Distinguished Members Gallery, National Academy of Sciences. [Consulta: 30 novembre 2006].
  4. Feynman, 2010, p. 16-5.

Bibliografia[modifica]

  • Giancoli, Douglas C. Physics: Principles with Applications (en anglès). Setena edició. Pearson Education Limited, 2015. ISBN 978-0-321-62592-2. 
  • Feynman, Richard P.; Leighton, Robert B.; Matthew, Sands. «16 Induced Currents». A: The Feynman Lectures on Physics (en anglès). Volum II: Mainly Electromagnetism and Mattert. Edició New Millennium. Basic Books, Perseus Books Group, 2010, p. 5-6. ISBN 978-0-465-02414-8.