Elektromágneses indukció Ha egy vezető úgy mozog valamely mágneses mezőhöz viszonyítva, hogy metszi annak indukcióvonalait, akkor a vezető végei között elektromos feszültség, zárt vezetőkör esetén pedig elektromos áram jön létre. A keletkezett feszültséget indukált feszültségnek, az áramot indukált áramnak nevezzük. 13

Elektromágneses indukció Az indukált feszültség egyenesen arányos a mágneses indukcióval (B), a vezető hosszával (l), a mozgás sebességével (v). Ha B, l és v egymásra merőleges helyzetűek, az indukált feszültség nagysága: U = B⋅l⋅v Az indukált feszültség nagysága egyenlő a vezető által körülzárt fluxus időegységre eső megváltozásával: 14

A vezetéket 62,5 m/s sebességgel kell mozgatni. Feladat Mekkora sebességgel kell mozgatnunk egy 30 cm hosszú vezetőt a 8⋅10−2 T indukciójú homogén mágneses mezőben, hogy a vezető végei között 1,5 V feszültség indukálódjon, ha a sebesség merőleges a mágneses indukcióra? Képlet: Adatok: Számolás: Válasz: A vezetéket 62,5 m/s sebességgel kell mozgatni.

Az indukció alkalmazása A mozgási elektromágneses indukció lehetőséget biztosít arra, hogy mechanikai energia befektetése árán elektromos mezőt, elektromos energiát hozzunk létre. Ezen az elven működnek az elektromos generátorok, amelyek a villamos energia ipari előállítására szolgálnak. Napjainkban nagy jelentősége van a mágneses információtárolásnak és -visszaadásnak (magnetofon, video, floppy).

Váltakozó áram előállítása Ha homogén mágneses mezőben egy vezetőkeretet, állandó szögsebességgel forgatunk, akkor feszültség indukálódik. Az indukált feszültség nagysága és iránya periodikusan változik. A feszültség és az áramerősség az idő szinuszos függvénye: ahol  a forgó keret szögsebessége, a váltakozó áram körfrekvenciája. 16

Effektív értékek ahol T a periódusidő, f a frekvencia. A váltakozó áram átlagos értékét effektív értéknek nevezzük. Az effektív érték annak az egyenáramnak felel meg, amely ugyanazon a fogyasztón ugyanannyi idő alatt ugyanannyi hőt fejleszt. A hálózati feszültség effektív értéke 230 V, frekvenciája 50 Hz.

Transzformátor A transzformátor áramátalakító berendezés. A közös vasmagon helyezkedik el a primer és a szekunder tekercs. A primer tekercsre kapcsolják az átalakítani kívánt váltakozó áramot. Ennek hatására a zárt vasmagban egy időben változó mágneses mező alakul ki. Ez indukál feszültséget a szekunder tekercsben. A szekunder és a primer oldalon mérhető feszültségek aránya megegyezik a menetszámok arányával.

Elektromos energia szállítása A transzformátor fontos szerepet tölt be a villamos energia gazdaságos szállításában. A nagy távolságok miatt jelentős lehet a távvezetékek R ellenállásán fellépő I2∙R teljesítményveszteség, amely a vezetékeket melegíti. Mivel a veszteség az áramerősség négyzetével arányos, az áramerősség csökkenése nagy megtakarításokat eredményezhet. 17

Gondolkodtató kérdések Kérdés: Lehet-e olyan tekercset készíteni, amelyben az áram nem hoz létre mágneses mezőt? Válasz: Igen, a bifiláris tekercselésnél. Itt olyan vezetékpárt tekercselünk, ahol a két vezetékében ellentétes irányú áram folyik. Így az ellentétes irányú áramok által keltett mezők kioltják egymás mágneses hatását.

Gondolkodtató kérdések Kérdés: Miért nem indukálódik áram a Föld mágneses mezőjében fekvő fémkarikában? Válasz: A föld mágneses mezőjének indukciója állandó. A nyugvó fémkarikában a mágneses fluxus nem változik, tehát nem indukálódik benne áram. Kérdés: Miért zárt a transzformátor vasmagja? Válasz: Az indukáló hatás növelése céljából. A tekercs áramai által keltett mágneses indukcióvonalak gyakorlatilag teljesen a vasmagban haladnak, így a „mágneses szórás” igen csekély.

Feladat Egy transzformátor primer tekercse 300, szekunder tekercse 20 menetes. A szekunder körben lévő zseblámpaizzón a feszültség 3,5 V, az áramerősség 0,2 A. Mennyi a teljesítményfelvétel? Mennyi a feszültség és az áramerősség a primer körben? Adatok: Képlet: Számolás: Válasz: A teljesítményfelvétel: 0,7 W; a primer feszültség: 52,5 V; a primer áramerősség: 13,3 mA.