Induktion
Startside
Op
Kemi
Eksamen
Links
Rappoter
V I P
Find

 

 

Induktion.

 

Induktion er det modsatte af elektromagnetisme, altså at frembringe elektricitet ved hjælp af magnetisme. Men princippet tog 10 år at udvikle (1831). Induktion blev opdaget af den engelske fysiker Mihael Faraday.

 

Faradays forsøg.

Frembringelse af elektricitet ved hjælpe af magnetisme kaldes induktion.

På den ene side af jernkernen anbringes en spole (primærspolen), der forbindes til en strømkilde via en kontakt, således at man kan tænde og slukke efter behag. På den anden side af jernkernen anbringes en anden spole (sekundærspolen), der tilsluttes et galvanometer, dvs. et milliamperemeter, der er indrette til at kunne måle særligt små strømstyrker.

Primær-kredsløbet, som indeholder strømkilden og den primære (=første) spole.

Sekundær-kredsløbet, som indeholder den sekundære (=anden) spole og galvanometer.

Når strømmen sluttes til primærkredsløbet, kommer der et kortvarigt udslag på galvanometeret, men et øjeblik efter vil viseren falde til ro igen. Afbryder man strømmen til primærkredsløbet, vil der igen komme et kortvarigt udslag på galvanometeret, men denne gang til modsatte side.

Strømmen i sekundærkredsløbet opstod, da primærspolen frembragte et magnetfelt.

 

Forklaring på Faradays forsøg.

Før man slutter strømmen til primærspolen, vil småmagneterne i jernekernen ligge hulter til bulter. Idet man slutter strømmen til primærspolen, vil småmagneterne i jernkernen begynde at dreje sig. Mens småmagneterne drejer sig, vil antallet af magnetiske feltlinier vokse, indtil alle småmagneterne er drejet, magnetfeltet er nu helt opbygget. Denne ændring af feltliniernes antal, frembringe er strøm. Strømmen har navnet induktion.

Afbryder man strømmen til primærspolen, vil det hele virke baglæns og give et udslag til den modsatte side end før.

 

  • Når antallet af magnetiske feltlinier i en spole ændres, frembringes der i spolen en elektrisk strøm en såkaldt induktionsstrøm.
  • Når antallet af magnetiske feltlinier i en spole ændres, induceres der i spolen en spænding, som er i stand til at drive en induktionsstrøm rundt i et kredsløb.

 

Michael Faraday - induktionsstrømmen opdager.

Der skulle gå 11 år fra Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen til opdagelsen af induktionsstrømmen blev gjort. Opdagelsen blev gjort af den engelske fysiker Michael Faraday (1791-1867) i året 1831. Da Faraday hørte om Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen, skrev han i sin notesbog: "Omsæt magnetisme til elektricitet!". Det var en spændende tanke for ham, at man måske kunne fremstille elektricitet ved hjælp af magnetisme, men hvordan det i praksis skulle lade sig gøre, vidste han ikke. Faraday viste, at en konstant elektrisk strøm kan frembringe et konstant magnetfelt i en elektromagnet, og hans første idé var, at det også måtte forholde sig omvendt. at et konstant magnetfelt kunne frembringe en konstant elektrisk strøm. For at eftervise denne teori fandt Faraday på utallige eksperimenter, fx anbragte han en magnet inden i en spole, og forbandt derefter spole med et galvanometer. Ifølge hans egen teori skulle magneten så frembringe en elektrisk strøm i spolen, men selv om han prøvede igen og igen skete der ingenting. I 1831 opdagede han imidlertid ved et tilfælde, at både når han satte magneten ned i spolen og når han tog den op igen, opstod der et kort øjeblik en strøm i spolen, Faraday blev forvirret over denne iagttagelse, for den stemte jo ikke med hans teori. For at efterprøve iagttagelsen lavede Faraday en elektromagnet ved at vikle to spoler op om en jernring. Den ene spole forbandt han til et galvanometeret. Da han forbandt den anden spolen til batteri, gav galvanometeret et kortvarigt udslag til den ene side, og da han afbrød strømmen, kom der igen et kortvarigt udslag på galvanometeret, denne gange til den anden side. Faraday forstod nu, at hans oprindelige teori var forkert, et konstant magnetfelt kan ikke frembringe en konstant elektrisk strøm. Derimod kan selve ændringen i magnetfeltet frembringe en elektrisk strøm af samme varighed som ændringen. Det var derfor, han ikke fik noget resultat, da han bragte en magnet i en spole og derefter forbandt spolen med et galvanometer. Bevægede han derimod magneten frem og tilbage i spole, fik han nu induceret en strøm. Den 24. november 1831 meddelte Faraday Royal Society, at magnetisme kunne producere elektricitet. Og allerede året efter havde den franske instrumentmager Pixii på grundlag af Faradays opdagelse konstrueret den første generator, hvori en bevægelig magnet producerede en vedvarende elektrisk strøm. Hermed havde menneskeheden fået en helt ny strømkilde, alle indtil da kendte strømkilder havde været kemiske, dvs. galvaniske elementer og batterier. Men i generatoren bliver bevægelses-energi omsat til elektrisk energi, der sker ved, at den mekaniske drevstrøm rundt i et kredsløb. Faraday blev rundt om i verden kendt som en meget dygtig forsker. Han fik tilbudt mange udmærkelser og stillinger. Men hans store beskedenhed gjorde, at han afslog mange tilbud, bla. formandskabet i Royal Society og en adelstitel.

 

Induktionsstrøm.

Faraday opdagede også, at man kan inducere en spænding i en spole blot ved at bevæge er permanentmagnet i spolen, når magneten bevæges, så bevæges magnetens feltlinier på samme måde, og derved ændres feltlinerne i spolen. Den inducerede spænding frembringer en elektrisk strøm, en induktionsstrøm.

 

Induktionsstrømmens styrke.

Jo større spændingen er, jo stærkere vil strømmen være. Induktionsstrømmen afhænger af, hvor stor en spænding der induceres i spolen, men hvad afhænger den inducerede spænding af.

Den inducerede spænding afhænger af tre ting:

  • Spolens vindingstal.
  • Hvor hurtigt magneten bevæges.
  • Magnetens styrke.

 

  • Jo flere vindinger spolen har, jo større bliver den inducerede spænding.
  • Jo hurtigere magneten bevæges (dvs. jo hurtigere feltlinieantallet ændres), jo større bliver den inducerede spænding.
  • Jo kraftigere magnet (dvs. jo større feltlinieantal, der skal ændres), jo større bliver den inducerede spænding.

 

Induktionsstrømmens retning.

Strømmens retning afhænger af, om der er en nord- eller sydpol, man bevæger ned i spolen.

Hvis man bevæger en stangmagnets nordpol ned i spolen, der er forbundet med et galvanometer, og lægger mærker til, til hvilken side nålen slår ud. Derefter sætter man et 1,5 V element i serie i kredsløbet på en sådan måde, at nålen slår ud til samme side som før. Den strøm, der nu går gennem kredsløbet, har sammen retning som den strøm, der blev induceret med magneten. Og da strømmen jo går fra plus til minus, kan man nu aflæse strømretningen på elements poler. Man kan altså finde induktionsstrømmens retning ved hjælp af et galvanometer og et element.

 

Induktionsstrømmens magnetfelt.

Samtidig med, at induktionsstrømmen vokser op som følge af et magnetfelt, der ændre sig, frembringer induktionsstrømmen selv et magnetfelt, der ændre sig.

 

Retningen af det magnetfelt, som induktionsstrømmen selv frembringer, kan man finde ved hjælpe af gribereglen, når man kender strømmens retning.

Gribereglen:

Grib med højre hånd om spolen, så fingerspidserne peger i strømmens retning.

Nordpolen vil da være tommelfingersiden.

Ved anvendelsen af gribereglen ser man:

Når stangmagnetens nordpol føres ned i spolen, vil induktiosstrømmen dannes et magnetfelt, der går mod stangmagnetens feltlinier. Når stangmagnetens nordpol fjernes fra spolen, vil induktionsstrømmen gå i den modsatte retning og derved danne et magnetfelt, der har samme retning som stangmagnetens feltlinier. Der er altså en sammenhængen mellem induktionsstrømmens retning og magnetens feltlinier. Denne regel er fremsat af den russiske fysiker Lenz (1804-1865), og kaldes Lenz’ regler.

Lenz’ regler for induktionsstrømmens retning.

Når antallet af magnetiske feltlinier i em spole vokser, frembringes i spolen en induktionsstrøm, der søger at modvirke de nytilkommende feltlinier ved at udsender feltlinier i modsat retning.

Når antallet af magnetiske feltlinier i en spole aftager, frembringes i spolen en induktionsstrøm, der søger at erstatte de forsvindende feltlinier ved at udsende feltlinier i samme retning.

 

Den inducerede spændings størrelse.

Den spænding der induceres i sekundærkredsen, når strømmen afbrydes, er større end de spænding der induceres, når strømmen sluttes.

Ifølge Ohms lov vokser strømstyrken i samme takt som spændingen, det er derfor, man ved forsøg kan opleve at få et overraskende stød, når man afbryder et kredsløb.

 

Induktion i hverdagen.

Det er menneskeheden selv der er skyld i at elektricitet er blevet uundværlig i vores hverdag. Induktion bruges i mange ting i hverdag, som fx. el-værkets generatorer, som driver næsten alle elektrisk apparater, radio, fjernsyn, telefon, båndoptagere, videoen, støvsuger, computere osv. Induktion bruges også i biler, knallerter og mortorcykler, i alle tre i tændspolen (kickstarteren).

 

Tændspole.

I et tændingssystem udnytter man, at der induceres en større spænding i sekundærkredsen, når man afbryder for primærkredsen, end når man slutter strømmen til primærkredsen. Kondensatoren forhindre, at gnisten dannes ved knikseren.

1