ファラデーの法則

ファラデーの法則は、誘導起電力の強さを知らせる物理法則です。電磁誘導の法則またはファラデー・ノイマン・レンツの法則とも呼ばれるこの法則は、化学者で物理学者のマイケル・ファラデーによって初めて観察され、誘導起電力の強さは表面を通る磁束の変化率によって与えられると述べています。。

ファラデーの法則の概要

ファラデーの法則は、誘導起電力の強さを知らせる物理法則です。
それに基づいて、磁束の変化と時間の変化の比によって与えられる誘導起電力を計算することができます。
磁束は、表面を通過する磁場の強度と方向、およびその表面の寸法によって異なります。
レンツの法則は、磁束に変化があるときの誘導電流の方向を説明します。
ファラデーの法則は、電磁誘導現象を利用するあらゆる電子機器に利用されています。
彼女は現代物理学の発展に貢献しました。

ファラデーの法則は何と言っていますか?

電磁誘導の法則またはファラデー・ノイマン・レンツの法則とも呼ばれるファラデーの法則は、次のように述べられています。

「導電ループ内に誘導される起電力の大きさは、ループを通過する磁束の時間変化率に等しい。」 ^{| 1 |}

これに基づいて、この法則は、ターン、コイル、またはソレノイドに誘導される起電力は、磁束の変化がある限りいつでも発生するため、必要なときにいつでも計算または生成することができると結論付けます。。したがって、起電力は磁束の変化に直接比例し、時間の変化に間接的に比例します。つまり、磁束が大きいほど起電力も大きくなります。同様に、時間が短いほど誘導起電力は大きくなります。

ファラデーの法則は、1831 年に化学者で物理学者のマイケル・ファラデー (1791-1867)によって観察され、科学者フランツ・エルンスト・ノイマン (1798-1895) によって定式化されたため、当初はファラデー・ノイマンの法則として知られていました。

ファラデーは、磁場が誘導電気と呼ばれる電流を生成できる電場を生成できることを観察し、磁場の研究と電場の研究の相互接続に貢献したため、物理学の最大のマイルストーンの 1 つと考えられています。電流（または単なる誘導電流）。

ファラデーの法則の公式

\(\varepsilon=-\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\)

ε → 誘導起電力、ボルト [ V ] で測定。
Δ ϕ → 磁束変化。ウェーバー [ Wb ] または [ T ∙ m ] で測定されます。
Δ t → 秒 [ s ] で測定される時間変化。

Nターンのコイルに誘導される起電力は次の式で与えられます。

\(\varepsilon=-N\cdot\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\)

ε → 誘導起電力、ボルト [ V ] で測定。
N → ターン数。
Δ ϕ → 磁束変化。ウェーバー [ Wb ] または [ T ∙ m ] で測定されます。
Δ t → 秒 [ s ] で測定される時間変化。

磁束

磁束は、表面 (コイル、ターン、ソレノイドなど) を通過する磁場の強度、その表面の面積、および磁場の方向に応じて変化するスカラー物理量です。サーフェスの平面に対する法線 (サーフェスに垂直な想像線)。磁束は次の式を使用して計算されます。

\(\phi=B\cdot A\cdot\cos{\theta}\)

ϕ → ウェーバー [ Wb ] または [ T ∙ m ² ] で測定される磁束、または磁界束。
B → 磁場、テスラ[ T ] で測定。
A → 表面積、平方メートル [ m ² ] で測定
θ → 表面の法線と磁場ベクトルの間の角度 (度 [°] で測定)。

磁束は、磁場の向きが法線と同じである場合に最大となり、磁場の向きが法線に対して垂直である場合には値がゼロになります。さらに、磁束の変化により誘導起電力が発生し、誘導電流（または単に誘導電流）が発生します。

こちらもご覧ください：誘導電流の計算方法は？

ファラデーの法則とレンツの法則

物理学者のハインリヒレンツ (1804-1865) によって定式化されたレンツの法則は、誘導電流、およびその結果としての誘導起電力が、それらを生成する磁束の変化に対抗することを述べています。

レンツは、磁石を表面 (コイル、ターン、ソレノイド) の近くに静止させたとき、磁束が変化しないため、誘導起電力が現れないことを観察して、この結論に達しました。磁石を表面に近づけたり、表面から遠ざけたりすると、磁束に変化が生じ、その結果、磁石の表面への接近または距離に応じて方向が変わる誘導起電力と誘導電流が発生しました。。

これを考慮して、誘導起電力が磁束の変化に対抗することを示すマイナス記号を含めて、ファラデー・ノイマンの法則の式を変更する必要がありました。

ファラデーの法則の応用

ファラデーの法則は、電気モーター、電気エネルギーを生成するコイル、誘導炉、変圧器、発電機、水力発電所、風力発電所など、電磁誘導現象を利用するすべての電子機器に適用されます。さらに、ラジオ、電話、相対性理論、さらには量子力学の発展も可能にしました。