Qanûna înduksiyonê ya Faraday (Faraday's law of induction)

In the field of electromagnetism, Faraday's law of induction elucidates the mechanism by which a fluctuating magnetic field generates an electric current within an electrical circuit. This phenomenon, termed electromagnetic induction, constitutes the foundational operational principle for devices such as transformers, inductors, and various categories of electric motors, generators, and solenoids.

Di warê elektromanyetîk de, Qanûna Biderxistinê ya Faraday rave dike ka çawa zeviyekî manyetîk ê guherbar dikare Herrikekî elektrîkî di Çerxekê de biderxîne. Ev Bûyer, ku wekî biderxistina elektromanyetîk tê zanîn, prensîba xebatê ya Bingehîn a transformator, înduktor, û gelek cûreyên motorên elektrîkî, jenerator û solenoidan e.

Di nav Wêjeya zanistî de, navê Qanûna Faraday bi gelemperî du prensîbên fîzîkî yên cuda lê bi hev ve girêdayî destnîşan dike. Ya yekem hevkêşeya Maxwell–Faraday ye, ku beşek ji hevkêşeyên Maxwell e, û dibêje ku zeviyekî manyetîk ê ku Guhertoyîya demkî derbas dike, her dem zeviyekî elektrîkî yê gerok ê pê re çêdike. Ev Qanûn bi rasterast bi zeviyan bi xwe ve girêdayî ye, û hewcedariya Çerxekî elektrîkî yê berbiçav ji holê radike.

Berovajî, prensîba duyem Qanûna herikîna Faraday ye, ku wekî Qanûna Faraday–Lenz jî tê zanîn. Ev Qanûn têkiliyekê di navbera hêza elektromotor (emf) a ku di nav Xelekekî Şefê Orkestrayê yê girtî de çêdibe û rêjeya guhertina demkî ya herikîna manyetîk a ku di wê Xelekê re derbas dibe de saz dike. Ev Qanûna herikînê du mekanîzmayên Bingehîn ji bo Nifşa emf diyar dike. Di rewşa emf ya transformatorê de, zeviyekî manyetîk ê bi demê ve girêdayî zeviyekî elektrîkî biderdixe, ku bi hevkêşeya Maxwell–Faraday re hevaheng e, û dûv re Herrikekî di nav Xelekê de dimeşîne. Ji bo emf ya tevgerê, tevgera Çerxê di nav zeviyekî manyetîk de dibe sedema emfekê ku ji pêkhateya manyetîk a Hêza Lorentz a ku li ser hilgirên barê di nav Şefê Orkestrayê de tê sepandin derdikeve.

Di dîrokê de, ravekirinên cuda yên hêza elektromotor (emf) ya tevgerê û emf ya transformatorê pirsgirêkek têgînî ya girîng derxist holê, ji ber ku Herrika çavdêrîkirî tenê bi tevgera îzafî ve girêdayî ye, lê şîroveyên fîzîkî yên bingehîn di navbera her du senaryoyan de diguherîn. Di nav Çarçoveya Îzafîyeta Taybet de, ev cudahî wekî Bûyînek bi çarçoveyê ve girêdayî tê fêmkirin: Bûyerek ku di çarçoveyek referansê ya înertial de wekî Hêzek manyetîk tê dîtin, dibe ku di ya din de wekî zeviyekî elektrîkî yê biderxistî xuya bibe.

Nêrînek Dîrokî

Di sala 1820an de, Hans Christian Ørsted bi ezmûnî nîşan da ku Herrikekî elektrîkî zeviyekî manyetîk çêdike, û ev yek bi guhertina derziya pûsûlayekê ku Nêzîkî Şefê Orkestrayê yê Herrik hilgir bû, rave kir. Ev keşfa Bingehîn dûv re lêkolîna zanistî li ser têkiliya berevajî teşwîq kir: bi taybetî, gelo zeviyekî manyetîk dikare, di encamê de, Herrikekî elektrîkî biderxîne.

Lêkolînên destpêkê yên ezmûnî destnîşan kirin ku qadeke manyetîk a rawestayî tu bandor li ser çerxeke nêzîk nekir; tenê danîna magnetekê nêzîkî xelekeke têlê nekarî tu herrikekê hilberîne. Pêşketina sereke di sala 1831an de çêbû, dema ku Michael Faraday bi awayekî teqez nîşan da ku qadeke manyetîk a dînamîk, ango diguhere, dikare herrikek elektrîkê di nav çerxekê de biderxîne. Joseph Henry di sala 1832an de bi serê xwe çavdêriyên mîna wan kirin; lê belê, Faraday ji bo weşandina van vedîtinan pêşeng e.

Têketina deftera laboratuvarê ya Faraday a 29ê Tebaxa 1831ê, bi berfirehî pêşandaneke ezmûnî ya biderxistina elektromanyetîk vedibêje. Wî transformatorek toroyîdal a hêsan çêkir bi pêçandina du xelekên têlê li dora beşên dijber ên zengilek hesinî. Dema ku wî xelekek bi pîlekê ve girêda, wî di galvanometreyek ku bi xeleka duyemîn ve girêdayî bû de guhertoyiyek demkî dît. Ji vê çavdêriyê, wî encam da ku herrika diguhere di xeleka sereke de qadeke manyetîk a guhertoyî di nav zengila hesinî de ava kir, ku paşê herrikek di xeleka duyemîn de biderxist. Wî ev bûyer wekî "pêleke elektrîkê" ya ku di nav hesin de belav dibe, binav kir.

Di mehên paşîn de, Faraday nîşanên din ên biderxistina elektromanyetîk eşkere kir. Wî herrikên demkî tomar kirin dema ku magnetek darikî bi lez di nav xelekeke têlê de hate danîn an jê hate derxistin. Herwiha, wî amûrek sêwirand, ku niha wekî dîska Faraday an jeneratorek homopolar tê nasîn, ku herrikek domdar (DC) hilberand bi zivirandina dîskek sifir di nav qadeke manyetîk a rawestayî de, bi karanîna têkiliyek elektrîkî ya şemitok.

Faraday van bûyeran zelal kir bi rêya çarçoveya têgînî ya xetên hêzê. Lê belê, pêşniyarên wî yên teorîk rastî gumandarîtiyê hatin ji ber kêmasiya wan a fermîkirina matematîkî. James Clerk Maxwell paşê ji bo têgihiştinên Faraday vegotineke matematîkî peyda kir, wan di destpêka salên 1860an de di teoriya xwe ya elektromanyetîk a berfireh de yek kir.

Di nav karên weşandî yên Maxwell de, aliyê guhertoyiya demkî ya biderxistina elektromanyetîk wekî hevkêşeyek cûdahî tê vegotin. Oliver Heaviside paşê ev hevkêşe wekî qanûna Faraday binav kir, tevî cûdahiya wê ji formûlasyona orîjînal a Faraday û nekarîna wê ya ravekirina hêza elektromotorî ya tevgerî (emf). Şiroveya Heaviside ew form e ku herrik tê pejirandin di nav koma hevkêşeyên ku bi hev re wekî hevkêşeyên Maxwell têne zanîn.

Qanûna Lenz, ku di sala 1834an de ji hêla Emil Lenz ve bi fermî hate vegotin, "herikîna di nav çerxê de" diyar dike û rêça hêza elektromotorî ya biderxistî (emf) û herrika ku ji biderxistina elektromanyetîk çêdibe destnîşan dike.

Di sala 1845an de, Franz Ernst Neumann qanûnên ku biderxistina herrikên elektrîkê di nav çarçoveyek matematîkî de birêve dibin fermî kirin.

Albert Einstein gotûbêj kir ku qanûna biderxistinê ya Faraday a sala 1834-an, bingehên girîng ji bo teoriya wî ya îzafîyeta taybet danîbû.

Qanûna Herikînê

Qanûna biderxistinê ya Faraday, ku wekî qanûna herikînê, qanûna herikînê, an jî qanûna Faraday–Lenz tê zanîn, diyar dike ku hêza elektromotor (emf) a ku di nav çerxek girtî de çêdibe, rasterast bi rêjeya neyînî ya guherîna herikîna magnetîkî ya ku di nav çerxê re derbas dibe, ve girêdayî ye. Ev prensîb bi gerdûnî ji bo her çerxek ku ji têlekî zirav pêk tê derbas dibe, di nav de guherînên herikînê yên ku ji ber guherînên qada magnetîkî, tevgera çerxê, an jî deformasyona şeweyê çêdibin. Qanûna Lenz rêgeza emf-a biderxistî destnîşan dike, diyar dike ku herrika biderxistî dê qadeke magnetîkî ava bike ku li dijî guherîna destpêkê ya herikîna magnetîkî bisekine.

Di Pergala Yekîneyên Navneteweyî (SI) de, nûnertiya matematîkî ya vê qanûnê wiha ye: $${\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\mathrm {d} \Phi _{B}}{\mathrm {d} t}},}$$ Li vir, ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$ hêza elektromotor (emf) nîşan dide, û Φ_B herikîna magnetîkî ya ku di nav çerxê re derbas dibe destnîşan dike. Herikîna magnetîkî bi xwe bi fermî wekî întegrala rûxarê ya qada magnetîkî B li ser rûxarek dem-guhêrbar Σ(t) tê pênasekirin, ku sînorê wê ji hêla xeleka têl ve tê diyar kirin: $${\displaystyle \Phi _{B}=\iint _{\Sigma (t)}\mathbf {B} (t)\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} \,,}$$ Di vê çarçoveyê de, dA vektorek qada bêsînor temsîl dike ku bi awayekî perpendîkular li ser rûxarê ye. Berhema skalar B · dA herikîna magnetîkî ya ku di nav vî elementa qada cûdahî de derbas dibe, diyar dike. Di çarçoveya têgînî de, herikîna magnetîkî dikare wekî bûyîna rasterast bi tîrbûna xetên qada magnetîkî yên ku xelekê dibirin ve girêdayî were fêm kirin.

Guhertinek di herrika manyetîk de hêzeke elektromotor (hem) di nav xeleka çerxê de biderdixe. Ev hem a biderxistî, enerjîya ku ji bo her yekîneya barê tê xerckirin da ku yek rêgeheke tevahî ya xelekê biqedîne, temsîl dike. Ji bo çerxeke bingehîn ku xwedî berxwedanek ${\displaystyle R}$ ye, hemek ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$ herrikek ${\displaystyle I}$ çêdike, wekî ku ji hêla Qanûna Ohm ve hatî pênasekirin: ${\displaystyle {\mathcal {E}}=IR}$. Wekî din, heke xeleka çerxê were qutkirin da ku çerxeke vekirî çêbibe û voltmetreyek li ser termînalên encamgir were girêdan, hem bi xwendina voltajê ya ku li ser van dawiyên vekirî tê bidestxistin re wekhev e.

Ji bo kulmeke bi zexm pêçandî ku ji N zivirên yekreng pêk tê, xetên qada manyetîk N caran di rûxarê re derbas dibin. Wekî encam, qanûna biderxistinê ya Faraday wiha tê îfadekirin: $${\displaystyle {\mathcal {E}}=-N{\frac {\mathrm {d} \Phi _{B}}{\mathrm {d} t}}}$$, li vir N hejmara zivirên têlê nîşan dide û Φ_B herrika manyetîk a ku di nav xelekeke yekane re derbas dibe temsîl dike. Têgîna NΦ_B wekî herrika girêdayî tê zanîn.

Herrika manyetîk dikare cudahî nîşan bide, an ji ber tevgera demkî an deformasyona xelekê, an jî ji ber guhertoya demkî ya bingehîn a qada manyetîk bi xwe. Van her du senaryoyên cuda li gorî mekanîzmayên ku ji hêla qanûna herrikê ve hatine diyar kirin in:

• Motional emf: Ev bûyer çêdibe dema ku çerxa elektrîkê di qadeke manyetîk re derbas dibe ku rawestayî ye lê di warê cîhî de ne yekreng e.
• Transformer emf: Ev çêdibe dema ku çerx pozîsyoneke rawestayî diparêze, lê qada manyetîk a derdor guhertoya demkî nîşan dide.

Hêza Elektromotor a Tevgerî

Prensîba bingehîn a hêza elektromotor a tevgerî bi mînaka darek şefê orkestrayê tê nîşandan ku di nav qadeke manyetîk re derbas dibe û bi darê û rêgeha wê re bi awayekî perpendîkular hatiye arastekirin. Dema ku şefê orkestrayê di nav qada manyetîk de tevdigere, elektronên wê yên mobîl dikevin ber pêkhateya manyetîk (qv × B) ya hêza Lorentz, ku wan li ser eksena darê pêş ve dibe. Ev çalakî dibe sedema veqetandina barê li ser dawiyên darê. Di bin şertên rewşa rawestayî de, qada elektrîkê ya ku ji hêla barê berhevkirî ve hatî çêkirin li dijî hêza manyetîk disekine.

Ger darik di nav xelekeke gehîner a girtî de ku di qadeke magnetîkî ya ne-yekreng re derbas dibe, were yekkirin, bandoreke mîna wê dikare Herrikekê di nav çerxê de çêbike. Mînak, senaryoyekê bifikirin ku qada magnetîkî bi cîh ve sînordar e, û xelek di destpêkê de li derveyî vê herêma diyarkirî dimîne. Dema dikeve nav qadê, beşa xelekê ya ku herikîna magnetîkî dihewîne fireh dibe, bi vî awayî hêzeke elektromotor çêdike. Ji aliyê Hêza Lorentz ve, ev çêdibe ji ber ku qad Hêzeke magnetîkî li ser hilgirên barê di nav beşên xelekê de ku dikevin herêmê bi kar tîne. Lê belê, gava tevahiya xelekê di nav qadeke magnetîkî ya yekreng de bi cîh dibe û Lezeke Berdewam diparêze, tevahiya herikîna magnetîkî ya girtî bêguhertin dimîne, dibe sedem ku Hêza elektromotor a çêkirî belav bibe. Di rewşên weha de, Hêzên magnetîkî yên ku li aliyên dijber ên xelekê tevdigerin bi bandor hevûdu bêbandor dikin.

Hêza Elektromotor a Transformatorê

Bûyereke cuda lê temamker Hêza elektromotor a transformatorê ye, ku xwe nîşan dide dema xelekeke gehîner Rawestayî dimîne dema ku herikîna magnetîkî ya ku tê re derbas dibe diguhere wekî encama qadeke magnetîkî ya bi demê ve girêdayî. Ev Guhertoyî dikare bi du Mekanîzmayên bingehîn çêbibe: an Çavkaniya ku qada magnetîkî çêdike tevdigere, wekî encam belavbûna qadê li ser xeleka Rawestayî diguherîne, an jî tundiya qada magnetîkî bi demê re li xalek Rawestayî diguhere, mînaka wê xebata elektromagnetekî bi enerjî ye.

Di bin yek ji van şertan de, ti Hêza magnetîkî li ser baran nayê bikaranîn; li şûna wê, Hêza elektromotor a çêkirî bi taybetî ji pêkhateya elektrîkî (qE) ya Hêza Lorentz derdikeve. Wekî ku ji hêla hevkêşeya Maxwell–Faraday ve hatî destnîşankirin, qadeke magnetîkî ya ku bi demê re diguhere qadeke elektrîkî ya dorveger çêdike, ku paşê Herrikê di nav xelekê de dimeşîne. Ev prensîb Bingehîn e ji bo xebata cûrbecûr makîneyên elektrîkî, di nav de jeneratorên senkron. Qada elektrîkî ya ku bi vê Mekanîzmayê tê çêkirin bi xwezayî ne-parastî ye, tê vê wateyê ku yekbûna Xêza wê li ser her xelekeke girtî dê nebe sifir.

Diyarkirina Rêya Herrika Çêkirî

Rêya Hêza elektromotor (emf) dikare rasterast ji Qanûna Faraday were zelalkirin, hewcedariya gazîkirina Qanûna Lenz ji holê radike. Qanûneke destê çepê rêbazeke pratîkî ji bo vê diyarkirinê peyda dike, wekî ku li jêr hatî destnîşankirin:

• Tilîyên çengkirî yên destê çepê bi cîh bikin da ku bi xelekê re hevrêz bibin (bi Xêza zer hatî nîşankirin).
• Tiliya mezin dirêj bikin. Tiliya mezin a dirêjkirî paşê rêya n (qehweyî) nîşan dide, ku vektora normal a qada ku ji hêla xelekê ve hatî dorpêçkirin temsîl dike.
• Diyarkirina nîşana ji bo ΔΦ_B, ku Guhertoyî di herikîna magnetîkî de nîşan dide, hesabkirina cûdahiya di navbera nirxên herikîna destpêkê û dawîn de dihewîne. Van nirxên herikînê li gorî vektora normal n têne pênasekirin, bi kevneşopî li gorî Qanûna destê rastê têne rêvebirin, ku tiliya mezin a dirêjkirî rêya wê nîşan dide.
• Guherînek erênî di herikîna manyetîk de, ku wekî ΔΦ_B tê nîşandan, bi hêzeke elektromotor (EMF) re têkildar e ku alîgiriya wê bi tiliyên xwar ve tê temsîl kirin û bi serikên tîrên zer re hevaheng e.
• Berovajî, nirxek neyînî ji bo ΔΦ_B tê wateya ku alîgiriya hêza elektromotor berevajî ya ku ji hêla tiliyên xwar û serikên tîrên zer ve tê nîşandan e.

Hevkêşeya Maxwell–Faraday

Wekî yek ji çar hevkêşeyên bingehîn ên Maxwell, hevkêşeya Maxwell–Faraday cihekî bingehîn di çarçoveya teorîk a elektromanyetîzma klasîk de digire. Ew diyar dike ku zeviyek manyetîk a bi demê ve girêdayî her gav zeviyek elektrîkî ya cihêreng, ne-parastî çêdike. Dema ku di forma xwe ya diferensiyel de û bi karanîna yekîneyên SI tê îfadekirin, hevkêşe wiha tê pêşkêş kirin:

As one of the four fundamental Maxwell's equations, the Maxwell–Faraday equation holds a pivotal position in the theoretical framework of classical electromagnetism. It postulates that a time-dependent magnetic field invariably induces a spatially varying, non-conservative electric field. Expressed in its differential form and utilizing SI units, the equation is presented as follows:

Di vê formûlasyonê de, ∇ × operatora curl nîşan dide, E(r, t) zeviya elektrîkî temsîl dike, û B(r, t) zeviya manyetîk destnîşan dike. Her du zevî bi gelemperî bi pozîsyona cîhî r û guherbara demkî t ve girêdayî ne.

Bi alternatîfî, hevkêşe dikare di forma întegral de were îfadekirin, ku bi sepandina teorema Kelvin–Stokes ve hatiye derxistin:

Di nav vê temsîla întegral de, wekî ku di fîgura pêvekirî de tê xuyakirin, Σ rûxarekê destnîşan dike ku ji hêla xeleka girtî ∂Σ ve hatiye sînorkirin. Têgîna dl elementek vektora bêsînor li ser vê xelekê temsîl dike. Elementa qada vektorî dA wekî perpendîkular li ser rûxarê tê pênasekirin û alîgiriya wê li gorî qanûna destê rastê ye: alîgiriya tiliya mezin bi dA re hevaheng e, dema ku tiliyên xwar alîgiriya têkildar a dl li ser sînor nîşan didin.

Aliyê çepê yê vê hevkêşeyê gera zeviya elektrîkî li ser xeleka girtî ∂Σ diyar dike. Di rewşa zeviyên elektrîkî yên rawestayî de, ev ger sifir e ji ber ku zeviyên wusa dikarin ji gradyenta potansiyelek skaler werin derxistin. Berovajî, zeviyek manyetîk a bi demê ve diguhere zeviyek elektrîkî ya ne-parastî çêdike, ku dibe sedema gerek ne-sifir. Dema ku ev zeviya elektrîkî ya çêkirî bi xelekek rêvebir re têkilî datîne, ew herrikek elektrîkî di nav wê xelekê de diajo.

Ger ku rûxar Σ bi demê re berdewam bimîne, aliyê rastê yê hevkêşeyê hêsan dibe bo derîvatîva demê ya herikîna manyetîk Φ_B ku di wî rûxarî re derbas dibe: $${\displaystyle \oint _{\partial \Sigma }\mathbf {E} \cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =-{\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}\iint _{\Sigma }\mathbf {B} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =-{\frac {\mathrm {d} \Phi _{B}}{\mathrm {d} t}}.}$$Dema ku aliyê çepê wekî karê her yekîneya barê ku ji hêla qada elektrîkê ve li ser barên di nav xelekek guhêzbar a rawestayî de tê kirin, were şîrovekirin, ev hevkêşe bi bandor qanûna herikînê dubare dike, bi taybetî ji bo çerxek ku ne di tevgerê de ye.

Di nav nêzîkbûna nerelativîstîk de, pêkhateya solenoidal a qada elektrîkî ya îndûzekirî bi riya întegrala qebareyê ya jêrîn tê hesibandin: E s ( r , t ) ≈<!-- ≈ --> −<!-- − -->36 §3940§ π ∭ V   ( ∂ B ( r ′ , t ) ∂ t ) × ( r − r ′ ) | r − r ′ | 156 d 166 r ′ {\displaystyle \mathbf {E} _{s}(\mathbf {r} ,t)\approx -{\frac {1}{4\pi }}\iiint _{V}\ {\frac {\left({\frac {\partial \mathbf {B} (\mathbf {r} ',t)}{\partial t}}\right)\times \left(\mathbf {r} -\mathbf {r} '\right)}{|\mathbf {r} -\mathbf {r} '|^{3}}}d^{3}\mathbf {r'}} Ev formulasyon girêdana cîhî ya qada elektrîkî ya îndûzekirî nîşan dide, nîşan dide ka guherînên di qada manyetîk de çawa beşdarî mezinahiya wê li cîhek taybetî dibin, digel ku her beşdarî bi awayekî berevajî bi kûba dûrahiyê re rêjeyî ye.

Derxistina Qanûna Herikînê ji Hevkêşeyên Mîkroskopîk

Elektromanyetîzma klasîk bi bingehîn ji hêla çar hevkêşeyên Maxwell ve tê damezrandin, ku bi qanûna hêza Lorentz ve tê temam kirin. Ji vê koma bingehîn a prensîban, qanûna Faraday dikare rasterast were derxistin.

Destpêka vê derxistinê bi lêkolîna derîvatîfa demkî ya herikîna manyetîkî li ser rûxarekê Σ(t) dest pê dike, ku destûr tê dayîn ku ew bi demê re biguhere.

Lê belê, têgîna di nav entegralê de hêza Lorentz a tevahî ya serê yekîneya barê nîşan nade, ji ber ku leza ${\displaystyle \mathbf {v} _{c}}$ bi tevgera sînorê xelekê ve girêdayî ye, ne ku leza rastîn a hilgirên barê ye. Ji bo ku hêza elektromotorî ya fîzîkî bi awayekî rast were destnîşarkirin, pêwîst e ku di navbera van lezên cuda de cûdahî were kirin. Bi hilbijartina rêgehek entegrasyonê ku bi çerxa fîzîkî re têkildar e, leza hilgirekî barê di nav Şefê Orkestrayê de dikare wekî $${\displaystyle \mathbf {v} (\mathbf {r} ,t)=\mathbf {v} _{c}(\mathbf {r} ,t)+\mathbf {v} _{d}(\mathbf {r} ,t),}$$ were îfadekirin, li vir ${\displaystyle \mathbf {v} _{c}}$ leza Şefê Orkestrayê (bi taybetî, îyonên di nav materyalê de) nîşan dide, û ${\displaystyle \mathbf {v} _{d}}$ leza herikîna elektronan a li gorî materyalê temsîl dike. Ev Rizîn li ser hîpoteza lêzêdekirina lezê ya nerelativîstîk (Galilean) disekine.

Hêza elektromotorî (EMF) ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$, ku bi hêza Lorentz ve girêdayî ye, bi îfadeya entegralê ya jêrîn bi awayekî fermî tê pênasekirin: $${\displaystyle {\mathcal {E}}=\oint _{\partial \Sigma (t)}\left(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} \right)\cdot \mathrm {d} \mathbf {l} .}$$

Bi cîgirtina îfadeya derxistî ya ji bo leza hilgirê û bi tevlîkirina encama berê, hevkêşeya jêrîn tê bidestxistin:

Ev bûyer dikare bi îfadeya matematîkî ya jêrîn bi awayekî hevwate were temsîlkirin:

Ji bo çerxên ku ji Şefê Orkestrayêyên zirav, yek-alî pêk tên, vektora leza herikînê bi tewereya têlê re hevrêz dibe, Wekî encam, bi Elementa Xêza bêsînor biçûk ⁠${\displaystyle \mathrm {d} \mathbf {l} }$⁠ re jî. Di van şert û mercan de, berhema xaçê ${\textstyle \mathbf {v} _{d}\times \mathbf {B} }$ dibe ortogonalî ⁠${\displaystyle \mathrm {d} \mathbf {l} }$⁠, ku dibe sedem ku pêkhateya ku bi leza herikînê re hevseng e bibe sifir. Ev sadekirin formûlasyona Berbelav a Qanûna Faraday encam dide.

Sînorkirinên Qanûna Herikînê

Berbelav lê Gelek caran şaş, gelemperkirinek a Qanûna Faraday destnîşan dike ku: Ger ∂Σ her Xeleka girtî ya keyfî be Di nav Fezayê de, wê demê jêdera demê ya giştî ya herikîna magnetîkî bi rêya Σ bi emf-ya li dora ∂Σ re wekhev e. Lê belê, ev îdîa bi gerdûnî derbasdar nîne. Wekî ku berê hate destnîşankirin, sepandina Qanûna Faraday girêdayî ye bi leza Xêza razber, ∂Σ, ku bi leza rastîn a madeya Şefê Orkestrayê ya elektrîkî re hevrêz be. Herwiha, ger Şefê Orkestrayê ne têlek bêsînor zirav be, leza têkildar a barên Di nav de madeyê jî divê were hesibandin. Mînakên paşîn destnîşan dikin ku sepandineke pir Berbelav a Qanûna Faraday Gelek caran encamên nerast dide.

Senaryoyên wisa dikarin bi awayekî rast werin analîzkirin, bi piştrastkirina ku rêya ∂Σ heman lezê wekî materyalê diparêze. Hêza elektromotîf (EMF) dikare bi domdarî bi riya entegrasyona qanûna hêza Lorentz û hevkêşeya Maxwell–Faraday were diyarkirin, ku wiha tê îfadekirin: $${\displaystyle {\mathcal {E}}=\int _{\partial \Sigma }(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )\cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =-\int _{\partial \Sigma (t)}{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\cdot {\rm {d}}\mathbf {A} +\oint _{\partial \Sigma (t)}\left(\mathbf {v} \times \mathbf {B} \right)\cdot \mathrm {d} \mathbf {l} ,}$$Li vir, v leza şefê orkestrayê di nav çarçoveya referansê de nîşan dide ku B tê pênasekirin. Bi gelemperî, derîvatîva demê nikare ji entegralê were derxistin ji ber ku pozîsyona an jî veavakirina xelekê dikare bi demê re cudahî nîşan bide.

Qanûna Herrikê û Îzafîyet

Di dîrokê de, du mekanîzmayên cuda yên ku ji hêla qanûna herrikê ve hatine girtin—hêza elektromotîf a tevgerê (EMF) û EMF ya transformatorê—pirsgirêkek têgînî ya bi awayekî girîng pêşkêş kirin. James Clerk Maxwell berê jî destnîşan kiribû ku biderxistina elektromanyetîk dikare ji pêvajoyên fîzîkî yên cuda derkeve, tevî ku EMF ya biderxistî li gorî formuleke matematîkî ya yekane tevdigere. Di weşana xwe ya sala 1861an de, Li ser Xetên Hêzê yên Fîzîkî, Maxwell ji bo her bûyerekê ravekirinên fîzîkî yên cuda pêşkêş kir.

Di sala 1905an de, Albert Einstein ev asîmetrî di nav elektrodînamîka klasîk de di gotara xwe ya bingehîn, Li ser Elektrodînamîka Cismanên Tevgerîn, ronî kir. Wî dît ku bûyera fîzîkî ya encamdar, bi taybetî herrika biderxistî, tenê girêdayî tevgera îzafî di navbera şefê orkestrayê û magnetê de ye. Lê belê, çarçoveyên teorîk ên klasîk li ser bingeha kîjan tişt di tevgerê de dihat hesibandin, ravekirinên cuda pêşkêş kirin. Ev nakokiya xwerû hebûna çarçoveyek referansê ya taybetî înkar dikir û bi awayekî girîng beşdarî têgihîştina îzafîyeta taybet kir.

Fîzîka hemdem qadên elektrîkî û manyetîkî wekî pêkhateyên bingehîn ên tensorek qada elektromanyetîkî ya yekbûyî dihesibîne. Dema çarçoveyek referansê ya înertial veguhere, ev her du qad li hev diguherin.

Têbînî

Notes

Darrigol, Olivier (2000). Elektrodînamîk ji Ampère heta Einstein. Oxford; New York: Clarendon Press. ISBN 0-19-850594-9.

• Darrigol, Olivier (2000). Elektrodînamîk ji Ampère heta Einstein. Oxford; New York: Clarendon Press. ISBN 0-19-850594-9.Feynman, Richard Phillips; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew L. (2006). Gotarên Feynman ên li ser fîzîkê. Vol. 2. Pearson / Addison-Wesley. ISBN 0-8053-9047-2.Griffiths, David J. (2023). Pêşgotinek ji Elektrodînamîkê re. Cambridge University Press. doi:10.1017/9781009397735. ISBN 978-1-009-39773-5.Purcell, Edward M.; Morin, David J. (2013). Elektrîk û Manyetîzma. Cambridge University Press. doi:10.1017/cbo9781139012973. ISBN 978-1-139-01297-3.Sadiku, Matthew N. O. (2018). Hêmanên elektromanyetîkê (7th ed.). New York/Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-069861-4. LCCN 2017046497.Zangwill, Andrew (2013). Elektrodînamîka Nûjen. Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9781139034777. ISBN 978-0-521-89697-9.Clerk Maxwell, James (1954) [1st pub. 1881]. Pirtûkek li ser elektrîk û manyetîzmayê, Cild II. Oxford: Clarendon Press. ch. III, sec. 530, p. 178. ISBN 0-486-60637-6. {{cite book}}: Lihevnehatina ISBN / Dîrokê (alîkarî)
  • Clerk Maxwell, James (1954) [1st pub. 1881]. Pirtûkek li ser elektrîk û manyetîzmayê, Cild II. Oxford: Clarendon Press. ch. III, sec. 530, p. 178. ISBN 0-486-60637-6.{{cite book}}: Lihevnehatina ISBN / Dîrokê (alîkarî)

  Medya têkildarî Qanûna Biderxistinê ya Faraday li Wikimedia Commons

  • Media related to Faraday's law of induction at Wikimedia Commons
  • Roberto Vega. Biderxistin: Qanûna Faraday û Qanûna Lenz – Gotarek pir anîmasyonî, bi bandorên dengî, rûpela qursa Elektrîk û Manyetîzmayê
  • Roberto Vega. Induction: Faraday's law and Lenz's law – Highly animated lecture, with sound effects, Electricity and Magnetism course page
  • Tankersley û Mosca: Danasîna qanûna Faraday
  • Tankersley and Mosca: Introducing Faraday's law
  • Sîmulasyonek belaş li ser emf-a tevgerî