Elektromagnetická indukce – princip, zákony a využití
Elektromagnetická indukce je jev, při kterém vzniká elektrické napětí (a za vhodných podmínek i proud) v uzavřeném elektrickém obvodu v důsledku změn magnetického pole, které tímto obvodem prochází. Tento fenomén objevil v roce 1831 britský fyzik Michael Faraday a položil jím základy doslova celé moderní elektroenergetiky i řady technologických aplikací. Podstatou elektromagnetické indukce je vzájemný vztah mezi elektrickými a magnetickými jevy, který je popsán jedním z Maxwellových rovnic. Faraday experimentálně zjistil, že elektromotorické napětí (indukované napětí) vzniká, jestliže se mění počet magnetických indukčních čar (tok magnetického pole) protínajících uzavřenou smyčku vodiče.
Matematicky je jev popsán Faradayovým zákonem elektromagnetické indukce: indukované elektromotorické napětí (EMN, značíme U_ind) v obvodu je rovno záporné časové změně magnetického indukčního toku Φ magnetických čar protínajících daný vodič, tedy U_ind = – dΦ/dt. Záporné znaménko odpovídá Lenzovu pravidlu, které říká, že indukovaný proud či napětí má vždy takový směr, že svými účinky působí proti změně magnetického pole, která ho vyvolala. Indukce tedy vždy „brzdí“ změnu, která ji způsobila – jde o projev zákona zachování energie a hlubší spojitosti elmag. sil v přírodě.
Elektromagnetická indukce je principem fungování generátorů elektrického proudu, elektromotorů, transformátorů či mnoha senzorů a čidel. V praxi například rotační pohyb hřídele v generátoru mění orientaci cívky vůči silnému magnetu, což způsobuje periodickou změnu magnetického toku a tedy vznik střídavého napětí. Na obdobných principech fungují i indukční vařiče (vysokofrekvenční střídavé magnetické pole indukuje proudy přímo v dně nádoby), bezdrátové nabíjení, snímače otáček nebo lékařské přístroje MRI. Elektromagnetická indukce je naprosto klíčovým jevem jak v základním výzkumu fyziky, tak i pro výrobu a přenos elektrické energie či řadu moderních technologií.
PhDr. Pavel Bartoš, LL.M., DBA (Evropská akademie vzdělávání / European Academy of education)