השראה אלקטרומגנטית.

שלב 1 מתוך 6

השינוי הוא מה שקובע

זרם יוצר שדה מגנטי. האם שדה מגנטי יכול ליצור זרם? מייקל פאראדיי חיפש את זה שנים, ובשנת 1831 מצא שהתשובה היא כן, אבל רק בתנאי אחד.

על הלוח סליל של $200$⁠ כריכות, מחובר למד מתח שהאפס שלו באמצע ולנורה קטנה. מגנט מוט נדחף פנימה והחוצה פעם בשנייה, והמחוג נע לצד אחד כשהמגנט נכנס ולצד השני כשהוא יוצא. נבאו מה יקרה כשהמגנט נעצר.

שלב 2 מתוך 6

חוק פאראדיי

כדי לומר כמה מתח נוצר, צריך גודל חדש: השטף המגנטי דרך כריכה, $\Phi = B A$⁠ כשהשדה ניצב לכריכה, כלומר כמה שדה עובר דרך השטח שלה. השטף נמדד בוובר (Wb = T·m²).

כשהשטף דרך הכריכות משתנה, נוצר בין קצות הסליל מתח מושרה, הכוח האלקטרו־מניע (כא״מ) $\mathcal{E}$⁠, וגודלו נקבע לפי חוק פאראדיי:

$\mathcal{E} = -N\,\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$\mathcal{E} =$$-N\,\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$⁠

$N$⁠ הוא מספר הכריכות, כי כל כריכה יוצרת את אותו מתח והן מחוברות זו אחרי זו, ו־$\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$⁠ הוא קצב השינוי של השטף. על סימן המינוס נדבר בעוד רגע.

שלב 3 מתוך 6

מהר יותר, ועם יותר כריכות

בסצנה, ב־$200$⁠ כריכות ובדחיפה אחת בשנייה, המתח מגיע לשיא של 0.5 V. עכשיו יש $400$⁠ כריכות, והמגנט נדחף שלוש פעמים בשנייה באותה תנועה.

שלב 4 מתוך 6

הגיעו לשיא

עכשיו אתם קובעים את מהירות ואת כריכות החוט. כשהשיא גבוה מספיק, גם הנורה נדלקת.

שלב 5 מתוך 6

הסליל דוחף בחזרה

כשהנורה דולקת, אנרגיה יוצאת מהמעגל כאור וחום. מאיפה היא באה? הזרם המושרה הופך את הסליל עצמו לאלקטרומגנט, והקטבים שלו תמיד מתנגדים לשינוי שיצר אותם. זהו חוק לנץ, וזה מה שאומר סימן המינוס בחוק פאראדיי.

הצגת השדה והזרם על פועל: קווי השדה של המגנט עוברים דרך הסליל, החצים מראים את הזרם בחוט, ובקצוות הסליל מופיעים הקטבים שהוא מקבל בזמן שהמגנט נע.

שלב 6 מתוך 6

סיבוב: מתח חילופין

בחרנו סיבוב תחת תנועה: עכשיו המגנט מסתובב פעמיים בשנייה ליד קצה של ליבת ברזל שבתוך הסליל, כמו בדינמו של אופניים. הקוטב הצפוני והקוטב הדרומי פונים אל הליבה לסירוגין, השטף עולה ויורד בצורה סינוסית, וכך גם המתח: מתח חילופין. כך פועל כל גנרטור בתחנת כוח.

מתח חילופין נמצא בשיא שלו רק לרגע. כדי לומר כמה הוא “שווה”, משתמשים במתח האפקטיבי: המתח הישר שהיה מחמם את אותה נורה באותה מידה. למתח סינוסי עם שיא $V_0$⁠:

$V_{\text{eff}} = \frac{V_0}{\sqrt 2}$$V_{\text{eff}} =$$\frac{V_0}{\sqrt 2}$⁠