Inductie (elektriciteit)

Inductie is het natuurkundige verschijnsel dat over een geleider een elektrische spanning wordt opgewekt als de geleider zich bevindt in een veranderend magnetisch veld of omgekeerd als een geleider beweegt in een magnetisch veld. Inductie is het principe waarop transformatoren en dynamo's gebaseerd zijn. Inductie wordt door de inductiewet van Faraday kwantitatief beschreven. Het woord 'inductie' werd vroeger ook gebruikt voor de magnetische fluxdichtheid.

Elektromagnetisme
elektriciteit · magnetisme
Elektrostatica elektrische lading · elektrisch veld elektrische potentiaal · wet van Coulomb elektrische flux · wet van Gauss
Magnetostatica magnetisch veld · elektrische stroom wet van Ampère · lorentzkracht magnetische flux · dipoolmoment
Elektrodynamica inductie · wetten van Maxwell elektromagnetische golf wet van Faraday
Elektriciteitsleer spanning · stroom · weerstand condensator · spoel · impedantie wet van Ohm
Wetenschappers Ampère · Coulomb · Faraday · Gauss Lorentz · Maxwell · Ohm · Tesla Volta · Weber · Ørsted

bewegende geleider in een loodrecht magnetisch veld

Inductie wordt gebruikt in een inductiekookplaat en met meer vermogen bij inductieverhitting.

Als een stroomkring die loodrecht op een magnetisch veld staat, in oppervlakte wordt vergroot, zodat de magnetische flux wordt vergroot, wordt er door inductie een elektrische spanning in die stroomkring opgewekt. Indien de stroomkring gesloten is, gaat als gevolg daarvan daar doorheen een stroom lopen.

Ontdekking

In het algemeen wordt de ontdekking van inductie toegeschreven aan Michael Faraday, die in het jaar 1831 de werking van een elektromagneet, een stroom wekt een magnetisch veld op, probeerde om te keren, een magnetisch veld dat een stroom opwekt. Mogelijk is het werk van Michael Faraday gebaseerd op werk van Francesco Zantedeschi uit 1829. Ongeveer tussen 1830 en 1832 deed de Amerikaan Joseph Henry een soortgelijke ontdekking, maar publiceerde hierover pas veel later.

Formules

Als een spoel zich bevindt in een veranderend magnetisch veld, wordt de inductiespanning gegeven door de inductiewet van Faraday. De inductiespanning $U$ is evenredig met de verandering in de tijd $t$ van de sterkte van het magnetisch veld of de magnetische flux ${\mathit {\Phi }}$ en het aantal windingen $N$ van de spoel:

$U=-N\,{\frac {{\rm {d}}{\mathit {\Phi }}}{{\rm {d}}t}}$

De richting waarin de stroom loopt in de spoel wordt gegeven door de wet van Lenz en is zodanig dat de verandering van de flux wordt tegengewerkt.

Beweegt een geleider zich in een magnetisch veld van constante sterke, dan is de inductiespanning $U$ op elk moment evenredig met de grootte van de magnetische fluxdichtheid $B_{0}$, evenredig met de lengte $L$ van de geleider in het magnetische veld en evenredig met de snelheid $v$ van de geleider ten opzichte van het magnetische veld. De flux is immers gelijk aan

${\mathit {\Phi }}=B_{0}\,L\,x$,

zodat:

$U=-{\frac {{\rm {d}}{\mathit {\Phi }}}{{\rm {d}}t}}=-B_{0}\,L\,{\frac {{\rm {d}}x}{{\rm {d}}t}}=-B_{0}\,L\,v$

Bovengenoemde formule wordt ook gebruikt om met een magnetische stromingsmeter de stroomsnelheid van een elektrisch geleidende vloeistof of suspensie te meten.

De eenheid van spanning is de volt, van de sterkte van het magnetisch veld, de magnetische flux de weber en van de magnetische fluxdichtheid de tesla.

Zelfinductie

Zie Zelfinductie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Er treedt ook inductie op in een geleidende component waarin een verandering van stroomsterkte optreedt. Dat komt doordat om de component heen zich een veranderend magnetisch veld bevindt dat veroorzaakt wordt door die veranderende stroom zelf. Deze inductie uit zich als een spanning die de oorzaak van de verandering van de stroom tegenwerkt: men spreekt dan van een zelfinductie.

$U=-L{\frac {{\rm {d}}I}{{\rm {d}}t}}$

waarin $L$ de zelfinductie is, $I$ de stroom en ${\tfrac {\rm {d}}{{\rm {d}}t}}$ staat voor de afgeleide naar de tijd. De eenheid van zelfinductie is de henry.

In de elektrotechniek wordt een spoel gebruikt als een zelfinductie nodig is. Een spoel bestaat uit meerdere windingen waardoor dezelfde stroom loopt en die dezelfde magnetische flux omvatten. De zelfinductie van een spoel is evenredig met het kwadraat van het aantal windingen.

Voetnoten