Faraday's Law of Induction

Das Faradaysche Induktionsgesetz besagt, dass die in einer geschlossenen Leiterschleife induzierte EMK gleich der negativen zeitlichen Änderungsrate des magnetischen Flusses ist: EMK = -N dPhi/dt, wobei N die Windungszahl und Phi = B · A · cos(theta) ist. Das negative Vorzeichen kodiert die Lenzsche Regel: Der induzierte Strom fließt in einer Richtung, die der Flussänderung entgegenwirkt, als direkte Folge der Energieerhaltung. Wenn ein Stabmagnet eine Spule annähert, induziert der steigende Fluss einen Strom, der ein dem anrückenden Magneten entgegengerichtetes Feld erzeugt; beim Entfernen des Magneten kehrt sich der Strom um. Die EMK ist gegenüber dem Fluss um 90° phasenverschoben, sodass die maximale EMK auftritt, wenn sich der Magnet am schnellsten bewegt, nicht wenn er am nächsten ist.

In einem rotierenden Generator dreht sich eine Spule der Fläche A mit N Windungen mit der Winkelfrequenz omega im Feld B und erzeugt EMK(t) = N·B·A·omega·sin(omega·t), eine reine Sinusschwingung, deren Scheitelwert proportional zur Drehzahl und Feldstärke ist. Dies ist die unmittelbare Grundlage jedes Wechselstromgenerators, vom Fahrraddynamo bis zum 1.500-MW-Turbogenerator. Transformatoren nutzen dasselbe Gesetz: Wechselstrom in der Primärwicklung erzeugt einen zeitlich veränderlichen Fluss, der in der Sekundärwicklung eine EMK induziert, die proportional zum Windungsverhältnis N2/N1 skaliert, mit einem Wirkungsgrad von über 99% in großen Leistungstransformatoren. Induktives Laden nach dem Qi-Standard nutzt resonante induktive Kopplung zwischen Spulen mit wenigen Millimetern Abstand, und MRI-Gradientenspulen schalten Felder von 40 mT/m in Mikrosekunden, was im Magnetrohren hörbare Schwingungen bei 1–3 kHz induziert.