Elektromagnetväli (0)

Elektromagnetväli.
Tegemist on elektromagnetilist vastastikmõju vahendava ühtse elektromagnetväljaga. Selle välja uurimise muudab keeruliseks protsesside tagasisidestatus. Tagasiside on nähtus, mille korral ühe füüsikalise suuruse muutumine põhjustab teiste suuruste selliseid muutusi, mis omakorda mõjutavad esimest suurust. Elektromagnetvälja korral on igasugune elektrivälja muutus tagasisidestatud temaga kaasneva magnetvälja muutuse kaudu. Kui laetud keha vaatleja suhtes liigub, siis muutub keha elektriväli vaatleja asukohas ning vaatleja registreerib ka magnetvälja. ui magnetvälja tekitaja (püsimagnet) vaatleja suhtes liigub, siis muutub magnetväli vaatleja asukohas ning vaatleja täheldab ka elektrivälja olemasolu. Magnetvälja muutumine tekitab elektrivälja. Seda nimetatakse elektromagnetilise induktsiooni nähtuseks. Märkigem veel, et võõrsõna indutseerima eestikeelseks vasteks ongi tekitama või esile kutsuma. Juba põhikooli Elektriõpetuses saime teada, et elektromagnetilisel induktsioonil põhineb generaatori töö. Tea­ta­­­vasti muundab generaator mehaanilist energiat elektrienergiaks, olles nii keskses rollis elektrienergia tootmisel. Elektromagnetnähtuste tundmaõppimine võimaldab meil mõista seda inimkonnale üliolulist protsessi.
Lorentzi jõud.
Selleks, et kirjeldada laengukandjate liikumist elektriväljas, mis tekib magnetvälja muutumisel, peame kõigepealt tutvuma magnetväljas liikuvale laetud osakesele mõjuva jõuga. Seda jõudu nimetatakse hollandi füüsiku Hendrik Antoon Lorentz'i ( 1853 – 1928) auks Lorentzi jõuks. Juhtmelõigule, mille pikkus on l ja milles kulgeb vool tugevusega I, mõjub teatavasti magnetväljas induktsiooniga B magnetjõud Fm. Selle jõu suurus on leitav Ampère'i seadusest Fm=IlBsinαFm=IlBsin⁡α kus α on nurk voolu suuna ja magnetvälja suuna vahel. Voolu olemasolu tähendab laengukandjate suunatud liikumist keskmise kiirusega v. Mõistagi osalevad laengukandjad ka kaootilises (kindla suunata) liikumises, aga see meid praegu ei huvita. Jõud Ampère'i seaduses summeerub üksikutele liikuvatele laengukandjatele mõjuvatest Lorentzi jõududest. Seega tuleb Lorentzi jõu FL leidmiseks jagada juhtmele kui tervikule mõjuv magnetjõud Fm liikuvate laengukandjate arvuga N: FL=FmNFL=FmN. Kui juhtmelõigu pikkus l on parajasti võrdne korrutisega vt ( Mehaanika kursuse valem s=vt), siis jõuavad kõik silindris sisalduvad laengukandjad aja t jooksul juhtmelõigust läbi tagumise otsapinna väljuda. Laengukandjatel, mis on tagumisele otsale lähemal kui l, kulub selleks mõistagi seda vähem aega, mida väiksem pikkus neil läbida tuleb, aga aja t jooksul väljuvad kõik N laengukandjat. Nende kogulaeng on Nq, kus q on ühe laengukandja laeng. Voolutugevuse definitsiooni I=qtI=qt, põhjal saame, et I=Nqt. järelikult on Lorentzi jõu vektori pikkus esitatav kujul: FL=IlBsinαN=NqltNBsinα=qvBsinαFL=IlBsinαN=NqltNBsinα=qvBsinα, kuna juhtmelõigu pikkuse l ja laengukandjal selle läbimiseks kulunud aja t suhe võrdub laengukandja suunatud liikumise kiirusega v. Niisiis mõjub laengut q omavale ja kiirusega v liikuvale osakesele magnetväljas induktsiooniga B Lorentzi jõud FL=qvBsinα kus α on nurk osakese liikumissuuna (kiirusvektori) ja magnetvälja suuna (B-vektori) vahel. Kuna positiivse laenguga osakesed liiguvad voolu kokkuleppelises suunas, siis võib neile mõjuva Lorentzi jõu suuna määrata vasaku käe reegli abil, mis antud juhul kõlab järgmiselt. Kui vasaku käe väljasirutatud sõrmed näitavad positiivselt laetud osakese liikumise suunda ja magnetvälja jõujooned tulevad peopessa, siis väljasirutatud pöial näitab osakesele mõjuva Lorentzi jõu suunda. Elektroni kui negatiivselt laetud osakese korral on Lorentzi jõu suund eelnevale vastupidine , sest valemisse ilmub miinusmärk- FL=qvBsinα Elektronile mõjuva Lorentzi jõu suunda näitab analoogiliselt paikneva parema käe pöial. Tasub rõhutada, et Lorentzi jõud mõjub laetud osakestele alati risti nii liikumissuuna kui ka magnetvälja suunaga. Seetõttu ei saa Lorentzi jõud liikumisel tööd teha. Ta võib vaid muuta liikumise suunda. Kõige tugevam on Lorentzi jõud liikumissuunaga ristuvas magnetväljas. Sel juhul sinα=1 ja järelikult FL=qvBFL=qvB Kui laengukandja kiirusvektor on risti magnetvälja suunaga (B-vektoriga), siis paneb Lorentzi jõud vaakumis asetseva laengukandja liikuma piki ringjoont ümber magnetvälja suuna, toimides kesktõmbekiirendust andva jõuna. Kui laengukandja liigub piki magnetvälja suunda (v- ja B-vektorid on samasihilised), siis Lorentzi jõudu ei teki, sest on sinα=0 ja seega ka FL=0. Kui v- ja B-vektorite vahel on suvaline nurk, siis võime laengukandja kiiruse lahutada kaheks komponendiks: B-vektoriga ristuvaks vr ja B-vektoriga paralleelseks vp. Ristuva komponendi olemasolu põhjustab laengukandja täiendava ringjoonelise liikumise ümber magnetvälja suuna. Sellega kaasneb laengukandja liikumine kiirusega vp piki magnetvälja suunda. Tulemusena liigub laengukandja mööda kruvijoont (ruumilist spiraali ). Nii liiguvad näiteks kosmilise kiirguse laetud osakesed Maa ionosfääris piki spiraale, mille telgedeks on Maa magnetvälja jõujooned. Pannes kosmilise kiirguse osakesed ümber Maa spiraalima, kaitseb Maa magnetväli otsese kosmilise kiirguse eest kõike elusat Maa peal.
Elektromagnetväljaks nimetatakse elektromagnetilist vastastikmõju vahendavat välja, mille piirjuhtudeks on elektriväli ja magnetväli.
Elektromagnetilise induktsiooni nähtuseks nimetatakse elektrivälja tekkimist magnetvälja muutumisel.
Magnetväljas liikuvale laengule mõjuv jõud
Laengut q omavale ja kiirusega v liikuvale osakesele mõjub magnetväljas induktsiooniga B Lorentzi jõud FL=qvBsinα, kus  α on nurk osakese liikumissuuna ja magnetvälja suuna vahel.
Lorentzi jõud on suunatud alati risti nii liikumise suunaga kui ka magnetvälja suunaga.
Kui kehale mõjuv jõud on risti keha liikumissuunaga, siis kallutab jõud keha algsest liikumissuunast kõrvale. Kuna Lorentzi jõud mõjub risti kiirusega, siis põhjustab Lorentzi jõud ringjoonelist liikumist, pöörates osakest kogu aeg ühes suunas, nii et trajektooriks on ringjoon . See ringjoon tekib samasse tasandisse osakese kiiruse ja Lorentzi jõuga ning on risti magnetinduktsiooni vektoriga.
Pööriselektriväli ja induktsiooni elektromotoorjõud.
Induktsioonivool ja pööriselektriväli.
Juhtme liikumine magnetväljas tekitab juhtmes induktsioonivoolu, mille suund on vastupidine mootori korral toiteallika poolt tekitatud voolule. Nende kahe voolu vastassuunalisuses juhtmelõigu sama liikumissuuna korral avaldub Lenzi reegel. Samas ei tohi unustada, et mootori korral on uuritav mähisekeerd tarviti, generaatoris aga vooluallika rollis. Kui vaatleja täheldab elektrivoolu olemasolu ning teab, et vool on tingitud samas suunas toimivast elektriväljast, siis on vaatleja registreerinud ka elektrivälja. Selle elektrivälja tekkepõhjuseid võib vaatleja edaspidi uurida, kuid tal pole põhjust kahelda välja olemasolus. Magnetvälja muutumisel tekkiva elektrivälja suhtes pole enam rakendatav potentsiaali mõiste. Meil ei ole ju mingit alust eelistada suletud kontuuri mingit kindlat punkti teistele ja väita, et just selle punkti potentsiaal on kõrgem kui mõnel teisel punktil. Tekkiv elektriväli ei ole potentsiaalne, tema jõujooned on alguse ja lõputa kinnised jooned ehk pöörised. Seetõttu nimetatakse niisugust elektrivälja pööriselektriväljaks. Magnetväljas liikuva juhtmelõigu otstel tekkiv pinge
Kui me tekitame selles juhtmes meie poole suunatud voolu I, siis hakkab juhtmele Ampere’i seaduse ja vasaku käe reegli kohaselt mõjuma ülespoole suunatud magnetjõud (J.2.9). Võimaluse korral hakkab juhe selles suunas liikuma.
Kirjeldame nähtust kokkuvõtlikult kujul: elektrivool + magnetväli → liikumine.
mis juhtub siis, kui me niisugust magnetväljas asetsevat juhet ise ülespoole liigutame. Laengukandjad juhtmes liiguvad koos juhtmega üles ja neile hakkab mõjuma meist eemale suunatud Lorentzi jõud FL. Juhtmes tekib induktsioonivool Iind. Nähtust võib kokkuvõtlikult kirjeldada kujul: magnetväli + liikumine → elektrivool. Niisiis on elektromagnetilise induktsiooni näol tegemist omalaadse pöördprotsessiga magnetjõu tekkimisele. Pööriselektrivälja jõujooned on kinnised, alguse ja lõputa jooned, nii nagu magnetvälja jõujoonedki. Jõu Fk mõjul liikuvat juhtmelõiku ümbritseb ja läbib pööriselektriväli E samamoodi nagu magnetväli B ümbritseb ja läbib püsimagnetit. joonisel A- liikuva juhtme pööriselektriväli. Joonisel B- püsimagneti magnetväli.
Vaatleme nüüd isoleeritud juhtmelõiku, mis liigub kiirusega v magnetväljaga ristuvas suunas ning on ka ise risti selle suunaga.Koos juhtmega üles liikuvatele positiivsetele laengukandjatele (laenguga q) mõjub Lorentzi jõud FL=qvB . Laengukandjad liiguvad selle magnetjõu mõjul piki juhet tahapoole, aga juhtmest välja nad ei pääse. Juhtme otsad laaduvad eri märgiliselt ja juhtmes tekib ettepoole suunatud elektriväli. Laengukandjate liikumine kestab seni, kuni neile mõjuv elektrijõud Fe=qE , magnetjõu tasakaalustab. Vastav elektrivälja tugevus E on väljendatav pinge kaudu E=Ul, kus l on juhtmelõigu pikkus ( algkujus tähis d). Tasakaalu tingimuse FL=Fe võib siis esitada kujul qvB=qUl, millest tulenevalt võime juhtmelõigu otstele indutseeritava pinge avaldada kujul U=vlB.
Pinge tekkimine juhtmes, mille liikumissuund moodustab magnetväljaga nurga a.
Elektrijõu Fe ja magnetjõu Fl tasakaal liikuvas juhtmelõigus.
Juhul kui juhtme liikumissuund moodustab magnetväljaga mingi nurga α, mis ei ole täisnurk, siis põhjustab Lorentzi jõudu vaid liikumissuunaga ristuv B-vektori komponent  Br=Bsinα (J.2.13). Liikumisel magnetvälja sihis ju teatavasti magnetjõudu ei teki (p.2.1.3). Indutseeritud pinge avaldis võtab kuju- U=vlBr=vlBsinαU=vlBr=vlBsin⁡α
Induktsiooni elektromotoorjõud
Elektromotoorjõud (tähis ε ehk suur ümmargune E) iseloomustab üldjuhul vooluallikas toimivaid mitteelektrilisi jõude ehk kõrvaljõude. Elektrivoolu püsimiseks keemilist vooluallikat ( patareid või akut) sisaldavas vooluringis tuleb vooluallika positiivselt pooluselt ehk plussklemmilt läbi vooluringi miinusklemmile jõudnud positiivsed laengukandjad viia läbi vooluallika uuesti plussklemmile. Järelikult tuleb neid nihutada vastupidiselt elektrijõu suunale. Seda suudavad teha ainult kõrvaljõud. Elektromotoorjõud on võrdne kõrvaljõudude tööga Ak ühikulise suurusega laengu ühekordsel läbiviimisel kogu vooluringist: E=Akq. Lihtne elektriline vooluring , milles EMJ tekitav seade teeb tööd laengukandjate nihutamisel ja säilitab takistis takistusega R ajas muutumatu voolu I.
Keemilise vooluallika korral teeb kõrvaljõud selle töö ära vooluallika sees, tekitades vooluallika pooluste vahel elektrivälja, mistõttu laengukandjad saavad väljaspool vooluallikat ehk vooluringi välisosas liikuda juba elektrijõu mõjul. See energia, mille arvel laengukandjad suunatud liikumist takistavate jõudude kiuste kogu vooluringi läbivad, tuleb lõppkokkuvõttes kõrvaljõult. Keemilise vooluallika korral on laengukandjate liikumine vahetult kõrvaljõu toimel vooluallika sees ja elektrijõust põhjustatud laengukandjate liikumine vooluringi välisosas ruumiliselt lahutatud. Seepärast võime EMJ käsitleda kui suurimat pinget, mida keemiline vooluallikas on suuteline oma klemmidele tekitama. Elektromagnetilise induktsiooni korral võib aga üksainus kinnine juhtmerõngas olla üheaegselt nii vooluallika kui vooluringi välisosa rollis. Kõrvaljõu ja elektrijõu toimete ruumilist lahutatust ei ole ning potentsiaali ja pinge mõistetel puudub sisu, kui tõlgendada pinget vaid elektrijõudude tööna ühikulise laengu viimisel ühest punktist teise (p.1.7.4). See ongi peapõhjuseks, miks jätkuvalt kasutatakse kõlaliselt mõnevõrra eksitavat mõistet elektromotoorjõud. EMJ pole ju jõud ja tema ühikuks pole njuuton . EMJ on töö ja laengu suhe ehk pinge ja tema ühikuks on volt. Kuid nii öeldes peame mõistma pinge all kõigi liikumapanevate jõudude (ka kõrvaljõudude) tööd ühikulise laengu nihutamisel. Olles selles kokku leppinud, võime EMJ käsitleda kui kõikide pingete summat kinnises vooluringis. Mingi juhtmelõigu liigutamisel magnetväljas tuleb teha tööd mitte ainult mehaanilise hõõrdejõu ületamiseks, vaid ka laengukandjate liikumapanemiseks juhtmega ühendatud vooluringis, juhul kui see vooluring on olemas. Elektromagnetilist induktsiooni võib vaadelda kui omalaadset ,,lisahõõrdumist" magnetväljas. Kui induktsioonivool viib positiivse ühikulise laengu üks kord läbi tekkiva vooluringi, siis kõrvaljõu poolt selleks tehtavat tööd nimetatakse induktsiooni elektromotoorjõuks. Ülaltoodu põhjal võib induktsiooni elektromotoorjõudu tõlgendada ka kui pinget, mis tekib katkestuskohas, kui me kasutame elektromagnetilisel induktsioonil põhinevat vooluallikat ja katkestame kuskil vooluringi. Lihtsaimaks selliseks vooluallikaks ongi liikumisel magnetvälja jõujooni lõikav juhtmetükk .
Kokkuvõte. Induktsioonivoolu tekkimine. Jõud, mis nihutab juhet magnetväljas, paneb elektromagnetilise induktsiooni teel laengukandjad juhtmes liikuma. Kui liikuv juhe on osa vooluahelast, siis esineb selles ahelas induktsioonivool.
Pööriselektriväli. Pööriselektriväljaks nimetatakse elektrivälja, mille jõujooned on kinnised jooned ehk pöörisjooned. Selline elektriväli tekib magnetvälja muutumisel. Magnetväljas liikuva juhtmelõigu otstel tekkiv pinge-Magnetväljas liikuva juhtmelõigu otstel tekkiv pinge avaldub kujul U=vlBsinα, kus v on juhtmelõigu liikumise kiirus magnetvälja tekitaja suhtes, B – magnetinduktsioon , l – juhtmelõigu pikkus ja α – nurk liikumise suuna ning magnetvälja suuna vahel.
Induktsiooni elektromotoorjõud- Induktsiooni elektromotoorjõuks nimetatakse tööd, mida juhet liigutav kõrvaljõud teeb ühikulise positiivse laengu ühekordseks läbiviimiseks vooluringist.
Faraday katsed. Faraday tegi elektromagnetilise induktsiooni uurimisel väga palju katseid. Kui kasutada on tester või mõni muu voolutundlik mõõteriist, siis võib neid katseid vastava huvi olemasolu korral teostada ka kodustes tingimustes. Faraday katsed võiks jagada kolme gruppi, mida järgnevalt ka eraldi vaatleme.
1.Püsimagneti liikumine juhtme suhtes- Põhiliseks katsevahendiks elektromagnetilise induktsiooni uurimisel on torukujulisele isoleerivale südamikule keritud juhtmepool. Kõigis allpool kirjeldatud katsetes on vaja koguni kahte niisugust pooli. Pooli võib valmistada ka ise sobiliku jämedusega (0,3-0,5 mm) vasktraadist. Sellist traati võib osta enam-vähem suvalisest elektridetailide poest.Traat tuleb tihedalt kerida silindrilisele papist või plastikust torukesele. Mähis võiks olla 2-3 cm pikkune ja sisaldada ülestikku vähemalt 5 kihti kõrvuti asetsevaid juhtmekeerde. Et mähis traadi elastsuse tõttu laiali ei laguneks, on soovitatav iga kiht pärast kerimise lõpetamist kleepribaga fikseerida. Sellise katseseadmega on lihtne veenduda, et muutuv magnetväli kutsub poolis esile induktsioonivoolu. Tekkinud voolu võib registreerida tundliku ampermeetrina töötava testri abil. Magnetvälja on kõige lihtsam muuta, torgates pikergust püsimagnetit pooli sisse. Kirjeldatud katse on põhimõtteliselt teostatav ka üheainsa juhtmekeeruga. Niisugusel juhul on tekkiv induktsioonivool aga niivõrd nõrk, et seda on raske mõõta. Pooli korral liituvad üksikutes keerdudes tekkinud elektromotoorjõud, sest keerud toimivad jadamisi ühendatud vooluallikatena. Seetõttu saame ka mõõtmiseks piisavalt tugeva induktsioonivoolu. Lõigus dc indutseeritakse selle tagajärjel meie poole (c→d) suunatud vool. Seevastu lõigus gh kulgeb induktsioonivool meist eemale (g→h) ja juhtmekeerus tervikuna (ülalt vaadates) päripäeva.
Püsimagneti lähendamisel juhtmekeerule tekib selles keerus vool.
Induktsioonivoolu magnetvälja suuna määramine.
Parema käe rusikareegli abil võib veenduda selles, et induktsioonivoolu magnetväli on joonisel suunatud ülalt alla, niisiis vastupidiselt juhtmekeerus tugevnevale püsimagneti väljale. Induktsioonivool takistab sellesama magnetvälja kasvu, mis voolu esile kutsus. Tasub ka rõhutada, et induktsioonivool on olemas vaid seni, kuni juhtmekeerd püsimagneti jõujoonte suhtes liigub. Kui lõpeb liikumine, siis saab laengukandjatele mõjuv Lorentzi jõud nulliks, sest v=0.
Vooluga juhtme liikumine teise juhtme suhtes- Magnetvälja põhjustajana võib püsimagneti asemel kasutada ka vooluga pooli.
Vooluga pooli nihutamisel juhtmekeeru suhtes tekib keerus induktsioonivool.
Kui me asendame kujutatud katses püsimagneti pooliga, siis tekib ülemises juhtmekeerus induktsioonivool täpselt samamoodi nagu püsimagneti korral. Nii on see muidugi eeldusel, et juhtmekeerdu lähendatakse poolile ja pooli magnetväli on suunatud alt üles. Pooli magnetväljal on selline suund juhul, kui vool pooli keerdudes kulgeb ülalt vaadates vastupäeva (meie silme ees vasakult paremale). Induktsioonivool ise on kirjeldatavas katses teatavasti suunatud päripäeva (külgvaates paremalt vasakule). Seega on induktsioonivoolu suund vastupidine voolu suunale indutseerivat magnetvälja tekitavas poolis. Püüdkem iseseisvalt veenduda selles, et juhtmekeeru kaugenemisel poolist on ka induktsioonivool suunatud vastupäeva. Mõlemad vaadeldavad voolud on sel juhul samasuunalised.
Vooluga juhtme (1) lähendamisel teisele juhtmele (2) tekib selles juhtmes induktsioonivool.
Katsetamisel südamikuta poolidega võib induktsioonivool osutuda liiga nõrgaks. Sel juhul võib voolu tugevdada, paigutades eelnevalt poolide sisse raudsüdamikud (näiteks suured raudpoldid). Rauas on magnetinduktsioon palju suurem kui õhus. Seetõttu on suuremad ka magnetinduktsiooni muutused, millest omakorda sõltub induktsioonivoolu tugevus. Analoogilised nähtused leiavad aset ka kahe paralleelse sirgjuhtme korral, millest ühes voolab alalisvool (J.2.19). Kui me nihutame üht juhet teisele lähemale, siis lõikavad vooluga juhtme 1 magnetvälja jõujooned vooluta juhet 2. Vasaku käe reegli kohaselt mõjub positiivsetele laengukandjatele juhtmes 2 meie poole suunatud Lorentzi jõud. Juhtmes 2 tekib seeläbi induktsioonivool, mille suund on vastupidine juhtmes 1 kulgeva voolu suhtes. See arutlus jääb kahjuks vaid teoreetiliseks, sest üksiku voolujuhtme magnetväli on väga nõrk ja tekkivat induktsioonivoolu on väga raske mõõta.
Voolu muutumine juhtmes- Kõigil seni vaadeldud juhtudel põhjustab elektromagnetilist induktsiooni puhtmehaaniline liikumine. Uuritav juhe liigub magnetvälja tekitaja suhtes. See aga ei pea alati nii olema. Magnetvälja võib muuta ka seda välja tekitava voolu muutmise teel juhtmes, nii et juhtmed jäävad paigale. Teatavasti toimis just nii ka Faraday oma esimeses katses.
Voolu sisselülitamine ühes juhtmes indutseerib vastupidise suunaga voolu naaberjuhtmes: a) katseseade , b) juhtme 1 magnetväli levib juhtme 2 poole.
Vaatleme näitena jällegi kahte paralleelset sirgjuhet, millest üks on läbi lüliti ühendatud vooluallikaga (J.2.20, a). Lüliti sulgemisel suureneb voolutugevus juhtmes nullist kuni mingi lõppväärtuseni I. Vastavalt kasvab ka selle voolu magnetväli. Magnetvälja tugevnemine on aga samaväärne lähenemisega välja tekitavale juhtmele. Me teame ju (, p.1.5.3), et vooluga sirg juhtme magnetinduktsioon on pöördvõrdeline kaugusega sellest juhtmest. Niisiis mõjub juhtmest 1 tingitud magnetvälja levik juhtme 2 suunas (J.2.20, b) laengukandjatele samamoodi nagu juhtme 2 liikumine juhtme 1 poole. Eelmisest alapunktist teame, et seda laadi liikumine indutseerib juhtmes 2 meie poole suunatud voolu (J.2.19). Voolu sisselülitamine juhtmes tekitab vastupidise suunaga voolu naaberjuhtmes.
Kokkuvõte- Liikuva magneti mõju juhtmes- Liikuv püsimagnet tekitab voolu lähedalasuvas juhtmes.
Vooluga juhtme mõju naaberjuhtmes- Vooluga juhtme liikumine tekitab magnetvälja vahendusel voolu naaberjuhtmes
Voolu muutuse mõju naaberjuhtmes- Voolu muutus juhtmes tekitab vastava magnetvälja muutuse kaudu voolu naaberjuhtmes.
Faraday induktsiooniseadus
Induktsiooni elektromotoorjõudu mõjutavad suurused. Oleme nüüd päris palju tegelenud pööriselektrivälja tekkimisega magnetvälja muutumisel. Aga mis tähendus on üleüldse sõnadel magnetväli muutub? Millise füüsikalise suuruse muutumisest on jutt? Elektromagnetilise induktsiooni nähtus esineb teatavasti ka homogeenses magnetväljas (p.2.2.1). Seega ei saa otsitavaks muutuvaks suuruseks olla magnetinduktsioon B. Vajalik suurus tuleb meil alles määratleda. Järgnevas katseseerias uurime, millest sõltub induktsiooni elektromotoorjõud.
Ühendame juhtmepooli külge voolutundliku mõõteriista. Kinnitame pooli sisse mahtuva raudpoldi otsa tugeva püsimagneti, muutes niiviisi ka poldi magnetiks. Pistame nüüd poldi pooli sisse, tehes seda ligikaudu ühe sekundi jooksul ja fikseerime poolis tekkiva induktsioonivoolu väärtuse.
Esimesest katsest võime järeldada, et suurem elektromotoorjõud tekib poolis siis, kui magnetinduktsioon pooli asukohas rohkem muutub. Täpsemad mõõtmised näitavad, et induktsiooni elektromotoorjõud on võrdeline suuruse B muutusega. Järelikult on elektromagnetilise induktsiooni nähtuse kirjeldamiseks vajalik suurus võrdeline magnetinduktsiooniga B.
Teisest katsest võime järeldada, et füüsikaline suurus, mille muutumine on vajalik elektromagnetilise induktsiooni tekkimiseks, peab olema (vähemasti ligikaudu) võrdeline pindalaga S, mida läbivad muutuva magnetvälja jõujooned.
Nagu näeme, sõltub induktsioonivool ja järelikult ka induktsiooni elektromotoorjõud nurgast β pooli telje ja muutuva magnetvälja suuna vahel. Seda sõltuvust kirjeldav nurgafunktsioon peab olema maksimaalne juhul, kui nurk on null. Ise peab see funktsioon aga nullistuma täisnurga korral.
Magnetvoo mõiste- Ülalkirjeldatud katsete tulemuste kokkuvõtlikuks esitamiseks on võetud kasutusele füüsikaline suurus nimega magnetvoog . Magnetvoog Φ näitab, millisel määral läbivad magnetvälja jõujooned vaadeldavat pinda selle pinna suuruse ja asendi tõttu magnetväljas. Piltlikult öeldes näitab magnetvoog pinda läbivate jõujoonte arvu. Loomulikult on see arv eelkõige määratud jõujoonte tihedusega, mida teatavasti iseloomustab magnetinduktsioon.
Magnetvoog läbi vaadeldava pinna on võrdeline magnetinduktsiooniga B. Samas läheb pinnast rohkem jõujooni läbi ka siis, kui pind ise on suurem ning jääb seetõttu jõujoontele rohkem "ette". Magnetvoog on võrdeline pinna pindalaga S. Jõujoonte kindla tiheduse (B) ja pinna pindala (S) korral sõltub pinda läbiv magnetvoog B-vektori suunast pinna suhtes. Kui pind on B-vektoriga risti (β=0), siis läbib pinda suurim arv jõujooni (J.2.24, a). Sel korral on tegemist suurima magnetvooga. Kui nurk β B-vektori ja pinna normaali vahel erineb nullist, siis on pinda läbivate jõujoonte arv väiksem (J.2.24, b). Seega on väiksem ka magnetvoog. Kui aga nurk β on täisnurk (β=π/2), siis on magnetvälja jõujooned pinnaga paralleelsed. Mitte ükski jõujoon ei läbi pinda. Magnetvoog on null (J.2.24, c). Magnetvoog on maksimaalne nulliga võrduva nurga β korral ning saab ise nulliks, kui see nurk on täisnurk. Seega on magnetvoog võrdeline koosinusega nurgast β magnetvälja suuna ja pinna normaali. Kõik ülaltoodu võib kokku võtta magnetvoo defi­nit­siooni­valemisse Φ=BScosβ. Magnetvoog on skalaarne (suunata), kuid algebraline suurus. Magnetvoo algebralisus tähendab seda, et sõltuvalt magnetvälja suunast võib voog olla nii positiivne kui ka negatiivne suurus. Magnetvoo mõõtühikuks SI-süsteemis on üks veeber (1Wb). Üks veeber on magnetvoog, mis läbib 1 m2 suurust magnetvälja suunaga ristuvat pinda, kui välja magnetinduktsioon on 1T. Ühe veebri defineerimisel kasutatakse niisiis valemi 2.5 erijuhtu , mil β=0, seega cosβ=1 ja järelikult Φ=BS, millest 1Wb=1T⋅1m21Wb=1T⋅1m2
Faraday induktsiooniseadus- Induktsioonivool ja ka vastav elektromotoorjõud %i on seda suuremad, mida kiiremini (s.t mida lühema ajavahemiku Δt jooksul) magnetvälja muutus toimub. Kasutades magnetvoo mõistet, võib kõigi Faraday katsete tulemuse üldistada kujul Ei=−kΔΦΔtEi=−kΔΦΔt. mis näitab, et induktsiooni elektromotoorjõud on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. See ongi elektromagnetilise induktsiooni põhiseadus ehk lihtsalt Faraday induktsiooniseadus. Mõistagi on jutt magnetvoost läbi pinna, mis on piiratud vaadeldava juhtmekeeruga. Pooli korral liituvad üksikutes keerdudes tekkivad elektromotoorjõud. Siis tuleb magnetvoo all mõista voogu läbi summaarse keerdudest piiratud pinna ning arvestada ka keerdude magnetväljade vastastikust mõju. Miinusmärk näitab toimuva muutuse suunda.
Induktsioonivoolud ei teki ainult laboritingimustes. Kui Päikeselt lähtuv, virmalisi tekitav elektrijuga (vool) ionosfääris tekitab muutuva magnetvoo läbi vertikaalse kontuuri, mille moodustavad elektriliinid, Maa pind ja transformaatorite maandusjuhtmed, indutseeritakse selles juhtivas kontuuris vool IGIV . Tugevad päikesetormid on sel kombel rivist välja löönud terveid elektrijaotussüsteeme. Võrdetegur k sõltub mõõtühikute süsteemi valikust. SI-s k=1 ja järelikult Ei=−ΔΦΔtEi=−ΔΦΔt.
Kokkuvõte- Magnetvoog Φ näitab, millisel määral läbivad magnetvälja jõujooned vaadeldavat pinda. Magnetvoog avaldub kujul Φ=BScosβΦ=BScos⁡β kus B on magnetinduktsioon, S – pinna pindala ning β – nurk pinna normaali ja magnetvälja suuna vahel. Üks veeber (1Wb) on magnetvoog, mis läbib 1m2 suurust magnetvälja suunaga ristuvat pinda, kui välja magnetinduktsioon on 1T. Seega 1Wb=1T⋅1m21Wb=1T⋅1m2. Kehtib Faraday induktsiooniseadus, mille kohaselt juhtmekontuuris tekkiv induktsiooni elektromotoorjõud on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. Ühikusüsteemis SI: Ei=−ΔΦΔtEi=−ΔΦΔt kus ΔΦ on magnetvoo muutus kontuuris ja Δt – ajavahemik, mille jooksul see muutus toimus.
Lenzi reegel. Induktsiooniseaduse rakendused- Magnetvälja kahanemise korral on aga kõik teisiti. Püsimagneti eemaldamisel poolist on induktsioonivoolu magnetväli samasuunaline püsimagneti väljaga ning takistab magnetvälja kahanemist. Juhtmepoolide eemaldamisel teineteisest on ühes poolis indutseeritav vool samasuunaline vooluga teises poolis. Voolu väljalülitamine ühes juhtmes indutseerib samasuunalise voolu naaberjuhtmes. Seega soodustab induktsioonivool alati olemasoleva olukorra säilimist. Lenzi reegli mõned sõnastused- 1. induktsioonivoolu suund on selline, et tema magnetväli kompenseeriks muutust, mis voolu põhjustab; 2. induktsioonivool toimib alati vastupidiselt seda voolu esile kutsuvale põhjusele; 3. kui välismõju tingib magnetvoo kasvu kontuuris, siis on induktsioonivoolu magnetväli välise magnetvälja suhtes vastassuunaline (takistab kasvu). Kui aga välismõju põhjustab magnetvoo kahanemist, siis on induktsioonivoolu magnetväli välise magnetväljaga samasuunaline (takistab kahanemist). Induktsioonivool püüab kahanevat magnetvoogu alal hoida. Seetõttu loetakse induktsiooni elektromotoorjõudu ja voolutugevust positiivseteks.
Induktsiooniseaduse rakendusi.
Selliseid voolusid nimetatakse pöörisvooludeks, kuna neid tekitab elektromagnetilisel induktsioonil esinev pööriselektriväli. Kui mingi metallkeha magnetväljas liigub, siis pöörisvoolude olemasolu pidurdab seda liikumist. Keha kui terviku liikumise kineetiline energia läheb üle laengukandjate liikumise energiaks selles kehas. Võib ka öelda, et laengukandjad liiguvad pööriselektrivälja energia arvel. Elektritakistuse olemasolu tõttu eraldub see energia aga soojusena. Kineetiline energia muundub soojuseks nii nagu tavalisel hõõrdumisel.
Kokkuvõte- Lenzi reegel- Induktsioonivool soodustab alati olemasoleva olukorra säilimist. Kehtib Lenzi reegel, mille kohaselt induktsioonivool toimib alati vastupidiselt voolu esile kutsuvale põhjusele. Lenzi reegel ja Faraday induktsiooniseadus- Lenzi reeglit väljendab miinusmärk Faraday induktsiooniseaduses.
Induktiivsus ja mahtuvus . Endainduktsiooni elektromotoorjõud- Oleme juba korduvalt täheldanud induktsiooni elektromotoorjõu tekkimist poolis, mille keerde läbivat magnetvoogu väljastpoolt muudetakse. Näiteks katsetes kahe pooliga (p.2.4.1) toimub see teises poolis voolu sisse- või väljalülitamise teel. Kuid ka magnetvälja tekitavas poolis esineb voolu kasvul või kahanemisel magnetvoo muutus. See muutus tekitab induktsiooni elektromotoorjõu, mis Lenzi reegli kohaselt takistab muutust ning järelikult pidurdab voolu kasvu või kahanemist. Niisiis võib juhtmes induktsiooni elektromotoorjõu tekkimiseks vajalik magnetvoo muutus olla põhjustatud ka voolu muutumisest juhtmes endas. Elektromagnetilise induktsiooni nähtuse sellist alaliiki nimetatakse endainduktsiooniks.
Endainduktsiooni olemasolu kindlakstegemiseks võib kasutada Faraday katsete (p.2.3) korraldamiseks valmistatud pooli. Ühendame südamikuta pooli otste külge uue lapiku taskulambipatarei. Kui me voolu ahelas katkestame, siis kuuleme praksatust ja märkame katkestuskohas nõrka elektrisädet. Säde on paremini jälgitav, kui teeme katset hämaras või koguni pimedas toas. Järelikult tekib ahelas voolu katkestamisel täiendav pinge, mis püüab voolu säilitada. ekkiv pinge rakendub katkestuskohas, sest just seda kohta on liikuvatel laengukandjatel kõige raskem läbida. Seal tuleb teha kõige rohkem tööd. Paigutame nüüd pooli sisse raudpoldi ja kordame katset. Näeme, et tekkiv säde on oluliselt tugevam. Vahemik, milles õhk hakkab elektrit juhtima, on tunduvalt laiem. Arvestame, et sädelahendus tekib õhus ühe kindla elektrivälja tugevuse juures (E=3⋅106V/m). Konstantsel väljatugevusel E on kahe punkti vaheline pinge U aga seda kõrgem, mida suurem on nende punktide vahekaugus d (valem U=Ed ). Seega tekib raudsüdamikuga pooli korral suurem pinge. Kuna just raudsüdamikuga poolis tekib suurem magnet- induktsioon , siis võib väita, et see pinge sõltub magnetinduktsioonist poolis või pooli keerde läbivast magnetvoost. Pool hakkab voolu muutumisel toimima vooluallikana, mille elektromotoorjõudu nimetatakse endainduktsiooni elektromotoorjõuks. Vooluringi sulgemisel on pooli kui vooluallika polaarsus patarei omale vastupidine (J.2.27, pool takistab voolu kasvu). Vooluringi katkestamisel aga on pool ja patarei ühesuguse polaarsusega (pool püüab voolu alal hoida).
Katsest 2.5 näeme, et endainduktsiooni nähtus avaldub inertsina laetud osakeste suunatud liikumisele. Endainduktsiooni esinemise korral võtab elektrivoolu tekitamine ja ka peatamine oluliselt rohkem aega võrreldes juhuga, mil endainduktsioon puudub. Tulemus näitab, et sädet tekitav pinge on (vähemasti osaliselt) põhjustatud voolu katkestamisest poolis. Vool raudsüdamikuga pooli sisaldavas ahelas käitub nagu raske raudteerong. Sellist rongi ei saa hetkeliselt liikuma panna ega ka järsult peatada. Palju kuuldud kurvad lood õnnetustest raudteeületuskohtadel ongi ju õigupoolest selle tagajärg, et rasket rongi pole võimalik hetkeliselt seisma jätta. Kuid miks vool mõnes ahelas käitub raske rongina, mõnes aga mitte? Millal esineb endainduktsioon? Ka nendele küsimustele annab vastuse äsja korraldatud katse. Endainduktsiooni tekkimiseks peab voolugakaasnema tugev magnetväli, mis suudab samas mõjutada ka voolu ennast. Täpsemalt öeldes peab vool vaadeldavas juhtmesüsteemis tekitama suure magnetvoo, sest just magnetvoo muutumine kutsub esile induktsiooni elektromotoorjõu. Raudsüdamikuga juhtmepooli korral on magnetvoog oluliselt suurem kui tühjas poolis. NB! Endainduktsioon võib esineda ka meie igapäevases kasutuses olevates elektriseadmetes, näiteks küttekehades on küttetraat tavaliselt spiraaliks keritud. Seega on nende väljalülitumisel võimalik ka sädeme tekkimine, nagu nägime katses 2.5. Selle ärahoidmiseks keritakse traat joonisel kujutatud viisil - vastandsuunaliste vooludega poolides on magnetväli ja seega ka endainduktsioon minimaalsed. Seega on endainduktsiooni esinemine määratud voolu suutlikkusega tekitada antud juhtmesüsteemis magnetvoogu. Juhtmesüsteemi vastavate omaduste kirjeldamiseks on kasutusel füüsikaline suurus, mida nimetatakse juhi induktiivsuseks.
Induktiivsuse mõiste. Juhi induktiivsus L näitab, kui suur endainduktsiooni elektromotoorjõud Ee tekib selles juhis voolutugevuse ühikulisel muutumisel ajaühiku jooksul. Juhi induktiivsus näitab meile, kui suure magnetvoo muutuse tekitab selle juhi korral ühikuline voolu muutus. Veelgi lihtsamalt öeldes näitab induktiivsus vaadeldava juhtmesüsteemi inertsust temas toimuvate voolu muutuste suhtes. Induktiivsuse definitsioonina võib vaadelda nii valemit L=∣∣
∣∣EeΔiΔt kui valemit L=ΔΦΔi.
Elektrimahtuvus . Kondensaatorid Peagi veendume selles, et induktiivsus kirjeldab kehade süsteemi võimet säilitada endas elektrivoolu ja seeläbi tekitada magnetvälja. Mõistagi on kasutusel ka füüsikaline suurus, mis iseloomustab kehade süsteemi võimet salvestada endasse laengut ja seeläbi tekitada elektrivälja. Kõnealuseks suuruseks on elektrimahtuvus, mida me edaspidi nimetame lihtsalt mahtuvuseks. Kallates vedelikku ühekõrgustesse kuid erineva läbimõõduga klaasidesse, näeme otsekohe, et laiemasse klaasi mahub rohkem vedelikku. Suurema läbimõõduga anumal on suurem põhja pindala ja seega ka ruumala (J.2.28). Samamoodi on lood erinevate elektrit juhtivate kehade laadimisel . Ühele kehale "mahub" rohkem laengut kui teisele. Järelikult on mõtet võtta kasutusele keha laadumisvõimet kirjeldav suurus, mida nimetatakse keha mahtuvuseks.
Elektrimahtuvus on erinevatel kehadel erinev analoogiliselt sellele, kuidas me saame erineva läbimõõduga klaase ühe kõrguseni täites valada neisse erineva koguse vedelikku.
Pinge tekkimine kahe keha vahel laengu Q viimisel ühelt kehalt teisele.
Rangelt võttes on mahtuvus alati kahe keha omavaheline mahtuvus. Andes ühele kehale mingi laengu, peame selle mingilt teiselt kehalt ära võtma, kuna kehtib laengu jäävuse seadus. Kahe keha omavaheline mahtuvus näitab, kui suure laengu viimisel ühelt kehalt teisele tekib kehade vahel ühikuline pinge. Mahtuvuse C leidmiseks tuleb üle viidud laeng Q jagada tekkiva pingega C=QUC=QU. Niimoodi võtab kahe keha omavahelise mahtuvuse definitsioon kuju C=ΔqΔuC=ΔqΔu.
Laengu -Q indutseerimine kondensaatori maandatud plaadile .
Nüüd saab meile selgeks elektriseadmete kaitsemaanduse põhimõte, millest oli juttu juba põhikooli Elektriõpetuses. Maandamisel ühendatakse seadme metallkorpus juhtme abil Maaga. See kaitseb seadme kasutajat elektrilöögi eest juhul, kui seadme korpus satub rikke tagajärjel Maa suhtes pinge alla. Kaitsemaandus juhib seadme korpusele sattunud laengu ära Maasse. Maa on aga niivõrd suure mahtuvusega keha, et talle võib anda kuitahes suure laengu, ilma et tema potentsiaal märgatavalt muutuks. Laeng liigub Maasse läbi maandusjuhtme, mitte aga läbi seadme kasutaja keha. Seega on mingi keha maandamine samaväärne suure augu tegemisega niisuguse anuma põhja, millesse vesi mitte mingil juhul koguneda ei tohi. Kui ka vesi eksikombel satub anumasse, jookseb vesi läbi augu otsekohe maha. Kehade süsteemi, mis on loodud mingi kindla mahtuvuse saamiseks, nimetatakse kondensaatoriks. Lihtsaim kondensaator koosneb kahest elektrit juhtivast plaadist ehk kattest, mille vahel paikneb dielektrikukiht. Kondensaatori mahtuvus näitab, kui suure laengu Q andmisel ühele plaadile suureneb plaatidevaheline pinge U ühe ühiku võrra. Seega on kondensaatori mahtuvus sisuliselt tema plaatide omavaheline mahtuvus Kondensaatori laadimiseks reeglina ei võeta laengut ühelt plaadilt, et anda seda teisele plaadile. Piisab vaid ühe plaadi laadimisest. Laetud plaadi elektrivälja mõjul hakkavad laengukandjad teisel plaadil ja sellega ühendatud juhtides liikuma. Näiteks laengu +Q andmisel kondensaatori ühele plaadile omandab teine (algselt neutraalne) plaat sama suure laengu −Q, sest just siis tasakaalustavad plaatide elektriväljad väljaspool kondensaatorit vastastikku teineteist. Samanimeliste laengute tõukumise tõttu lahkub laeng +Q teiselt plaadilt. Laengu −Q saab kergesti teisele plaadile tuua siis, kui plaat on maandatud (J.2.30) ja laeng +Q võib lahkuda Maasse. Ka vooluringis paikneva kondensaatori korral saab laeng teiselt plaadilt alati ära minna. Järelikult on ühe plaadi laadimine samaväärne laengu Q üleviimisega ühelt plaadilt teisele. Mahtuvuse ühik SI-süsteemis kannab M. Faraday auks nime farad . Üks farad (1F) on sellise keha mahtuvus, millele tuleb anda laeng üks kulon , selleks et suurendada tema potentsiaali ühe voldi võrra. Kondensaatori mahtuvus on 1F, kui laengu 1C viimine ühelt plaadilt teisele tekitab plaatide vahel pinge 1V. Seega1F=1C1V. Kuna üks kulon on väga suur laeng, siis ka üks farad on väga suur mahtuvus. Seetõttu kasutatakse praktikas enamasti mikro-, nano - ja pikofaradeid (1F=10−6F, 1nF=10−9F, 1pF=10−12F). Kondensaatoreid võib leida kõikvõimalikes elektroonikaseadmetes, alustades mikrofonidest ning lõpetades näiteks satelliitidega.
Kokkuvõte. Endainduktsioon- Endainduktsiooni nähtuseks nimetatakse elektromagnetilise induktsiooni alaliiki, mille korral magnetvoo muutus on põhjustatud voolu muutusest vaadeldavas juhtmes endas.
Juhi induktiivsus- Juhi induktiivsus näitab, kui suur endainduktsiooni elektromotoorjõud tekib selles juhis voolutugevuse ühikulisel muutumisel ajaühiku jooksul. Induktiivsus näitab ühtlasi kogumagnetvoo muutust juhis juhti läbiva voolu tugevuse ühikulisel muutumisel.
Kahe keha omavaheline mahtuvus- Kahe keha omavaheline mahtuvus näitab, kui suure laengu viimine ühelt kehalt teisele tekitab kehade vahel ühikulise pinge.
Keha mahtuvus- Keha mahtuvus näitab, kui suure laengu andmisel kehale tekib keha potentsiaali ühikuline muutus.
Mahtuvuse mõõtühik Farad- Üks farad (1 F) on sellise keha mahtuvus, millele tuleb anda laeng üks kulon, selleks et muuta tema potentsiaali ühe voldi võrra.
Kondensaator- Kondensaatoriks nimetatakse kehade süsteemi, mis on loodud mingi kindla mahtuvuse saamiseks.
Elektrivälja energia. Elektrivälja olemasolu tähendab teatavasti jõu tekkimise võimalikkust. Analoogiliselt väljendab termin elektrivälja energia seda, et laetud keha võib elektriväljas omada energiat. Asume uurima, kuidas sõltub elektrivälja energia väljatugevusest või potentsiaalist. Kõige lihtsam on seda teha homogeense välja korral, mis täidab kondensaatori plaatide vahelist ruumi. Laetud kondensaatori energia on aga tegelikult tema plaatide vahelist ruumi täitva elektrivälja energia. Paremini mõistame seda siis, kui arvestame, et laetud kondensaator sarnaneb kõrge täidetud veenõuga. Avades nõu põhjas oleva kraani, tekitame veejoa. Juga suudab teha tööd, näiteks panna liikuma vesiratta . Seda tööd tehakse mitte veenõu, vaid vee raskusjõu potentsiaalse energia arvelt. Viimane on aga oma sügavamalt olemuselt Maa gravitatsioonivälja energia. Täpselt niisamuti ei tee tööd mitte kondensaator, vaid temas sisalduv elektriväli. Laetud kondensaator suudab teha tööd tänu sellele, et tööd on tehtud ka tema laadimisel. Kuna katetevaheline pinge muutub laadimise käigus, siis ei saa me tehtavat tööd A otsekohe leida valemist U=Ep1−Ep2q või A=QUA=QU sest me ei tea, missugust pinget kasutada. Mida suurem on kondensaatori katetele juba kogunenud laeng, seda suurem on pinge plaatide vahel ja seda rohkem tuleb kondensaatori täiendaval laadimisel tööd teha. Selleks et leida kogu tööd, mis tehakse kondensaatori laadimisel, tuleb katetele antud laengut Q korrutada mitte pinge lõppväärtusega U, vaid laadimisel esineva keskmise pingega. Pinge kondensaatoril kasvab võrdeliselt laenguga alates nullist kuni lõppväärtuseni U. Keskmine pinge kui pool algväärtuse ja lõppväärtuse summast on seega U/2. Laadimisel tehtud töö või kondensaatoris tekitatud elektrivälja energia avaldub kujul Ee=CU22. kus kogulaeng Q on mahtuvuse definitsiooni põhjal asendatud korrutisega CU ning pinge rollis esineb laadimisprotsessi keskmine pinge U/2. Oleme leidnud kondensaatori elektrivälja energia sõltuvuse plaatidevahelisest pingest ehk ühe plaadi potentsiaalist teise suhtes. Selle energia võib avaldada ka väljatugevuse kaudu. Kuna U=Ed siis plaatide kindla vahekauguse d korral on pinge U ja väljatugevus E omavahel võrdelised. Seega on elektrivälja energia võrdeline ka väljatugevuse ruuduga.
Magnetvälja energia. Oleme juba märkinud, et induktiivsuse osa magnetvälja füüsikas sarnaneb mahtuvuse rolliga elektrivälja käsitlemisel. Mõlemad suurused kirjeldavad mingi keha omadusi. Mahtuvus näitab, kui suur on kondensaatori laengu muutus katetevahelise pinge ühikulisel muutumisel, induktiivsus aga näitab, kui suur on magnetvoo muutus juhtmepoolis, kui seda pooli läbiva voolu tugevust ühiku võrra muudetakse. Voolu katkestamine poolis muudab pooli vooluallikaks, mis muundab voolu magnetvälja energiat elektrienergiaks. Just nimelt magnetvälja nõrgenemisel tekib ju voolu (ja seega ka magnetvälja) säilitada püüdev induktsiooni elektromotoorjõud. Kondensaatoris salvestunud energia sõltub mahtuvusest. Seega võib oodata poolis salvestunud energia samalaadset sõltuvust pooli induktiivsusest. Kuna selle sõltuvuse kuju korrektne tuletamine nõuaks kõrgema matemaatika rakendamist, siis rajame lihtsama käsitluse uuritava elektrinähtuse sarnasusele mingi tuntud mehaanikanähtusega. Teades, et energia on vaid vooluga poolil, võime seostada pooli energiat liikuvate laengukandjate kineetilise energiaga. Mehaanikast hästi tuntud kineetilise energia avaldis. Pooli energia valemis peaks sama rolli mängima suurus, mis on võrdeline laengukandjate suunatud liikumise keskmise kiirusega ning määrab ka otseselt pooli poolt tekitatava magnetvoo. Selliseks suuruseks on voolutugevus. Vooluga pooli energia peaks olema võrdeline voolutugevuse ruuduga. Kineetilise energia avaldises sisaldub aga ka keha mass. Mass kirjeldab keha inertsust kiiruse muutuste suhtes. Mida suurem on mass, seda rohkem aega kulub keha kiiruse muutmiseks. Näiteks võib kiirusega 5 m/s liikuva lapsevankri peatada hetkeliselt. Raske rongi pidurdusteekond on sama kiiruse korral aga juba kümmekond meetrit pikk ja pidurdamine kestab vastavalt kauem. Vooluga pooli energiat võib nimetada magnetvälja energiaks (sellest ka tähis Em). Pooli energia on ju olemas tänu sellele, et pooli juhtmes liikuvatele laengukandjatele mõjub pooli enda magnetväli. Magnetvälja energia all mõtleme me energiat, mida selles väljas omaks magnetiliselt aktiivne keha. Võime järeldada, et nii elektri- kui ka magnetnähtustes on välja energia võrdeline välja jõuparameetri (E või B) ruuduga. See väide kehtib elektromagnetvälja kohta tervikuna. Energeetilises aspektis võime elektromagnetvälja elektri- ja magnetkomponenti kokkuvõtteks võrrelda järgmiselt.
Tabel.
Elektriväli
Magnetväli
Kehade süsteemi võimet tekitada elektrivälja (salvestada laengut) kirjeldab mahtuvus
C=ΔqΔu
selle SI-ühik on farad
1F=1C1V
Juhtmesüsteemi võimet tekitada magnetvälja (salvestada voolu) kirjeldab induktiivus
L=−EeΔiΔt=ΔΦΔi
selle SI-ühik on henri
1H=1V⋅1s1A
 
Kondensaator on kehade süsteem, mis on loodud kindla mahtuvuse saamiseks
Induktiivpool on juhtmesüsteem, mis on loodud kindla induktiivsuse saamiseks
Elektrivälja energia kondensaatoris
Ee=CU22
Magnetvälja energia induktiivpoolis
Em=LI22
Elektromagnetiline levitatsioon. Teeme nüüd ühe mõttelise eksperimendi. Asetame mittemagneetuva elektrijuhi (so elektrijuhi, mis ei tõmbu magneti külge) magneti kohale. Mis juhtub, kui me hakkame seda elektrijuhti magnetitele lähemale nihutama? Lenzi reegel ütleb, et juhis tekivad voolud, mis üritavad magnetvälja muutumise mõju kompenseerida. Juhi ümber tekib püsimagnetile iseloomulik magnetväli, mis üritab juhti tagasi ülespoole lükata. Mida suurem muutus seda suuremad on induktsioonivoolud ja vastav tõukejõud. Elektrijuht peaks siis magneti kohale hõljuma jääma? Miks tavaelus näiteks vasest rõngas neist vooludest välja ei tee ja alla kukub? Põhjus on lihtne – elektrilise takistuse tõttu kustuvad tekkinud induktsioonivoolud väga kiiresti. Aga kui sellist elektrilist takistust ei esineks? Selgub , et paljud ained muutuvad väga madalatel temperatuuridel ülijuhtideks, elekter liigub neis siis ilma igasuguse takistuseta. Sel juhul kirjeldatud mõtteline eksperiment töötab ka reaalselt – magnetite kohal ülijuhtivasse olekusse viidud juht jääb sinna hõljumaTulevik näitab, kas elektromagnetiline levitatsioon ka laiemat rakendust leiab. See on küll üsna kindel, et elektriautod tulevikus ikka ratastel sõidavad - magnetrööbaste ehitamine on ikka väga kallis lõbu. Pealegi on tänapäevased rongid võimelised ka rööbastel väga kiiresti sõitma.