Faradayev indukcijski zakon.[1]  Kot začetek proučevanja zakonitosti pojava elektromagnetne indukcije smatramo leto 1831, v katerem je Faraday razkril sledečo eksperimentalno ugotovitev: če se sklenjena prevodna zanka nahaja v magnetnem polju drugih tokokrogov ali trajnih magnetov (oziroma v »tujem« magnetnem polju) in se pretok ftuji skozi njo spreminja, se v zanki inducira električna napetost uind., ki je sorazmerna hitrosti spreminjanja magnetnega pretoka ftuji skozi njo (slika 5),


Slika 5.
Magnetni pretok skozi zanko in inducirana napetost vzdolž zanke.

 

 pri tem pa ni pomemben vzrok, ki botruje spreminjanju pretoka. Za poroditev inducirane napetosti torej ni pomembno, ali se spreminja pretok skozi zanko zato, ker se zanka povečuje ali zmanjšuje, ali zato, ker se premika ali vrti, ali zato, ker se električni tok, ki ta pretok generira, časovno spreminja, ampak je pomembno zgolj in samo to, da se ftuji skozi zanko spremenja.

Nov kamen v mozaik električne indukcije sta dodala Američan Joseph Henry (leta 1832) in Faraday (leta 1834). Neodvisno drug od drugega sta ugotovila, da za inducirano napetost ni odgovorna le hitrost spreminjanja tujega pretoka skozi zanko, ampak je zanjo v enaki meri odgovorna tudi hitrost spreminjanja lastnega magnetnega pretoka oziroma pretoka, ki ga povzroča tok v njej sami (slika 6).


Slika 6.
Celoten magnetni fluks skozi zanko in inducirana napetost vzdolž zanke.

Ugotavljata torej, da je celotna inducirana napetost vzdolž zanke sorazmerna hitrosti spreminjanja celotnega pretoka f skozi zanko:

 

Pojav induciranja napetosti zaradi spreminjanja lastnega magnetnega pretoka skozi zanko imenujemo samoindukcija. Ako je hitrost spreminjanja lastnega pretoka občutno šibkejša od hitrosti spreminjanja tujega magnetnega pretoka, pravimo, da je pojav samoindukcije zanemarljiv.

Ugotovitve Faradaya in Henryja je dopolnil Rus Emil Hristianovič Lenz; leta 1834 je namreč odkril pravilo, ki pravi: magnetni pretok induciranega toka v zanki nasprotuje težnji po spreminjanju magnetnega pretoka skozi njo.

Odprta ostaja še sorazmernostna konstanta k, za katere absolutno vrednost |k| fizik Franz Neumann leta 1845 ugotovi, da je enaka ena. To pomeni, da se je potrebno, med ponujenima možnostma

 

odločiti za pravo, za tisto, ki bo skladna z Lenzovim pravilom in dogovorom, da inducirano napetost vzdolž sklenjene zanke določa vsota napetosti v desno okoli magnetnega pretoka skozi zanko (slika 7).


Slika 7.
Glede na dogovor o desnem označevanju inducirane napetosti okoli pretoka skozi zanko in Lenzovo pravilo je leva enačba neustrezna. Spodnji sliki potrjujeta pravilnost uokvirjene enačbe.

Če bi izbrali levo enačbo in bi pretok f na primer naraščal, bi imela uind. pozitivno vrednost; kot takšna bi težila izzvati induciran tok i, ki bi obkrožil pretok zanke v desno, njegov pretok find. pa bi stremel naraščajoči pretok f še dodatno povečevati, kar je v nasprotju z Lenzovim pravilom. Leva enačba torej ni pravilna; pravilna je desna:[2]

 

Preverimo tudi še njo! Ko bo magnetni pretok f naraščal, bo uind. < 0; tok i bi obkrožil pretok f v levo, njegov pretok find. pa bi stremel naraščanje pretoka f ublažiti; kar je prav! Ko pa bo fluks f skozi zanko usihal, bo uind. > 0; tok i bi obkrožil fluks f v desno, njegov fluks find. pa bi stremel usihajnje fluksa f zavreti; kar je zopet prav![3]

Enačba za inducirano napetost je sicer enaka tisti iz predhodnega razdelka (v katerem smo govorili o gibalni inducirani napetosti), vendar z eno pomembno razširitvijo: inducirana napetost v zanki ni posledica le gibanja v tujem polju, ampak je posledica spreminjanja celotnega magnetnega pretoka skozi zanko, pri čemer pa ni važen vzrok, ki povzroča spreminjanje tega pretoka.

Glede na vzrok induciranja delimo inducirano napetost na transformatorsko in gibalno inducirano napetost. Prvo inducirano napetost povzroča magnetni fluks skozi zanko, ki je spremenljiv zato, ker se spreminja magnetno polje v področju zanke, drugo inducirano napetost pa povzroča magnetni fluks skozi zanko, ki je spremenljiv zaradi gibanja delov zanke ali cele zanke. Ta delitev pa še ne pomeni, da se v neki napravi inducira le prva ali le druga napetost. V mirujoči zanki se more inducirati le transformatorska napetost  (lep primer je transformator, zato tudi takšno ime), v napravah z gibljimi deli (generatorji ali motorji) pa se inducirata največkrat kar obe, redko pa le gibalna. Primer, ki to osvetli, je linearni generator: ko je generator v prostem teku, se inducira le gibalna napetost, brž ko pa vir obremenimo (in se v zanki pojavi tok), se v njem inducira tudi transformatorska napetost, ki je posledica samoindukcije oziroma spreminjanja toka v zanki.


 

[1] Faradayev indukcijski zakon je tretji temeljni zakon elektromagnetike; prvi je Coulombov zakon električne sile med naboji (1785) in drugi je Ampèrov zakon magnetne sile med električnimi tokovodniki (1820). Na njih in zakonu o ohranitvi elektrine ter Lorentzovi sili temelji teorija elektromagnetizma.

[2] Pogosto se sliši, da kdo negativen predznak (v enačbi za inducirano napetost) tolmači s sklicevanjem na Lenzovo pravilo; da pomeni minus »upiranje, Lenzovo upiranje«, kar ni res! Kajti brž ko bi se odločili in desno zamenjali z levim pravilom (kar smemo), da bi napetost zanke oziroma inducirano napetost v zanki definirali z vsoto napetosti v levo okoli magnetnega pretoka, bi bila (v smislu Lenzovega pravila) pravilna izbira enačbe brez minusa. Minus ne pomeni »nekaj upirajočega«, ampak je kvečjemu rezultat korektnih meritev in dogovorov, kako bomo katere zadeve označevali.

[3] Temeljne zakone elektromagnetizma je v natančen matematični red spravil angleški fizik James Clerk Maxwell; enačbe je objavil leta 1865, temeljno delo elektromagnetike, Electricity and magnetism, pa leta 1873.