Vad är en inducerad ström?

En sluten elektrisk krets med energi flödande illustrerar de två delarna av den elektromagnetiska kraften: elektricitet och magnetism. Elektricitet produceras när elektroner trycks genom en ledande tråd av en spänningskälla – till exempel ett batteri. Den ursprungliga tråden har inte bara ett flöde av elektroner, den producerar också ett magnetfält runt det flödet. Dessa beteenden av elektromagnetisk energi kommer parade: flödet av elektroner och det magnetiska fält som flödet skapar. Om en tråd i vilken elektroner strömmar förs nära en annan tråd, kommer magnetfältet i den första tråden att inducera ett flöde – en inducerad ström – längs den andra tråden.

År 1831 publicerade Michael Faraday sin upptäckt att en ström i en tråd kunde inducera ström i en annan tråd. År 1862 beskrevs detta fenomen med inducerad ström matematiskt av James Clerk Maxwell; den baserades på ekvationer för kollegor som hade beskrivit andra energiutbyten, såsom stressflöden i fasta ämnen och vätskeflöden i vätskor. Maxwells ekvation belyser orsakerna till inducerad ström, eller induktans, genom att visa att flödet av elektricitet kan mätas på två sätt: som ett spänningsfall som tvingar fram elektronflödet och som ett magnetiskt flödesfält, med ursprung i flödet.

Inducerad ström kan förstärkas när en elektriskt ledande tråd tvingas in i en tät spole i riktning mot en ström. En transformator fungerar genom att placera spolar från två kretsar parallella och nära varandra så att elektrisk energi överförs från en krets till nästa. Denna induktiva koppling sker när magnetfälten som emanerar från spolarna skär varandra i fas och överför en maximal mängd energi. Denna växling liknar den knuff som ges ett barn på en gunga: om knuffen är rätt tidsinställd, drivs gungan uppåt med maximal hastighet.

När en tråd med ström lindas runt en järnstav kan den producera ett magnetfält som kan attrahera eller stöta bort magnetfältet hos en annan sådan elektromagnet. En motor och en generator består var och en av två magneter, en rörlig och en fast. Den rörliga magneten, när den kommer i kontakt med den stationära magneten, inducerar en förändring i elektronflödets riktning, vilket resulterar i att magneterna stöter bort varandra. Denna förändring i riktningen av inducerad ström skapar ett alternerande tryck och drag, vilket får den rörliga magneten att rotera. Induktans kan arbeta i motsatt riktning när mekanisk energi från en roterande propeller som är fäst vid en generatormagnet tvingar flödet av elektroner in i lagringsbatterier.