Induktion, vad händer på elektronnivå?
Hej! Jag har spenderat många timmar med att försöka visuellt förstå hur elektromagnetisk induktion går till på elektronnivå. Är det någon som har något tips eller kan försöka förklara det på ett bra sätt?
Jag anser mig kunna förstå varför det händer när man flyttar en ledare i ett magnetiskt fält, eftersom de positiva laddningarna då kan ses som en ström i och med att de är i "rörelse", vilket gör att det magnetiska fältet verkar på laddningarna, i bildens exempel så blir det en kraft uppåt när man flyttar stången åt höger, och då laddningarna särar på sig så skapar det en pluspol och en minuspol.
Men jag har jättesvårt att relatera detta och förstå varför induktion händer när ett magnetfälts styrka försvagas eller förstärks och det plötsligt börjar gå ström genom en ledare som försöker motverka skillnaden i magnetfältets styrka.
.jpg?width=80&crop=0,0,80,80)
Det är lite svårt att visa rent matematiskt (definitivt inte på gymnasienivå) men jag kanske kan motivera det lite för dig. Vi kan ta en titt på Maxwell-Faraday-ekvationen, som är en av Maxwells berömda ekvationer, som säger att
.
I VL har vi ett konstigt matematiskt uttryck (som vi struntar i varför det ser ut som det gör) som beskriver egenskaperna hos ett elektriskt fält, i HL har vi tidsderivatan av magnetfältet. Om nu ett magnetfält försvagas eller förstärks så kommer tidsderivatan av magnetfältet vara nollskild, och därmed så är HL i ekvationen ovan nollskild. Eftersom HL är nollskild så måste även VL vara det, så på något sätt måste ett varierande magnetfält ge upphov till ett elektriskt fält! Laddningar i vila påverkas inte av någon kraft från magnetiska fält, men de påverkas ju av krafter från elektriska fält. Det visar sig att detta elektriska fält som skapas från det varierande magnetfältet är just det som driver runt elektronerna och ger upphov till en ström.
Hej!
Om du vill förstå induktion på elektronnivå (vad nu det ordet innebär) så tror jag att du får studera kvantelektrodynamik (quantum electrodynamics) som är en kvantfältteori för det elektromagnetiska fältet.
Induktion kan uppstå genom olika konfigurationer och alla kan förutsägas utifrån Faradays och Lenz lag men utifrån ett klassiskt perspektiv förefaller många av dem orelaterade och vissa kanske rentutav omöjliga att förklara från ett klassiskt mikroskopiskt perspektiv.
Varför en variation i strömstyrkan i en spole kan inducera en variation i strömstyrkan i en angränsande men frikopplad spole är svårt (för mig) att förklara utifrån ett klassiskt mikroskopiskt perspektiv.
I vissa konfigurationer kan man dock härleda ett induktionsfenomen dugligt väl från konceptet Lorentzkraft. I fallet ovan kan man tänka sig att elektronerna i tråden rör sig åt höger och således upplever en magnetiskt inducerad lorentzkraft riktad uppåt i figuren. Denna kraft driver elektronerna norr genom ledaren samtidigt som ledaren driver åt höger vilket yttrar sig som en inducerad spänning över ledaren.
Utan att faktorisera in relativitetsteori riskerar dock ett mikroskopiskt fokus på Lorentzkrafter att man kan råka hamna i till synes paradoxala resonemang och man får bara vara beredd på dem.
Som jag förstod det är TS bara intresserad av vilken mekanism som (klassiskt) är orsaken till varför en ström induceras ur ett varierande magnetfält, och det tycker jag att jag förklarade ovan utan att gå in för mycket i detalj. Det krävs ingen relativitetsteori för att visa hur ett varierande magnetfält kan ge upphov till ett elektriskt fält som i sin tur kan sätta laddningar i rörelse (och därmed ge upphov till en ström).
För att verkligen förstå djupet av detta och se skönheten av elektromagnetism på riktigt krävs givetvis relativitetsteori, men det uppfattade jag inte att TS var ute efter heller.
Jag blandar inte in relativitetsteori i resonemanget det är bara en en-menings kommentar på slutet... edit. men ska erkänna att det inte var så hjälpsamt heller då jag nu ser att OP identifierat den mekanismen i inledningen, fast utan att namnge den.
