Homogén mágneses mezőben kétféleképpen mozgatunk egy drótkarikát, az indukcióvonalakra merőlegesen, illetve ezekkel párhuzamosan. Melyik esetben keletkezik áram a drótkarikában? (A drótkarika síkja merőleges az indukcióvonalak irányára.)
A) Ha a drótkarikát az indukcióvonalakkal párhuzamosan mozgatjuk.
B) Ha a drótkarikát az indukcióvonalakra merőlegesen mozgatjuk.
C) Egyik esetben sem keletkezik áram.
D) Mindkét esetben keletkezik áram.
A) Ha a drótkarikát az indukcióvonalakkal párhuzamosan mozgatjuk.
B) Ha a drótkarikát az indukcióvonalakra merőlegesen mozgatjuk.
C) Egyik esetben sem keletkezik áram.
D) Mindkét esetben keletkezik áram.
Áram akkor keletkezhet a drótkarikában, ha a drótban lévő szabad (vezetési, delokalizált) elektronokat valami mozgásba hozza, körbe-körbe. Ehhez "drótmenti" elektromos mező szükséges, vagyis melynek erővonalai "körbe-körbe" futnak a gyűrű mentén. Másképp fogalmazva indukciós "körfeszültség"-re van szükség.
Ha egy dróthurok mágneses mezőben van, akkor olyan esetben keletkezhet (indukálódhat) benne ilyen elektromos mező, ha a hurkon áthaladó mágneses mező fluxusa (a mágneses "erővonalak száma") időben változik. Ennek egy körbemenetel mentén értelmezhető, indukálódó "körfeszültsége":
\[U_{\mathrm{i}}=\frac{\mathit{\Delta} \mathit{\Phi }}{\mathit{\Delta} t}\]
A hurok $\mathit{\Phi }$ mágneses fluxusa homogén mező esetén a hurok \(A\) keresztmetszetéből és a \(B\) mágneses indukciónak a hurok síkjára merőleges \(B_{\bot}\) összetevőjéből számítható:
$$\mathit{\Phi }=B_{\bot}\cdot A$$
Ha a feladatban szereplő módokon mozgatjuk a hurkot, azok közül egyikben sem változik a dróton átmenő mágneses fluxus, így drótirányú elektromos mező egyik esetben nem indukálódik, ezért áram sem fog folyni.
Precízebb lett volna úgy megfogalmazni a feladat szövegét, hogy a "kétféleképpen mozgatunk egy drótkarikát" kifejezésbe beleírjuk, hogy "egyenletesen", mert ha álló helyzetből az indukcióvonalakra merőlegesen mozgásba hozzuk a drótkarikát, akkor egy kis tranziens áram mgis keletkezik, ugyanis például ha a mágneses erővonalak felfelé futnak, akkor a Lorentz-erő a gyűrű hátsó részébe préseli a gyűrű delokalizált elektronjait. Ez az áram nem körbe-körbe fog folyni a gyűrűben, mert a Lorentz-erő a két oldalsó szakaszon azonos irányba hat, így ellentétes körüljárási irányba hajtja az elektronokat. És csak addig folyik, amíg a Lorentz-erő miatt elmozduló elektronok valamint az eredeti helyükön visszamaradó elektronhiány (mint pozitív töltés) között felépülő elektromos mező olyan erőssé nem válik, hogy már kiegyenlíti a Lorentz-erőt.