Paradoksi i Faradeit

Paradoksi i Faradeit është çdo eksperiment në të cilin ligji i induksionit elektromagnetik i Michael Faradeit duket se parashikon një rezultat të pasaktë. Paradokset ndahen në dy klasa:

• Ligji i Faradeit duket se parashikon se do të ketë zero forcë elektromotore (EMF), por ka një EMF jo zero.
• Ligji i Faradeit duket se parashikon se do të ketë një EMF jo zero, por ka zero EMF.

Faraday nxori ligjin e tij të induksionit në vitin 1831, pasi shpiku gjeneratorin e parë elektromagnetik ose dinamon, por kurrë nuk ishte i kënaqur me shpjegimin e tij të paradoksit.

Paradoksi i Faradeit është një fenomen në elektromagnetizëm që lidhet me rrotullimin e një disku përçues në një fushë magnetike dhe anomalitë që shfaqen në prodhimin e një rryme elektrike. Ky paradoks buron nga puna e Michael Faraday-it mbi induksionin elektromagnetik dhe sfidon intuitën e ligjeve klasike të elektrodinamikës.

Faraday eksperimentoi me një disk bakri të rrotullueshëm, i njohur si dinamo e Faradeit ose gjeneratori homogjen i Faradeit. Ai vendosi një magnet cilindrik në qendër të diskut, me vijat e fushës magnetike që kalojnë pingul në planin e diskut.

Eksperimentet treguan disa sjellje paradoksale:

1. Rrotullimi i diskut ndërsa magneti rri në vend – Kur disku rrotullohet dhe magneti qëndron i palëvizshëm, shfaqet një diferencë potenciali midis qendrës dhe skajeve të diskut. Kjo është në përputhje me ligjin e Faradeit për induksionin elektromagnetik.
2. Rrotullimi i magnetit ndërsa disku rri në vend – Kur vetëm magneti rrotullohet, por disku mbetet i palëvizshëm, nuk krijohet ndonjë rrymë elektrike e dukshme. Kjo është e çuditshme, sepse fusha magnetike është ende e pranishme dhe pritet të prodhojë një forcë elektromotore.
3. Rrotullimi i diskut dhe magnetit së bashku – Kur të dy rrotullohen në të njëjtin drejtim dhe me të njëjtën shpejtësi, pritej të shfaqej një forcë elektromotore, por në fakt nuk shfaqet. Kjo është veçanërisht paradoksale, pasi sipas formulave klasike, duhej të kishte një ndryshim potenciali.

Paradoksi i Faradeit lidhet me konceptin e fushave magnetike bashkëlëvizëse dhe mënyrën se si fusha magnetike bashkëvepron me elektronet në materialin përçues. Disa interpretime përfshijnë:

• Roli i potencialeve skalare dhe vektorë – Elektrodinamika klasike sugjeron se potenciali vektor mund të ketë një rol kyç në këtë fenomen dhe jo vetëm fusha magnetike si e tillë.
• Referenca relativiste – Nëse analizojmë sistemin në kuadrin e referencës së diskut, fusha magnetike dhe fusha elektrike shfaqen ndryshe, duke ndikuar në lëvizjen e ngarkesave elektrike.
• Teoria e relativitetit special – Disa interpretues përdorin relativitetin special për të shpjeguar se pse fusha elektrike e induktuar ndryshon në varësi të sistemit të referencës.

Paradoksi i Faradeit ka qenë një çështje e rëndësishme në kuptimin e induksionit elektromagnetik dhe elektrodinamikës klasike. Ai kontribuoi në zhvillimin e ideve më të thelluara mbi forcat elektromotore, potencialet dhe interpretimet relativiste të fushave elektromagnetike.  

• Ligji i Faradeit
• Forca e Lorencit

• Michael Faraday, Experimental Researches in Electricity, Vol I, First Series, 1831 in Great Books of the Western World, Vol 45, RM Hutchins, ed., Encyclopædia Britannica, Inc., The University of Chicago, 1952.
• "Induksioni elektromagnetik: fizika dhe rikthimet" (PDF) nga Giuseppe Giuliani – detaje të forcës së Lorencit në diskun e Faradeit
• "Homopolar Electric Dynamo" - përmban derivimin e ekuacionit për EMF të një disku Faraday
• Kolona "Tech Musings" e Don Lancaster, shkurt 1998 - mbi joefikasitetin praktik të diskut Faraday
• "Gegjëza e fundit e Faradeit; A rrotullohet fusha me një magnet?" (PDF) – teori e kundërt, por përmban referenca të dobishme për eksperimentet e Faradeit
• PJ Scanlon, RN Henriksen dhe JR Allen, "Afrimet ndaj induksionit elektromagnetik", Am. J. Phys. 37, 698–708 (1969). – përshkruan se si të zbatohet ligji i Faradeit në diskun e Faradeit
• Jorge Guala-Valverde, Pedro Mazzoni, Ricardo Achilles "Motori homopolar: Një motor i vërtetë relativist," Am. J. Phys. 70 (10), 1052–1055 (tetor 2002). – argumenton se vetëm forca Lorentz mund të shpjegojë diskun e Faradeit dhe përshkruan disa prova eksperimentale për këtë
• Frank Munley, Sfidat ndaj rregullit të fluksit të Faradeit, Am. J. Phys. 72, 1478 (2004). – një diskutim i përditësuar i koncepteve në referencën Scanlon më sipër.
• Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands, "The Feynman Lectures on Physics Volume II", Kapitulli 17 – Përveç "paradoksit" të Faraday-it (ku fluksi i lidhur nuk ndryshon, por nxitet një emf), ai përshkruan eksperimentin e "pllakat lëkundëse" ku fluksi i lidhur është në ndryshime të lidhura, por jo emf. Ai tregon se fizika e saktë jepet gjithmonë nga kombinimi i forcës së Lorencit me ekuacionin Maxwell–Faraday (shih kutinë e citateve) dhe parashtron këto dy "paradokse" të tijat.