Odnos toka i magnetskog toka

Iz iskustva je poznato da se u blizini permanentnih magneta, kao i u blizini vodiča sa strujom, mogu uočiti fizikalni učinci, kao što su mehanički udari na druge magnete ili vodiče sa strujom, kao i pojava EMF-a u vodičima koji se kreću u datom prostor.

Neobično stanje prostora u blizini magneta i vodiča s strujom naziva se magnetsko polje, čije se kvantitativne karakteristike lako određuju ovim pojavama: silom mehaničkog djelovanja ili elektromagnetskom indukcijom, zapravo, veličinom induciranom u pokretni vodič EMF.

Fenomen provođenja EMF u vodiču (fenomen elektromagnetske indukcije) javlja se pod različitim uvjetima. Možete pomicati žicu kroz jednolično magnetsko polje ili jednostavno promijeniti magnetsko polje u blizini nepomične žice. U oba slučaja, promjena magnetskog polja u prostoru inducirat će EMF u vodiču.

Jednostavan eksperimentalni uređaj za istraživanje ovog fenomena prikazan je na slici. Ovdje je vodljivi (bakreni) prsten povezan vlastitim žicama s balističkim galvanometrom, otklonom strelice, za koji će biti moguće procijeniti količinu električnog naboja koji prolazi kroz ovaj jednostavni krug. Prvo centrirajte prsten na neku točku u prostoru u blizini magneta (položaj a), a zatim naglo pomaknite prsten (do položaja b). Galvanometar će pokazati vrijednost naboja koji je prošao kroz krug, Q.

Sada postavimo prsten na drugu točku, malo dalje od magneta (u poziciju c), te ga opet istom brzinom naglo pomaknemo u stranu (u poziciju d). Otklon igle galvanometra bit će manji nego u prvom pokušaju. A ako povećamo otpor petlje R, na primjer, zamjenom bakra s volframom, zatim pomičući prsten na isti način, primijetit ćemo da će galvanometar pokazati još manji naboj, ali vrijednost ovog naboja koji se kreće kroz galvanometar će u svakom slučaju biti obrnuto proporcionalan otporu petlje.

Eksperiment jasno pokazuje da prostor oko magneta u bilo kojem trenutku ima neko svojstvo, nešto što izravno utječe na količinu naboja koji prolazi kroz galvanometar kada odmaknemo prsten od magneta. Nazovimo to nečim što je slično magnetu, magnetski tok, a njegovu kvantitativnu vrijednost označavamo slovom F. Obratite pažnju na otkrivenu ovisnost F ~ Q * R i Q ~ F / R.

Zakomplicirajmo eksperiment. Fiksirat ćemo bakrenu petlju na određenoj točki nasuprot magneta, pored njega (na poziciji d), ali sada ćemo promijeniti područje petlje (preklapajući njezin dio žicom). Očitanja galvanometra bit će proporcionalna promjeni površine prstena (u položaju e).

Stoga je magnetski tok F iz našeg magneta koji djeluje na petlju proporcionalan površini petlje. Ali magnetska indukcija B, povezana s položajem prstena u odnosu na magnet, ali neovisna o parametrima prstena, određuje svojstvo magnetskog polja u bilo kojoj razmatranoj točki u prostoru blizu magneta.

Nastavljajući pokuse s bakrenim prstenom, sada ćemo promijeniti položaj ravnine prstena u odnosu na magnet u početnom trenutku (položaj g), a zatim ga zarotirati u položaj duž osi magneta (položaj h).

Imajte na umu da što je veća promjena kuta između prstena i magneta, to više naboja Q teče kroz krug kroz galvanometar. To znači da je magnetski tok kroz prsten proporcionalan kosinusu kuta između magneta i normale na ravninu prstena.

Prema tome, možemo zaključiti da magnetska indukcija B — postoji vektorska veličina, čiji se smjer u danoj točki podudara sa smjerom normale na ravninu prstena u onom položaju kada, kada se prsten naglo odmakne od magneta, naboj Q prolazi duž krug je maksimalan.

Umjesto magneta u eksperimentu možete koristiti zavojnica elektromagneta, pomaknite ovu zavojnicu ili promijenite struju u njoj, povećavajući ili smanjujući tako magnetsko polje koje prodire kroz eksperimentalnu petlju.

Područje kroz koje prodire magnetsko polje ne može nužno biti ograničeno kružnim zavojom, to u načelu može biti bilo koja površina, magnetski tok kroz koji se tada određuje integracijom:

Ispostavilo se da magnetski tok F Je li tok vektora magnetske indukcije B kroz površinu S.A magnetska indukcija B je gustoća magnetskog toka F u određenoj točki polja. Magnetski tok F mjeri se u jedinicama «Weber» — Wb. Magnetska indukcija B mjeri se u jedinicama Tesla — Tesla.

Ako se cijeli prostor oko stalnog magneta ili zavojnice s strujom ispita na sličan način, pomoću zavojnice galvanometra, tada je u tom prostoru moguće konstruirati beskonačan broj takozvanih "magnetskih linija" — vektorske linije magnetska indukcija B — smjer tangenti u svakoj točki koja će odgovarati smjeru vektora magnetske indukcije B u tim točkama proučavanog prostora.

Dijeljenjem prostora magnetskog polja zamišljenim cijevima jediničnog presjeka S = 1 može se dobiti tzv. Jednostruke magnetske cijevi čije se osi nazivaju jednostruke magnetske linije. Koristeći ovaj pristup, možete vizualno prikazati kvantitativnu sliku magnetskog polja, au ovom slučaju magnetski tok će biti jednak broju linija koje prolaze kroz odabranu površinu.

Magnetske linije su kontinuirane, napuštaju Sjeverni pol i nužno ulaze u Južni pol, pa je ukupni magnetski tok kroz bilo koju zatvorenu površinu jednak nuli. Matematički to izgleda ovako:

Promotrimo magnetsko polje omeđeno površinom cilindričnog svitka. Zapravo, to je magnetski tok koji prodire kroz površinu koju čine zavoji ove zavojnice. U tom slučaju, ukupna površina može se podijeliti na zasebne površine za svaki od zavoja zavojnice. Na slici se vidi da su površine gornjeg i donjeg zavoja zavojnice probodene s četiri jednostruke magnetske linije, a površine zavoja u sredini zavojnice s osam.

Da bismo pronašli vrijednost ukupnog magnetskog toka kroz sve zavoje zavojnice, potrebno je zbrojiti magnetske tokove koji prodiru kroz površine svakog od njegovih zavoja, odnosno magnetske tokove povezane s pojedinačnim zavojima zavojnice:

F = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7 + F8 ako u zavojnici ima 8 zavoja.

Za primjer simetričnog namota prikazan na prethodnoj slici:

F gornji zavoji = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F donjih okretaja = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

F ukupno = F gornji zavoji + F donji zavoji = 44.

Ovdje se uvodi koncept "spoj protoka". Veza za strujanje Ukupni magnetski tok povezan sa svim zavojima zavojnice, numerički jednak zbroju magnetskih tokova povezanih s njegovim pojedinačnim zavojima:

Fm je magnetski tok koji stvara struja kroz jedan okretaj zavojnice; wé — efektivni broj zavoja u zavojnici;

Povezivanje toka je virtualna vrijednost jer u stvarnosti ne postoji zbroj pojedinačnih magnetskih tokova, već postoji ukupni magnetski tok. Međutim, kada je stvarna raspodjela magnetskog toka po zavojima zavojnice nepoznata, ali je odnos toka poznat, tada se zavojnica može zamijeniti ekvivalentnom izračunavanjem broja ekvivalentnih identičnih zavoja potrebnih da se dobije potrebna količina magnetskog toka.