Ohmov zakon za magnetski krug
Da nije bilo magnetskih tokova, malo je vjerojatno da bi moderna elektrotehnika postojala. Na korištenju magnetskog polja i svojstava magnetskog toka temelji se rad generatora i elektromotora, elektromagneta i transformatora, mjernih instrumenata i Hallovih senzora.
Kako bi se koncentrirao i ojačao magnetski tok, pribjegavaju se uporabi feromagnetskih materijala. Proizvode se feromagnetski materijali magnetske jezgre — tijela potrebnih oblika i veličina, jezgre za usmjeravanje magnetskih tokova jedne ili druge veličine u željenom smjeru. Takva tijela, unutar kojih prolaze zatvorene linije magnetske indukcije, nazivaju se magnetski krugovi.
Poznata svojstva magnetskog polja omogućuju izračunavanje magnetskih tokova u različitim magnetskim krugovima. Ali za praktičan rad puno je prikladnije pribjeći općim posljedicama i zakonima magnetskih krugova izvedenim iz zakona magnetskog polja, umjesto da se ti zakoni svaki put izravno koriste. Primjena određenih pravila na magnetske krugove prikladnija je za rješavanje tipičnih praktičnih problema.
Na primjer, razmotrimo jednostavan magnetski krug koji se sastoji od nerazgranatog jarma poprečnog presjeka S, koji je pak napravljen od materijala s propusnost mu… Jaram ima nemagnetski raspor iste površine S, na primjer zrak, a magnetska propusnost u rasporu — mu1 — razlikuje se od magnetske propusnosti jarma. Ovdje možete pogledati srednju liniju indukcije i na nju primijeniti teorem o magnetskoj napetosti:
Budući da su linije magnetske indukcije kontinuirane u cijelom krugu, veličina magnetskog toka u jarmu i međuprostoru je ista. Sada koristimo formule za magnetska indukcija B i za magnetski tok F da izrazi jakost H magnetskog polja u terminima magnetskog toka F.
Sljedeći korak je zamjena dobivenih izraza u gornju formulu teorema o magnetskom toku:
Dobili smo formulu vrlo sličnu onoj poznatoj u elektrotehnici Ohmov zakon za dio zatvorenog kruga, a ulogu EMF-a ovdje igra veličina iN, nazvana magnetomotorna sila (ili MDF) po analogiji s elektromotornom silom. U SI sustavu magnetomotorna sila se mjeri u amperima.
Zbroj u nazivniku nije ništa drugo nego analogija ukupnog električnog otpora za električni krug, a za magnetski krug se prema tome naziva ukupnim magnetskim otporom. Izrazi u nazivniku su magnetski otpori pojedinih dijelova magnetskog kruga.
Magnetski otpori ovise o duljini magnetskog kruga, površini njegovog presjeka i magnetskoj propusnosti (slično električnoj vodljivosti za uobičajeni Ohmov zakon).Kao rezultat toga, možete napisati formulu Ohmovog zakona, samo za magnetski krug:
Odnosno, formulacija Ohmovog zakona u odnosu na magnetski krug zvuči ovako: «u magnetskom krugu bez grananja, magnetski tok jednak je kvocijentu dijeljenja MDS-a s ukupnim magnetskim otporom kruga.»
Iz formula je očito da magnetski otpor u NE mjeri se u weber amperima, a ukupni magnetski otpor magnetskog kruga brojčano je jednak zbroju magnetskih otpora dijelova tog magnetskog kruga.
Opisana situacija vrijedi za nerazgranati magnetski krug koji uključuje bilo koji broj dijelova, pod uvjetom da magnetski tok sukcesivno prodire kroz sve te dijelove. Ako su magnetske jezgre spojene u seriju, tada se ukupni magnetski otpor nalazi zbrajanjem magnetskih otpora dijelova.
Razmotrimo sada pokus koji pokazuje učinak otpora dijelova kruga na ukupnu otpornost kruga. Magnetski krug u obliku slova U magnetiziran je zavojnicom 1, koja se dovodi (izmjenična struja) kroz ampermetar i reostat. U sekundarnom namotu 2 inducira se EMF, a očitanja voltmetra spojenog na namot, kao što znate, proporcionalna su magnetskom toku u magnetskom krugu.
Ako sada održavate struju u primarnom namotu nepromijenjenom regulirajući je reostatom, a istovremeno pritisnete željeznu ploču na gornji magnetski krug, nakon što će se ukupni magnetski otpor kruga znatno smanjiti, očitanje voltmetar će se povećati u skladu s tim.
Naravno, gornji izrazi, kao što su "magnetootpor" i "magnetomotorna sila", formalni su koncepti, budući da se ništa u magnetskom toku ne kreće, nema pokretnih čestica, to je samo vizualni prikaz (poput modela protoka tekućine) jasnije razumijevanje zakona...
Fizičko značenje gornjeg pokusa i drugih sličnih pokusa je razumjeti kako uvođenje nemagnetskih praznina i magnetskih materijala u magnetski krug utječe na magnetski tok u magnetskom krugu.
Uvođenjem npr. magneta u magnetski krug dodajemo dodatne molekularne struje tijelima koja se već nalaze u krugu, što dovodi do dodatnih magnetskih tokova. Formalni pojmovi kao što su «magnetski otpor» i «magnetomotorna sila» pokazuju se vrlo zgodnim pri rješavanju praktičnog problema, zbog čega se uspješno koriste u elektrotehnici.