Однос флукса и магнетног флукса

Из искуства је познато да се у близини трајних магнета, као и близу проводника са струјом, могу уочити физички ефекти, као што је механички утицај на друге магнете или проводнике који носе струју, као и појава ЕМФ у проводницима који се крећу у датом простор.

Необично стање простора у близини магнета и проводника са струјом назива се магнетно поље, чије се квантитативне карактеристике лако одређују овим појавама: силом механичког дејства или електромагнетном индукцијом, у ствари, величином индукованом у покретни проводник ЕМФ.

Феномен провођења ЕМФ у проводнику (феномен електромагнетне индукције) се јавља под различитим условима. Можете померити жицу кроз једнолично магнетно поље или једноставно променити магнетно поље у близини стационарне жице. У оба случаја, промена магнетног поља у простору ће индуковати ЕМФ у проводнику.

Једноставан експериментални уређај за истраживање овог феномена приказан је на слици. Овде је проводни (бакар) прстен повезан са сопственим жицама са балистичким галванометром, отклоном стрелице, за шта ће бити могуће проценити количину електричног набоја који пролази кроз ово једноставно коло. Прво центрирајте прстен у некој тачки простора у близини магнета (позиција а), а затим оштро померите прстен (у положај б). Галванометар ће показати вредност наелектрисања пропуштеног кроз коло, К.

Сада постављамо прстен у другу тачку, мало даље од магнета (у позицију ц), и поново, истом брзином, померамо га оштро у страну (у позицију д). Отклон игле галванометра биће мањи него у првом покушају. А ако повећамо отпор петље Р, на пример, замењујући бакар волфрамом, а затим померајући прстен на исти начин, приметићемо да ће галванометар показати још мањи набој, али вредност овог наелектрисања се креће кроз галванометар ће у сваком случају бити обрнуто пропорционалан отпору петље.

Експеримент јасно показује да простор око магнета у било којој тачки има неку особину, нешто што директно утиче на количину наелектрисања која пролази кроз галванометар када удаљимо прстен од магнета. Назовимо то нешто блиско магнету, магнетни флукс, а његову квантитативну вредност означавамо словом Ф. Обратите пажњу на откривену зависност Ф ~ К * Р и К ~ Ф / Р.

Хајде да закомпликујемо експеримент. Поправићемо бакарну петљу у одређеној тачки насупрот магнету, поред ње (на позицији д), али сада ћемо променити површину петље (преклапање дела жицом). Очитавања галванометра ће бити пропорционална промени површине прстена (у положају е).

Дакле, магнетни флукс Ф из нашег магнета који делује на петљу је пропорционалан површини петље. Али магнетна индукција Б, повезана са положајем прстена у односу на магнет, али независна од параметара прстена, одређује својство магнетног поља у било којој разматраној тачки у простору у близини магнета.

Настављајући експерименте са бакарним прстеном, сада ћемо променити положај равни прстена у односу на магнет у почетном тренутку (положај г) и затим га ротирати у положај дуж осе магнета (положај х).

Имајте на уму да што је већа промена угла између прстена и магнета, то више наелектрисања К протиче кроз коло кроз галванометар.То значи да је магнетни флукс кроз прстен пропорционалан косинусу угла између магнета и нормале. до равни прстена.

Дакле, можемо закључити да магнетна индукција Б — постоји векторска величина чији се правац у датој тачки поклапа са смером нормале на раван прстена у тој позицији када, када се прстен нагло удаљи од магнета, наелектрисање К пролази дуж коло је максимално.

Уместо магнета у експерименту можете користити калем електромагнета, померите овај калем или промените струју у њему, чиме се повећава или смањује магнетно поље које продире у експерименталну петљу.

Подручје у које продире магнетно поље не може нужно бити ограничено кружним кривином, то у принципу може бити било која површина, магнетни ток кроз који се затим одређује интеграцијом:

Испада да магнетни флукс Ф Да ли је флукс вектора магнетне индукције Б кроз површину С.А магнетна индукција Б је густина магнетног флукса Ф у датој тачки поља. Магнетни флукс Ф се мери у јединицама «Вебер» — Вб. Магнетна индукција Б се мери у јединицама Тесла — Тесла.

Ако се на сличан начин, помоћу галванометарске завојнице, испита цео простор око сталног магнета или завојнице са струјом, онда је у том простору могуће конструисати бесконачан број такозваних „магнетних линија“ — векторске линије магнетна индукција Б — смер тангенти у чијој тачки ће одговарати смеру вектора магнетне индукције Б у овим тачкама проучаваног простора.

Дељењем простора магнетног поља замишљеним цевима јединичног пресека С = 1 може се добити тзв. Појединачне магнетне цеви чије се осе називају појединачним магнетним линијама. Користећи овај приступ, можете визуелно приказати квантитативну слику магнетног поља, ау овом случају ће магнетни флукс бити једнак броју линија које пролазе кроз изабрану површину.

Магнетне линије су непрекидне, напуштају северни пол и нужно улазе у јужни пол, тако да је укупан магнетни флукс кроз било коју затворену површину једнак нули. Математички то изгледа овако:

Размотримо магнетно поље ограничено површином цилиндричног намотаја. У ствари, то је магнетни флукс који продире у површину формирану окретима овог калема. У овом случају, укупна површина се може поделити на засебне површине за сваки од навоја калема. На слици је приказано да су површине горњег и доњег завоја калема избушене са четири појединачне магнетне линије, а површине завоја у средини намотаја су избушене са осам.

Да бисте пронашли вредност укупног магнетног флукса кроз све завоје завојнице, потребно је сабрати магнетне флуксове који продиру на површине сваког његовог завоја, односно магнетне флуксове повезане са појединачним завојима завојнице:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 ако у калему има 8 завоја.

За пример симетричног намотаја приказаног на претходној слици:

Ф горњи обрти = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

Ф доњих окрета = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф укупно = Ф горњи обрти + Ф доњи обрти = 44.

Овде се уводи концепт "везе протока". Стреаминг веза Укупан магнетни флукс повезан са свим завојима завојнице, нумерички једнак збиру магнетних флукса повезаних са његовим појединачним завојима:

Фм је магнетни флукс који ствара струја кроз један обртај завојнице; ве — ефективни број завоја у калему;

Веза флукса је виртуелна вредност јер у стварности не постоји збир појединачних магнетних флукса, али постоји укупан магнетни флукс. Међутим, када је стварна дистрибуција магнетног флукса по завојима завојнице непозната, али је однос флукса познат, тада се калем може заменити еквивалентним израчунавањем броја еквивалентних идентичних завоја потребних за добијање потребне количине магнетног флукса.