Ohmov zakon za magnetno vezje
Če ne bi bilo magnetnih tokov, je malo verjetno, da bi obstajala sodobna elektrotehnika. Delovanje generatorjev in elektromotorjev, elektromagnetov in transformatorjev, merilnih instrumentov in Hallovih senzorjev temelji na uporabi magnetnega polja in lastnosti magnetnega pretoka.
Za koncentracijo in krepitev magnetnega toka se zatečejo k uporabi feromagnetnih materialov. Proizvajajo se feromagnetni materiali magnetna jedra — telesa zahtevanih oblik in velikosti, jedra za usmerjanje magnetnih tokov ene ali druge velikosti v želeno smer. Takšna telesa, znotraj katerih potekajo zaprte črte magnetne indukcije, se imenujejo magnetna vezja.
Znane lastnosti magnetnega polja omogočajo izračun magnetnih tokov v različnih magnetnih vezjih. Toda za praktično delo je veliko bolj priročno zateči se k splošnim posledicam in zakonom magnetnih vezij, ki izhajajo iz zakonov magnetnega polja, namesto da bi te zakone vsakič neposredno uporabili. Uporaba določenih pravil za magnetna vezja je primernejša za reševanje tipičnih praktičnih problemov.
Na primer, razmislite o preprostem magnetnem krogu, ki je sestavljen iz nerazvejanega jarma s presekom S, ki je nato izdelan iz materiala z prepustnost mu… Jarem ima nemagnetno režo enake površine S, na primer zrak, in magnetna prepustnost v reži — mu1 — se razlikuje od magnetne prepustnosti jarma. Tukaj si lahko ogledate srednjo indukcijsko črto in zanjo uporabite izrek o magnetni napetosti:
Ker so črte magnetne indukcije neprekinjene v celotnem vezju, je velikost magnetnega pretoka tako v jarmu kot v reži enaka. Zdaj uporabljamo formule za magnetna indukcija B in za magnetni pretok F, da izrazi jakost H magnetnega polja v smislu magnetnega pretoka F.
Naslednji korak je zamenjava dobljenih izrazov v zgornjo formulo izreka o magnetnem pretoku:
Dobili smo formulo, ki je zelo podobna tisti, ki jo poznajo v elektrotehniki Ohmov zakon za odsek zaprtega kroga, vlogo EMF pa tukaj igra količina iN, imenovana magnetomotorna sila (ali MDF) po analogiji z elektromotorno silo. V sistemu SI se magnetna sila meri v amperih.
Vsota v imenovalcu ni nič drugega kot analogija celotnega električnega upora za električni tokokrog, za magnetno vezje pa se ustrezno imenuje celotni magnetni upor. Izrazi v imenovalcu so magnetni upori posameznih odsekov magnetnega kroga.
Magnetni upor je odvisen od dolžine magnetnega kroga, njegove površine preseka in magnetne prepustnosti (podobno električni prevodnosti za običajni Ohmov zakon).Kot rezultat lahko napišete formulo Ohmovega zakona samo za magnetno vezje:
To pomeni, da formulacija Ohmovega zakona v zvezi z magnetnim vezjem zveni takole: "v magnetnem vezju brez razvejanja je magnetni tok enak količniku delitve MDS s celotnim magnetnim uporom vezja."
Iz formul je očitno, da magnetni upor v SV se meri v weber amperih, celotna magnetna upornost magnetnega vezja pa je številčno enaka vsoti magnetnih uporov delov tega magnetnega vezja.
Opisano stanje velja za nerazvejano magnetno vezje, ki vključuje poljubno število delov, pod pogojem, da magnetni tok zaporedoma prodre skozi vse te dele. Če so magnetna jedra zaporedno povezana, se skupni magnetni upor ugotovi s seštevanjem magnetnih uporov delov.
Razmislite zdaj o poskusu, ki prikazuje učinek odpora delov vezja na skupno odpornost vezja. Magnetno vezje v obliki črke U je magnetizirano s tuljavo 1, ki se napaja (izmenični tok) skozi ampermeter in reostat. V sekundarnem navitju 2 se inducira EMF, odčitki voltmetra, priključenega na navitje, pa so, kot veste, sorazmerni z magnetnim tokom v magnetnem vezju.
Če zdaj ohranite tok v primarnem navitju nespremenjen z regulacijo z reostatom in hkrati pritisnete železno ploščo proti zgornjemu magnetnemu krogu, potem ko se bo skupni magnetni upor tokokroga močno zmanjšal, bo odčitek voltmeter se bo ustrezno povečal.
Seveda so zgornji izrazi, kot sta "magnetni upor" in "magnetna motorna sila", formalni koncepti, saj se v magnetnem toku nič ne premika, ni gibljivih delcev, je le vizualna predstavitev (kot model toka tekočine) bolj jasno razumevanje zakonov...
Fizični pomen zgornjega poskusa in drugih podobnih poskusov je razumeti, kako vnos nemagnetnih rež in magnetnih materialov v magnetno vezje vpliva na magnetni tok v magnetnem vezju.
Z uvedbo npr. magneta v magnetni tokokrog dodamo telesom, ki so že v tokokrogu, dodatne molekularne tokove, ki vnašajo dodatne magnetne tokove. Formalni koncepti, kot sta "magnetna upornost" in "magnetna motorna sila", se izkažejo za zelo priročne pri reševanju praktičnega problema, zato se uspešno uporabljajo v elektrotehniki.