Razmerje med pretokom in magnetnim pretokom

Iz izkušenj je znano, da lahko v bližini trajnih magnetov, pa tudi v bližini prevodnikov s tokom, opazimo fizične učinke, kot so mehanski udarci na druge magnete ali prevodnike s tokom, pa tudi pojav EMF v vodnikih, ki se premikajo prostora.

Nenavadno stanje prostora v bližini magnetov in vodnikov s tokom se imenuje magnetno polje, katerega kvantitativne značilnosti je enostavno določiti s temi pojavi: s silo mehanskega delovanja ali elektromagnetne indukcije, pravzaprav z velikostjo, inducirano v gibljivi vodnik EMF.

Pojav prevodnosti EMF v prevodniku (pojav elektromagnetne indukcije) se pojavi v različnih pogojih. Žico lahko premikate skozi enakomerno magnetno polje ali preprosto spremenite magnetno polje v bližini mirujoče žice. V obeh primerih bo sprememba magnetnega polja v prostoru povzročila EMF v prevodniku.

Preprosta eksperimentalna naprava za raziskovanje tega pojava je prikazana na sliki. Tu je prevodni (bakreni) obroč povezan z lastnimi žicami z balističnim galvanometrom, z odklonom puščice, za katerega bo mogoče oceniti količino električnega naboja, ki poteka skozi to preprosto vezje. Najprej centrirajte obroč na neko točko v prostoru blizu magneta (položaj a), nato pa obroč ostro premaknite (do položaja b). Galvanometer bo pokazal vrednost naboja, ki poteka skozi tokokrog, Q.

Sedaj postavimo obroček na drugo točko, malo dlje od magneta (v položaj c) in ga spet z enako hitrostjo premaknemo močno vstran (v položaj d). Odklon igle galvanometra bo manjši kot pri prvem poskusu. In če povečamo upor zanke R, na primer zamenjamo baker z volframom in nato na enak način premaknemo obroč, bomo opazili, da bo galvanometer pokazal še manjši naboj, vendar bo vrednost tega naboja, ki se giblje skozi galvanometer bo v vsakem primeru obratno sorazmeren z uporom zanke.

Poskus jasno dokazuje, da ima prostor okoli magneta na kateri koli točki neko lastnost, nekaj, kar neposredno vpliva na količino naboja, ki prehaja skozi galvanometer, ko odmaknemo obroč od magneta. Recimo temu nekaj podobnega magnetu, magnetni tok, njegovo kvantitativno vrednost pa označimo s črko F. Upoštevajte razkrito odvisnost F ~ Q * R in Q ~ Ф / R.

Zakomplicirajmo poskus. Bakreno zanko bomo pritrdili na določeno točko nasproti magneta, zraven (na položaju d), zdaj pa bomo spremenili območje zanke (prekrivanje njenega dela z žico). Odčitki galvanometra bodo sorazmerni s spremembo površine obroča (v položaju e).

Zato je magnetni tok F našega magneta, ki deluje na zanko, sorazmeren s površino zanke. Toda magnetna indukcija B, povezana s položajem obroča glede na magnet, vendar neodvisna od parametrov obroča, določa lastnost magnetnega polja na kateri koli obravnavani točki v prostoru blizu magneta.

Če nadaljujemo s poskusi z bakrenim obročem, bomo zdaj spremenili položaj ravnine obroča glede na magnet v začetnem trenutku (položaj g) in ga nato zavrteli v položaj vzdolž osi magneta (položaj h).

Upoštevajte, da večja kot je sprememba kota med obročem in magnetom, več naboja Q teče skozi tokokrog skozi galvanometer. To pomeni, da je magnetni pretok skozi obroč sorazmeren kosinusu kota med magnetom in normalo na ravnino obroča.

Tako lahko sklepamo, da magnetna indukcija B — obstaja vektorska količina, katere smer na dani točki sovpada s smerjo normale na ravnino obroča v tem položaju, ko, ko se obroč močno odmakne od magneta, naboj Q teče vzdolž vezje je največje.

Namesto magneta v poskusu lahko uporabite tuljava elektromagneta, premaknite to tuljavo ali spremenite tok v njej, s čimer povečate ali zmanjšate magnetno polje, ki prodira skozi eksperimentalno zanko.

Območje, v katerega prodira magnetno polje, ni nujno omejeno s krožno krivino, načeloma je lahko katera koli površina, magnetni tok skozi katero se nato določi z integracijo:

Izkazalo se je, da magnetni tok F Ali je tok vektorja magnetne indukcije B skozi površino S.In magnetna indukcija B je gostota magnetnega pretoka F na dani točki v polju. Magnetni pretok Ф se meri v enotah «Weber» — Wb. Magnetna indukcija B se meri v enotah Tesla — Tesla.

Če na podoben način pregledamo celoten prostor okoli trajnega magneta ali tuljave, po kateri teče tok, z galvanometrsko tuljavo, potem je mogoče v tem prostoru zgraditi neskončno število tako imenovanih "magnetnih linij" - vektorske črte magnetna indukcija B - smer tangent na vsaki točki bo ustrezala smeri vektorja magnetne indukcije B na teh točkah preučevanega prostora.

Z delitvijo prostora magnetnega polja z namišljenimi cevmi z enotnim prerezom S = 1 lahko dobimo t.i. Enojne magnetne cevi, katerih osi imenujemo enojne magnetne črte. S tem pristopom lahko vizualno prikažete kvantitativno sliko magnetnega polja in v tem primeru bo magnetni tok enak številu črt, ki potekajo skozi izbrano površino.

Magnetne linije so neprekinjene, zapustijo severni pol in nujno vstopijo v južni pol, zato je skupni magnetni pretok skozi katero koli zaprto površino enak nič. Matematično je to videti takole:

Razmislite o magnetnem polju, ki ga omejuje površina cilindrične tuljave. Pravzaprav gre za magnetni tok, ki prodira skozi površino, ki jo tvorijo zavoji te tuljave. V tem primeru lahko celotno površino razdelimo na ločene površine za vsakega od ovojev tuljave. Slika prikazuje, da površine zgornjih in spodnjih ovojev tuljave prebadajo štiri enojne magnetne črte, površine ovojev na sredini tuljave pa osem.

Da bi našli vrednost skupnega magnetnega pretoka skozi vse zavoje tuljave, je treba sešteti magnetne tokove, ki prodirajo skozi površine vsakega od njegovih zavojev, to je magnetne tokove, povezane s posameznimi zavoji tuljave:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, če je v tuljavi 8 ovojev.

Za primer simetričnega navijanja, prikazanega na prejšnji sliki:

F zgornjih zavojev = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F spodnjih zavojev = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф skupaj = Ф zgornji zavoji + Ф spodnji zavoji = 44.

Tu se uvede koncept "pretočne povezave". Pretočna povezava Skupni magnetni pretok, povezan z vsemi zavoji tuljave, številčno enak vsoti magnetnih pretokov, povezanih z njenimi posameznimi zavoji:

Фm je magnetni tok, ki ga ustvari tok skozi en obrat tuljave; wэ — efektivno število obratov v tuljavi;

Pretočna povezava je navidezna vrednost, ker v resnici ni vsote posameznih magnetnih tokov, ampak obstaja skupni magnetni tok. Če pa dejanska porazdelitev magnetnega pretoka po zavojih tuljave ni znana, je pa razmerje pretoka znano, lahko tuljavo zamenjamo z enakovredno z izračunom števila enakih enakih ovojev, potrebnih za pridobitev zahtevane količine magnetnega pretoka.