Vzťah toku a magnetického toku

Zo skúseností je známe, že v blízkosti permanentných magnetov, ako aj v blízkosti vodičov s prúdom, možno pozorovať fyzikálne efekty, ako je mechanický náraz na iné magnety alebo vodiče s prúdom, ako aj výskyt EMF vo vodičoch pohybujúcich sa v danom smere. priestor.

Nezvyčajný stav priestoru v blízkosti magnetov a vodičov s prúdom sa nazýva magnetické pole, ktorého kvantitatívne charakteristiky sa dajú ľahko určiť týmito javmi: silou mechanického pôsobenia alebo elektromagnetickou indukciou, v skutočnosti veľkosťou indukovanou v pohyblivý vodič EMF.

Fenomén vedenia EMF vo vodiči (fenomén elektromagnetickej indukcie) sa vyskytuje za rôznych podmienok. Môžete pohybovať drôtom cez rovnomerné magnetické pole alebo jednoducho zmeniť magnetické pole v blízkosti stacionárneho drôtu. V každom prípade zmena magnetického poľa v priestore vyvolá EMF vo vodiči.

Jednoduché experimentálne zariadenie na skúmanie tohto javu je znázornené na obrázku. Tu je vodivý (medený) krúžok spojený s vlastnými drôtmi s balistickým galvanometrom, vychýlením šípky, pre ktorú bude možné odhadnúť množstvo elektrického náboja prechádzajúceho týmto jednoduchým obvodom. Najprv vycentrujte krúžok v určitom bode v priestore blízko magnetu (pozícia a), potom krúžok prudko posuňte (do polohy b). Galvanometer ukáže hodnotu náboja prejdeného obvodom, Q.

Teraz krúžok položíme na iný bod, trochu ďalej od magnetu (do polohy c) a opäť s rovnakou rýchlosťou prudko posunieme do strany (do polohy d). Vychýlenie ihly galvanometra bude menšie ako pri prvom pokuse. A ak zvýšime odpor slučky R, napríklad nahradíme meď volfrámom, potom pohybom prstenca rovnakým spôsobom, všimneme si, že galvanometer ukáže ešte menší náboj, ale hodnota tohto náboja, ktorý sa pohybuje cez galvanometer bude v každom prípade nepriamo úmerný odporu slučky.

Experiment jasne demonštruje, že priestor okolo magnetu v ktoromkoľvek bode má nejakú vlastnosť, niečo, čo priamo ovplyvňuje množstvo náboja prechádzajúceho cez galvanometer, keď oddialime prstenec od magnetu. Nazvime to niečo blízke magnetu, magnetický tok, a jeho kvantitatívnu hodnotu označujeme písmenom F. Všimnite si odhalenú závislosť Ф ~ Q * R a Q ~ Ф / R.

Skomplikujme si experiment. Medenú slučku upevníme v určitom bode oproti magnetu vedľa nej (v polohe d), ale teraz zmeníme oblasť slučky (prekrývajúcu jej časť drôtom). Údaje galvanometra budú úmerné zmene v oblasti krúžku (v polohe e).

Preto je magnetický tok F z nášho magnetu pôsobiaceho na slučku úmerný ploche slučky. Ale magnetická indukcia B, súvisiaca s polohou krúžku vzhľadom k magnetu, ale nezávislá od parametrov krúžku, určuje vlastnosť magnetického poľa v akomkoľvek uvažovanom bode v priestore blízko magnetu.

Pokračovaním v pokusoch s medeným prstencom teraz zmeníme polohu roviny prstenca voči magnetu v počiatočnom momente (poloha g) a následne ho otočíme do polohy pozdĺž osi magnetu (poloha h).

Všimnite si, že čím väčšia je zmena uhla medzi prstencom a magnetom, tým väčší náboj Q preteká obvodom cez galvanometer. To znamená, že magnetický tok prstencom je úmerný kosínusu uhla medzi magnetom a normálou. do roviny prstenca.

Môžeme teda konštatovať, že magnetická indukcia B — existuje vektorová veličina, ktorej smer sa v danom bode zhoduje so smerom normály k rovine prstenca v tej polohe, keď pri prudkom oddialení prstenca od magnetu náboj Q prechádza pozdĺž prstenca. obvod je maximálny.

Namiesto magnetu v experimente môžete použiť cievka elektromagnetu, posuňte túto cievku alebo zmeňte prúd v nej, čím sa zvýši alebo zníži magnetické pole prenikajúce do experimentálnej slučky.

Oblasť preniknutá magnetickým poľom nemôže byť nevyhnutne ohraničená kruhovým ohybom, môže to byť v zásade akýkoľvek povrch, magnetický tok, cez ktorý sa potom určuje integráciou:

Ukazuje sa, že magnetický tok F Či tok vektora magnetickej indukcie B cez povrch S.A magnetická indukcia B je hustota magnetického toku F v danom bode poľa. Magnetický tok Ф sa meria v jednotkách «Weber» — Wb. Magnetická indukcia B sa meria v jednotkách Tesla — Tesla.

Ak sa celý priestor okolo permanentného magnetu alebo cievky s prúdom skúma podobným spôsobom, pomocou cievky galvanometra, potom je možné v tomto priestore zostrojiť nekonečné množstvo takzvaných „magnetických čiar“ — vektorové čiary magnetická indukcia B — smer dotyčníc, ktorých v každom bode bude zodpovedať smeru vektora magnetickej indukcie B v týchto bodoch študovaného priestoru.

Rozdelením priestoru magnetického poľa imaginárnymi trubicami s jednotkovým prierezom S = 1 možno získať tzv. Jednoduché magnetické trubice, ktorých osi sa nazývajú jednoduché magnetické čiary. Pomocou tohto prístupu môžete vizuálne zobraziť kvantitatívny obraz magnetického poľa a v tomto prípade sa magnetický tok bude rovnať počtu čiar prechádzajúcich vybraným povrchom.

Magnetické čiary sú súvislé, opúšťajú severný pól a nevyhnutne vstupujú do južného pólu, takže celkový magnetický tok cez akýkoľvek uzavretý povrch je nulový. Matematicky to vyzerá takto:

Uvažujme magnetické pole ohraničené povrchom valcovej cievky. V skutočnosti ide o magnetický tok, ktorý preniká povrchom tvoreným závitmi tejto cievky. V tomto prípade môže byť celkový povrch rozdelený na samostatné povrchy pre každý zo závitov cievky. Obrázok ukazuje, že povrchy horných a spodných závitov cievky sú prepichnuté štyrmi jednoduchými magnetickými čiarami a povrchy závitov v strede cievky sú prepichnuté ôsmimi.

Na zistenie hodnoty celkového magnetického toku cez všetky závity cievky je potrebné sčítať magnetické toky prenikajúce povrchmi každého z jej závitov, to znamená magnetické toky spojené s jednotlivými závitmi cievky:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, ak je v cievke 8 závitov.

Pre príklad symetrického vinutia znázornený na predchádzajúcom obrázku:

F horné otáčky = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F spodné otáčky = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф celkom = Ф horné otáčky + Ф spodné otáčky = 44.

Tu sa zavádza pojem „pripojenie toku“. Pripojenie na streamovanie Celkový magnetický tok spojený so všetkými závitmi cievky, číselne rovný súčtu magnetických tokov spojených s jej jednotlivými závitmi:

Фm je magnetický tok vytvorený prúdom pri jednej otáčke cievky; wэ — efektívny počet závitov cievky;

Väzba toku je virtuálna hodnota, pretože v skutočnosti neexistuje súčet jednotlivých magnetických tokov, ale existuje celkový magnetický tok. Ak však nie je známe skutočné rozloženie magnetického toku cez závity cievky, ale je známy vzťah toku, potom môže byť cievka nahradená ekvivalentnou tak, že sa vypočíta počet ekvivalentných identických závitov potrebných na získanie požadovaného množstva. magnetického toku.