Vztah toku a magnetického toku

Ze zkušenosti je známo, že v blízkosti permanentních magnetů, stejně jako v blízkosti vodičů s proudem, lze pozorovat fyzikální jevy, jako je mechanický náraz na jiné magnety nebo vodiče s proudem, stejně jako výskyt EMF ve vodičích pohybujících se v daném směru. prostor.

Neobvyklý stav prostoru v blízkosti magnetů a vodičů s proudem se nazývá magnetické pole, jehož kvantitativní charakteristiky lze snadno určit těmito jevy: silou mechanického působení nebo elektromagnetickou indukcí, ve skutečnosti velikostí indukovanou v pohyblivý vodič EMF.

Fenomén vedení EMF ve vodiči (jev elektromagnetické indukce) se vyskytuje za různých podmínek. Drátem můžete pohybovat stejnoměrným magnetickým polem nebo jednoduše změnit magnetické pole v blízkosti nehybného drátu. V obou případech bude změna magnetického pole v prostoru indukovat EMF ve vodiči.

Jednoduché experimentální zařízení pro zkoumání tohoto jevu je na obrázku. Zde je vodivý (měděný) kroužek spojen s vlastními dráty s balistickým galvanometrem, vychýlením šipky, pro kterou bude možné odhadnout množství elektrického náboje procházejícího tímto jednoduchým obvodem. Nejprve vycentrujte kroužek v určitém bodě v prostoru blízko magnetu (pozice a), poté kroužkem prudce posuňte (do polohy b). Galvanometr ukáže hodnotu náboje prošlého obvodem, Q.

Nyní umístíme kroužek na jiný bod, o něco dále od magnetu (do polohy c), a opět s ním stejnou rychlostí prudce posuneme do strany (do polohy d). Výchylka jehly galvanometru bude menší než při prvním pokusu. A pokud zvýšíme odpor smyčky R, například vyměníme měď za wolfram, pak pohybem prstence stejným způsobem, všimneme si, že galvanometr bude ukazovat ještě menší náboj, ale hodnota tohoto náboje pohybujícího se galvanometr bude v každém případě nepřímo úměrný odporu smyčky.

Experiment jasně ukazuje, že prostor kolem magnetu v kterémkoli bodě má nějakou vlastnost, něco, co přímo ovlivňuje množství náboje procházejícího galvanometrem, když oddálíme prsten od magnetu. Říkejme tomu něco blízkého magnetu, magnetický tok, a jeho kvantitativní hodnotu označujeme písmenem F. Všimněte si odhalené závislosti Ф ~ Q * R a Q ~ Ф / R.

Pokusme se zkomplikovat. Měděnou smyčku upevníme v určitém bodě naproti magnetu, vedle ní (v poloze d), ale nyní změníme oblast smyčky (její část překrývající drátem). Hodnoty galvanometru budou úměrné změně v oblasti prstence (v poloze e).

Proto je magnetický tok F z našeho magnetu působícího na smyčku úměrný ploše smyčky. Ale magnetická indukce B, vztažená k poloze prstence vzhledem k magnetu, ale nezávislá na parametrech prstence, určuje vlastnost magnetického pole v jakémkoli uvažovaném bodě prostoru v blízkosti magnetu.

Pokračujeme v pokusech s měděným kroužkem, nyní změníme polohu roviny kroužku vůči magnetu v počátečním okamžiku (poloha g) a poté jej otočíme do polohy podél osy magnetu (poloha h).

Všimněte si, že čím větší je změna úhlu mezi prstencem a magnetem, tím více náboje Q proudí obvodem přes galvanometr. To znamená, že magnetický tok prstencem je úměrný kosinu úhlu mezi magnetem a normálou do roviny prstenu.

Můžeme tedy učinit závěr magnetická indukce B — existuje vektorová veličina, jejíž směr se v daném bodě shoduje se směrem normály k rovině prstence v té poloze, kdy při prudkém oddálení prstence od magnetu náboj Q prochází podél prstence. obvod je maximální.

Místo magnetu v experimentu můžete použít cívka elektromagnetu, posuňte tuto cívku nebo v ní změňte proud, čímž zvýšíte nebo snížíte magnetické pole pronikající do experimentální smyčky.

Oblast pronikající magnetickým polem nemůže být nutně ohraničena kruhovým ohybem, může to být v zásadě jakýkoli povrch, jehož magnetický tok je pak určen integrací:

Ukázalo se, že magnetický tok F Zda tok vektoru magnetické indukce B povrchem S.A magnetická indukce B je hustota magnetického toku F v daném bodě pole. Magnetický tok Ф se měří v jednotkách «Weber» — Wb. Magnetická indukce B se měří v jednotkách Tesla — Tesla.

Pokud je celý prostor kolem permanentního magnetu nebo cívky s proudem zkoumán podobným způsobem, pomocí cívky galvanometru, pak je možné v tomto prostoru sestrojit nekonečné množství tzv. „magnetických čar“ — vektorové čáry magnetická indukce B — směr tečen v každém bodě, který bude odpovídat směru vektoru magnetické indukce B v těchto bodech studovaného prostoru.

Vydělením prostoru magnetického pole pomyslnými trubicemi o jednotkovém průřezu S = 1 lze získat tzv. Jednoduché magnetické trubice, jejichž osy se nazývají jednoduché magnetické čáry. Pomocí tohoto přístupu můžete vizuálně zobrazit kvantitativní obraz magnetického pole a v tomto případě se magnetický tok bude rovnat počtu čar procházejících vybraným povrchem.

Magnetické čáry jsou spojité, opouštějí severní pól a nutně vstupují do jižního pólu, takže celkový magnetický tok jakýmkoli uzavřeným povrchem je nulový. Matematicky to vypadá takto:

Uvažujme magnetické pole ohraničené povrchem válcové cívky. Ve skutečnosti jde o magnetický tok, který proniká povrchem tvořeným závity této cívky. V tomto případě může být celkový povrch rozdělen na samostatné povrchy pro každý ze závitů cívky. Obrázek ukazuje, že povrchy horních a spodních závitů cívky jsou proraženy čtyřmi jednoduchými magnetickými čarami a povrchy závitů uprostřed cívky jsou proraženy osmi.

Pro zjištění hodnoty celkového magnetického toku všemi závity cívky je nutné sečíst magnetické toky pronikající povrchy každého z jejích závitů, tedy magnetické toky spojené s jednotlivými závity cívky:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, pokud je v cívce 8 závitů.

Pro příklad symetrického vinutí znázorněný na předchozím obrázku:

F horní otáčky = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F dolní otáčky = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф celkem = Ф horní otáčky + Ф dolní otáčky = 44.

Zde se zavádí pojem „připojení toku“. Streamovací připojení Celkový magnetický tok spojený se všemi závity cívky, číselně rovný součtu magnetických toků spojených s jeho jednotlivými závity:

Фm je magnetický tok vytvořený proudem přes jednu otáčku cívky; wэ — efektivní počet závitů cívky;

Vazba toku je virtuální hodnota, protože ve skutečnosti neexistuje součet jednotlivých magnetických toků, ale existuje celkový magnetický tok. Pokud však skutečné rozložení magnetického toku v závitech cívky není známo, ale je znám vztah toku, pak lze cívku nahradit ekvivalentní výpočtem počtu ekvivalentních identických závitů potřebných k získání požadovaného množství. magnetického toku.