Hubungan fluks dan fluks magnet

Adalah diketahui daripada pengalaman bahawa berhampiran magnet kekal, serta berhampiran konduktor pembawa arus, kesan fizikal boleh diperhatikan, seperti kesan mekanikal pada magnet lain atau konduktor pembawa arus, serta rupa EMF dalam konduktor yang bergerak masuk. angkasa lepas.

Keadaan luar biasa ruang berhampiran magnet dan konduktor pembawa arus dipanggil medan magnet, ciri-ciri kuantitatifnya mudah ditentukan oleh fenomena ini: oleh daya tindakan mekanikal atau oleh aruhan elektromagnet, sebenarnya, dengan magnitud teraruh dalam konduktor bergerak EMF.

Fenomena pengaliran EMF dalam konduktor (fenomena aruhan elektromagnet) berlaku dalam keadaan yang berbeza. Anda boleh menggerakkan wayar melalui medan magnet seragam atau hanya menukar medan magnet berhampiran wayar pegun. Dalam kedua-dua kes, perubahan dalam medan magnet di angkasa akan mendorong EMF dalam konduktor.

Peranti eksperimen mudah untuk menyiasat fenomena ini ditunjukkan dalam rajah. Di sini cincin konduktif (tembaga) disambungkan dengan wayarnya sendiri dengan galvanometer balistik, dengan pesongan anak panah, yang mana anda boleh menganggarkan jumlah cas elektrik yang melalui litar mudah ini. Mula-mula, pusatkan cincin pada satu titik di ruang berhampiran magnet (kedudukan a), kemudian gerakkan cincin secara mendadak (ke kedudukan b). Galvanometer akan menunjukkan nilai cas yang melalui litar, Q.

Sekarang kami meletakkan cincin pada titik lain, sedikit lebih jauh dari magnet (ke kedudukan c), dan sekali lagi, dengan kelajuan yang sama, kami menggerakkannya secara mendadak ke sisi (ke kedudukan d). Pesongan jarum galvanometer akan kurang daripada percubaan pertama. Dan jika kita meningkatkan rintangan gelung R, sebagai contoh, menggantikan tembaga dengan tungsten, kemudian menggerakkan cincin dengan cara yang sama, kita akan melihat bahawa galvanometer akan menunjukkan caj yang lebih kecil, tetapi nilai caj ini bergerak melalui galvanometer dalam apa jua keadaan akan berkadar songsang dengan rintangan gelung.

Eksperimen dengan jelas menunjukkan bahawa ruang di sekeliling magnet pada mana-mana titik mempunyai beberapa sifat, sesuatu yang secara langsung mempengaruhi jumlah cas yang melalui galvanometer apabila kita mengalihkan gelang dari magnet. Mari kita panggil ia sesuatu yang dekat dengan magnet, fluks magnet, dan kami menandakan nilai kuantitatifnya dengan huruf F. Perhatikan pergantungan yang didedahkan bagi Ф ~ Q * R dan Q ~ Ф / R.

Mari rumitkan percubaan. Kami akan membetulkan gelung tembaga pada titik tertentu bertentangan dengan magnet, di sebelahnya (pada kedudukan d), tetapi sekarang kami akan menukar kawasan gelung (bertindih bahagiannya dengan wayar). Bacaan galvanometer akan berkadar dengan perubahan dalam kawasan gelang (pada kedudukan e).

Oleh itu, fluks magnet F dari magnet kami yang bertindak pada gelung adalah berkadar dengan luas gelung. Tetapi aruhan magnetik B, berkaitan dengan kedudukan cincin berbanding magnet, tetapi bebas daripada parameter cincin, menentukan sifat medan magnet di mana-mana titik yang dipertimbangkan dalam ruang berhampiran magnet.

Meneruskan eksperimen dengan gelang kuprum, kini kita akan menukar kedudukan satah gelang berbanding magnet pada momen awal (kedudukan g) dan kemudian memutarkannya ke kedudukan di sepanjang paksi magnet (kedudukan h).

Perhatikan bahawa lebih besar perubahan sudut antara cincin dan magnet, lebih banyak cas Q mengalir melalui litar melalui galvanometer. Ini bermakna fluks magnet melalui cincin adalah berkadar dengan kosinus sudut antara magnet dan normal. ke satah gelanggang.

Oleh itu, kita boleh membuat kesimpulan bahawa aruhan magnetik B — terdapat kuantiti vektor, yang arahnya pada titik tertentu bertepatan dengan arah normal kepada satah gelang pada kedudukan itu apabila, apabila gelang dialihkan secara mendadak daripada magnet, cas Q melalui litar adalah maksimum.

Daripada magnet dalam eksperimen yang anda boleh gunakan gegelung elektromagnet, gerakkan gegelung ini atau tukar arus di dalamnya, dengan itu meningkatkan atau mengurangkan medan magnet yang menembusi gelung eksperimen.

Kawasan yang ditembusi oleh medan magnet tidak semestinya dibatasi oleh selekoh bulat, ia pada dasarnya boleh menjadi sebarang permukaan, fluks magnet yang melaluinya kemudian ditentukan oleh penyepaduan:

Ternyata begitu fluks magnet F Sama ada fluks vektor aruhan magnet B melalui permukaan S.Dan aruhan magnet B ialah ketumpatan fluks magnet F pada titik tertentu dalam medan. Fluks magnetik Ф diukur dalam unit «Weber» — Wb. Aruhan magnetik B diukur dalam unit Tesla — Tesla.

Jika seluruh ruang di sekeliling magnet kekal atau gegelung pembawa arus diperiksa dengan cara yang sama, melalui gegelung galvanometer, maka adalah mungkin untuk membina dalam ruang ini nombor tak terhingga apa yang dipanggil "garisan magnet" - garisan vektor aruhan magnet B — arah tangen pada setiap titik yang akan sepadan dengan arah vektor aruhan magnet B pada titik ruang yang dikaji ini.

Dengan membahagikan ruang medan magnet dengan tiub khayalan dengan keratan rentas unit S = 1, apa yang dipanggil boleh diperolehi. Tiub magnet tunggal yang paksinya dipanggil garis magnet tunggal. Menggunakan pendekatan ini, anda boleh menggambarkan secara visual gambar kuantitatif medan magnet, dan dalam kes ini fluks magnet akan sama dengan bilangan garisan yang melalui permukaan yang dipilih.

Garis magnet adalah berterusan, mereka meninggalkan Kutub Utara dan semestinya memasuki Kutub Selatan, jadi jumlah fluks magnet melalui mana-mana permukaan tertutup adalah sifar. Secara matematik ia kelihatan seperti ini:

Pertimbangkan medan magnet yang dibatasi oleh permukaan gegelung silinder. Malah, ia adalah fluks magnet yang menembusi permukaan yang dibentuk oleh lilitan gegelung ini. Dalam kes ini, jumlah permukaan boleh dibahagikan kepada permukaan yang berasingan untuk setiap lilitan gegelung. Rajah menunjukkan bahawa permukaan lilitan atas dan bawah gegelung ditembusi oleh empat garis magnet tunggal, dan permukaan lilitan di tengah gegelung ditembusi oleh lapan.

Untuk mencari nilai jumlah fluks magnet melalui semua lilitan gegelung, adalah perlu untuk menjumlahkan fluks magnet yang menembusi permukaan setiap lilitannya, iaitu fluks magnet yang berkaitan dengan lilitan individu gegelung:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 jika terdapat 8 lilitan dalam gegelung.

Untuk contoh penggulungan simetri yang ditunjukkan dalam rajah sebelumnya:

F pusingan atas = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F pusingan bawah = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф jumlah = Ф pusingan atas + Ф pusingan bawah = 44.

Di sinilah konsep "sambungan aliran" diperkenalkan. Sambungan penstriman Jumlah fluks magnet yang dikaitkan dengan semua lilitan gegelung, secara berangka sama dengan jumlah fluks magnet yang dikaitkan dengan lilitan individunya:

Фm ialah fluks magnet yang dicipta oleh arus melalui satu pusingan gegelung; wэ - bilangan lilitan berkesan dalam gegelung;

Hubungan fluks adalah nilai maya kerana pada hakikatnya tidak ada jumlah fluks magnet individu, tetapi terdapat jumlah fluks magnet. Walau bagaimanapun, apabila taburan sebenar fluks magnet ke atas lilitan gegelung tidak diketahui, tetapi hubungan fluks diketahui, maka gegelung boleh digantikan dengan yang setara dengan mengira bilangan lilitan setara yang diperlukan untuk mendapatkan jumlah yang diperlukan. daripada fluks magnet.