Srauto ir magnetinio srauto santykis

Iš patirties žinoma, kad šalia nuolatinių magnetų, taip pat šalia srovę nešančių laidininkų, galima pastebėti fizinį poveikį, pavyzdžiui, mechaninį poveikį kitiems magnetams ar srovę nešantiems laidininkams, taip pat EML atsiradimą laiduose, kurie juda tam tikrame taške. erdvė.

Neįprasta erdvės būsena, esanti šalia magnetų ir srovės laidininkų, vadinama magnetiniu lauku, kurio kiekybines charakteristikas nesunkiai nustato šie reiškiniai: mechaninio poveikio jėga arba elektromagnetinė indukcija, iš tikrųjų pagal indukuojamą dydį judantis laidininkas EMF.

EML laidumo reiškinys laidininke (elektromagnetinės indukcijos reiškinys) atsiranda skirtingomis sąlygomis. Galite perkelti laidą per vienodą magnetinį lauką arba tiesiog pakeisti magnetinį lauką šalia nejudančio laido. Bet kuriuo atveju magnetinio lauko pasikeitimas erdvėje laidininke sukels EML.

Paprastas eksperimentinis prietaisas šiam reiškiniui tirti parodytas paveikslėlyje. Čia laidus (varinis) žiedas sujungiamas savais laidais su balistiniu galvanometru, pagal rodyklės nukrypimą, kuriam bus galima įvertinti elektros krūvio, praeinančio per šią paprastą grandinę, kiekį. Pirma, centruokite žiedą tam tikroje erdvės vietoje šalia magneto (a padėtis), tada staigiai perkelkite žiedą (į b padėtį). Galvanometras parodys per grandinę praleidžiamo krūvio vertę Q.

Dabar dedame žiedą kitame taške, šiek tiek toliau nuo magneto (į padėtį c), ir vėl tuo pačiu greičiu staigiai perkeliame į šoną (į d padėtį). Galvanometro adatos įlinkis bus mažesnis nei per pirmąjį bandymą. O jei padidinsime kilpos R varžą, pavyzdžiui, varį pakeisdami volframu, tada tokiu pat būdu judindami žiedą, pastebėsime, kad galvanometras parodys dar mažesnį krūvį, tačiau šio krūvio vertė juda per galvanometras bet kokiu atveju bus atvirkščiai proporcingas kilpos varžai.

Eksperimentas aiškiai parodo, kad erdvė aplink magnetą bet kuriame taške turi tam tikrą savybę, o tai tiesiogiai veikia galvanometrą einančio krūvio kiekį, kai atitraukiame žiedą nuo magneto. Pavadinkime tai kažkuo artimu magnetui, magnetinis srautas, o jo kiekybinę reikšmę pažymime raide F. Atkreipkite dėmesį į atskleistą Ф ~ Q * R ir Q ~ Ф / R priklausomybę.

Apsunkinkime eksperimentą. Varinę kilpą pritvirtinsime tam tikrame taške, esančiame priešais magnetą, šalia jo (d padėtyje), bet dabar pakeisime kilpos plotą (dalį perdengiant viela). Galvanometro rodmenys bus proporcingi žiedo ploto pokyčiui (e padėtyje).

Todėl mūsų magneto magnetinis srautas F, veikiantis kilpą, yra proporcingas kilpos plotui. Bet magnetinė indukcija B, susijusi su žiedo padėtimi magneto atžvilgiu, bet nepriklausoma nuo žiedo parametrų, lemia magnetinio lauko savybę bet kuriame nagrinėjamame erdvės taške šalia magneto.

Tęsdami eksperimentus su variniu žiedu, dabar pakeisime žiedo plokštumos padėtį magneto atžvilgiu pradiniu momentu (padėtis g), o paskui pasuksime į padėtį išilgai magneto ašies (h padėtis).

Atkreipkite dėmesį, kad kuo didesnis kampo pokytis tarp žiedo ir magneto, tuo didesnis krūvis Q teka grandinėje per galvanometrą. Tai reiškia, kad magnetinis srautas per žiedą yra proporcingas kampo tarp magneto ir normalaus kosinusui. į žiedo plokštumą.

Taigi galime daryti tokią išvadą magnetinė indukcija B — yra vektorinis dydis, kurio kryptis tam tikrame taške sutampa su žiedo plokštumos normalės kryptimi toje padėtyje, kai, žiedui staigiai nutolus nuo magneto, krūvis Q eina išilgai grandinė yra maksimali.

Vietoj magneto eksperimente galite naudoti elektromagneto ritė, perkelkite šią ritę arba pakeiskite joje esančią srovę, taip padidindami arba sumažindami magnetinį lauką, prasiskverbiantį į eksperimentinę kilpą.

Teritorija, kurią prasiskverbia magnetinis laukas, nebūtinai gali būti apribota apskrito posūkio, iš esmės tai gali būti bet koks paviršius, per kurį magnetinis srautas nustatomas integruojant:

Paaiškėjo, kad magnetinis srautas F Ar magnetinės indukcijos vektoriaus B srautas per paviršių S.O magnetinė indukcija B yra magnetinio srauto tankis F tam tikrame lauko taške. Magnetinis srautas Ф matuojamas "Weber" - Wb vienetais. Magnetinė indukcija B matuojama Tesla – Tesla vienetais.

Jei visa erdvė aplink nuolatinį magnetą arba srovę tekančią ritę yra tiriama panašiai, naudojant galvanometro ritę, tada šioje erdvėje galima sukurti begalinį skaičių vadinamųjų "magnetinių linijų" - vektorines linijas magnetinė indukcija B — liestinių kryptis kiekviename taške, kuri atitiks magnetinės indukcijos vektoriaus B kryptį šiuose tiriamos erdvės taškuose.

Magnetinio lauko erdvę padalijus iš įsivaizduojamų vamzdžių, kurių vienetinis skerspjūvis S = 1, galima gauti vadinamąjį. Pavieniai magnetiniai vamzdeliai, kurių ašys vadinamos pavienėmis magnetinėmis linijomis. Naudodamiesi šiuo metodu, galite vizualiai pavaizduoti kiekybinį magnetinio lauko vaizdą, o šiuo atveju magnetinis srautas bus lygus linijų, einančių per pasirinktą paviršių, skaičiui.

Magnetinės linijos yra ištisinės, jos palieka Šiaurės ašigalį ir būtinai patenka į Pietų ašigalį, todėl bendras magnetinis srautas per bet kurį uždarą paviršių yra lygus nuliui. Matematiškai tai atrodo taip:

Apsvarstykite magnetinį lauką, kurį riboja cilindrinės ritės paviršius. Tiesą sakant, tai yra magnetinis srautas, kuris prasiskverbia pro šios ritės posūkių suformuotą paviršių. Tokiu atveju bendras paviršius gali būti padalintas į atskirus paviršius kiekvienam ritės apsisukimui. Paveikslėlyje parodyta, kad ritės viršutinio ir apatinio vijų paviršiai yra perverti keturiomis pavienėmis magnetinėmis linijomis, o ritės viduryje esančių vijų paviršiai – aštuoniomis.

Norint rasti viso magnetinio srauto per visus ritės posūkius vertę, reikia susumuoti magnetinius srautus, prasiskverbiančius į kiekvieno jo posūkio paviršius, tai yra, magnetinius srautus, susijusius su atskirais ritės posūkiais:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, jei ritėje yra 8 posūkiai.

Simetriškos apvijos pavyzdys, parodytas ankstesniame paveikslėlyje:

F viršutiniai posūkiai = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F apatiniai posūkiai = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф iš viso = Ф viršutiniai posūkiai + Ф apatiniai posūkiai = 44.

Čia įvedama „srauto ryšio“ sąvoka. Srautinio perdavimo ryšys Bendras magnetinis srautas, susietas su visais ritės posūkiais, skaitiniu būdu lygus magnetinių srautų, susijusių su atskirais jos posūkiais, sumai:

Фm yra magnetinis srautas, kurį sukuria srovė per vieną ritės apsisukimą; wэ — efektyvus ritės apsisukimų skaičius;

Srauto jungtis yra virtuali vertė, nes iš tikrųjų nėra atskirų magnetinių srautų sumos, bet yra bendras magnetinis srautas. Tačiau kai tikrasis magnetinio srauto pasiskirstymas ritės posūkiuose nežinomas, bet srauto santykis žinomas, tada ritę galima pakeisti lygiaverte, apskaičiuojant lygiaverčių vienodų apsisukimų skaičių, kurio reikia norint gauti reikiamą kiekį. magnetinio srauto.