Fluxus és mágneses fluxus kapcsolata

Tapasztalatból ismert, hogy az állandó mágnesek, valamint az áramvezető vezetékek közelében fizikai hatások figyelhetők meg, mint például mechanikai hatás más mágnesekre vagy áramvezető vezetékekre, valamint EMF megjelenése az adott helyen mozgó vezetékekben. hely.

A mágnesek és áramvezető vezetők közelében kialakuló szokatlan térállapotot mágneses térnek nevezzük, amelynek mennyiségi jellemzőit könnyen meghatározzák ezek a jelenségek: a mechanikai hatás erejével vagy az elektromágneses indukcióval, valójában az indukált nagyságrenddel. mozgó karmester EMF.

Az EMF vezetésének jelensége a vezetőben (elektromágneses indukció jelensége) különböző körülmények között fordul elő. A vezetéket egyenletes mágneses mezőn keresztül mozgathatja, vagy egyszerűen megváltoztathatja a mágneses mezőt egy álló vezeték közelében. Mindkét esetben a térben a mágneses tér változása EMF-et indukál a vezetőben.

Az ábrán egy egyszerű kísérleti eszköz látható ennek a jelenségnek a vizsgálatára. Itt a vezető (réz) gyűrű a saját vezetékeivel van összekötve ballisztikus galvanométerrel, a nyíl eltérítésével, amelyre megbecsülhető lesz az ezen az egyszerű áramkörön áthaladó elektromos töltés mennyisége. Először állítsa középre a gyűrűt a tér valamely pontján a mágnes közelében (a pozíció), majd élesen mozgassa a gyűrűt (b pozícióba). A galvanométer mutatja az áramkörön áthaladó töltés értékét, Q.

Most helyezzük a gyűrűt egy másik pontra, kicsit távolabb a mágnestől (c pozícióba), és ismét ugyanazzal a sebességgel mozgatjuk élesen oldalra (d pozícióba). A galvanométer tűjének elhajlása kisebb lesz, mint az első kísérletnél. És ha növeljük az R hurok ellenállását, például a rezet volfrámra cserélve, majd a gyűrűt ugyanúgy mozgatva észrevesszük, hogy a galvanométer még kisebb töltést fog mutatni, de ennek a töltésnek az értéke áthalad a A galvanométer minden esetben fordítottan arányos a hurokellenállással.

A kísérlet egyértelműen bizonyítja, hogy a mágnes körüli tér bármely ponton rendelkezik valamilyen tulajdonsággal, valamivel, ami közvetlenül befolyásolja a galvanométeren áthaladó töltés mennyiségét, amikor elmozdítjuk a gyűrűt a mágnestől. Nevezzük valami mágneshez közelinek, mágneses fluxus, mennyiségi értékét pedig F betűvel jelöljük. Jegyezzük meg Ф ~ Q * R és Q ~ Ф / R feltárt függését.

Bonyolítsuk a kísérletet. Rögzítjük a rézhurkot egy bizonyos ponton a mágnessel szemben, mellette (d pozícióban), de most megváltoztatjuk a hurok területét (egy részét átfedjük egy huzallal). A galvanométer leolvasása arányos a gyűrű területének változásával (e pozícióban).

Ezért a hurokra ható mágnesünkből származó F mágneses fluxus arányos a hurok területével. De a B mágneses indukció, amely a gyűrűnek a mágneshez viszonyított helyzetéhez kapcsolódik, de független a gyűrű paramétereitől, meghatározza a mágneses tér tulajdonságát a tér bármely tekintett pontjában a mágnes közelében.

Rézgyűrűvel folytatva a kísérleteket, most megváltoztatjuk a gyűrű síkjának mágneshez viszonyított helyzetét a kezdeti pillanatban (g pozíció), majd elforgatjuk a mágnes tengelye mentén egy pozícióba (h pozíció).

Ne feledje, hogy minél nagyobb a gyűrű és a mágnes közötti szög változása, annál nagyobb Q töltés áramlik át a galvanométeren keresztül az áramkörön, ami azt jelenti, hogy a gyűrűn áthaladó mágneses fluxus arányos a mágnes és a normál közötti szög koszinuszával. a gyűrű síkjához.

Ebből arra következtethetünk mágneses indukció B - van egy vektormennyiség, amelynek iránya egy adott pontban egybeesik a gyűrű síkjának normál irányával abban a helyzetben, amikor a gyűrűnek a mágnestől élesen elmozdulásakor a Q töltés a gyűrű mentén halad. áramkör maximális.

A kísérletben mágnes helyett használhatja elektromágnes tekercs, mozgassa ezt a tekercset, vagy változtassa meg benne az áramerősséget, ezáltal növelje vagy csökkentse a kísérleti hurkon áthatoló mágneses teret.

A mágneses tér által áthatolt terület nem feltétlenül határolható körkörös hajlítással, ez elvileg bármilyen felület lehet, amelyen áthaladó mágneses fluxust integrálással határozzuk meg:

Kiderült, hogy mágneses fluxus F A B mágneses indukciós vektor fluxusa az S felületen keresztül.A B mágneses indukció pedig az F mágneses fluxussűrűség a mező adott pontjában. A Ф mágneses fluxust «Weber» - Wb egységekben mérik. A B mágneses indukciót Tesla – Tesla egységekben mérik.

Ha egy állandó mágnes vagy egy áramvezető tekercs körüli teljes teret hasonló módon, galvanométertekerccsel megvizsgáljuk, akkor ebben a térben végtelen számú úgynevezett "mágneses vonal" konstruálható. vektor vonalak mágneses indukció B - az érintők iránya, amelynek minden pontjában megfelel a B mágneses indukciós vektor irányának a vizsgált tér ezen pontjain.

A mágneses tér terét egységnyi S = 1 keresztmetszetű képzeletbeli csövekkel elosztva megkaphatjuk az ún. Egyetlen mágneses csövek, amelyek tengelyeit egyedi mágneses vonalaknak nevezzük. Ezzel a megközelítéssel vizuálisan ábrázolhatja a mágneses mező kvantitatív képét, és ebben az esetben a mágneses fluxus megegyezik a kiválasztott felületen áthaladó vonalak számával.

A mágneses vonalak folytonosak, elhagyják az északi sarkot, és szükségszerűen belépnek a déli pólusba, így a teljes mágneses fluxus bármely zárt felületen nulla. Matematikailag így néz ki:

Tekintsünk egy mágneses teret, amelyet egy hengeres tekercs felülete határol. Valójában ez egy mágneses fluxus, amely áthatol a tekercs menetei által kialakított felületen. Ebben az esetben a teljes felületet fel lehet osztani külön felületekre a tekercs minden egyes menetéhez. Az ábrán látható, hogy a tekercs felső és alsó menetének felületét négy egyedi mágneses vonal, a tekercs közepén lévő menetek felületét pedig nyolc.

A tekercs összes menetén áthaladó teljes mágneses fluxus értékének meghatározásához össze kell adni az egyes menetek felületén áthatoló mágneses fluxusokat, vagyis a tekercs egyes meneteihez kapcsolódó mágneses fluxusokat:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, ha 8 menet van a tekercsben.

Az előző ábrán látható szimmetrikus tekercselési példához:

F felső fordulat = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F alsó fordulat = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф összesen = Ф felső fordulat + Ф alsó fordulat = 44.

Itt kerül bevezetésre az "áramlási kapcsolat" fogalma. Streaming kapcsolat A tekercs összes fordulatához tartozó teljes mágneses fluxus, amely számszerűen egyenlő az egyes fordulatokhoz tartozó mágneses fluxusok összegével:

Фm a mágneses fluxus, amelyet a tekercs egy fordulatán át tartó áram hoz létre; wэ — a tekercs tényleges fordulatszáma;

A fluxuskapcsolás virtuális érték, mivel a valóságban nincs egyedi mágneses fluxus összege, hanem teljes mágneses fluxus van. Ha azonban a mágneses fluxus tényleges eloszlása ​​a tekercs menetein nem ismert, de a fluxus összefüggés ismert, akkor a tekercs kicserélhető egy ekvivalensre úgy, hogy kiszámítjuk a szükséges mennyiség eléréséhez szükséges egyenértékű azonos fordulatok számát. a mágneses fluxus.