Relació flux i flux magnètic

Se sap per experiència que prop dels imants permanents, així com a prop dels conductors que transporten corrent, es poden observar efectes físics, com ara l'impacte mecànic sobre altres imants o conductors que transporten corrent, així com l'aparició de CEM en conductors que es mouen en determinats espai.

L'estat inusual de l'espai a prop d'imants i conductors de corrent s'anomena camp magnètic, les característiques quantitatives del qual es determinen fàcilment per aquests fenòmens: per la força de l'acció mecànica o per inducció electromagnètica, de fet, per la magnitud induïda en un conductor en moviment EMF.

El fenomen de conducció de CEM en el conductor (fenomen de la inducció electromagnètica) es produeix en diferents condicions. Podeu moure un cable a través d'un camp magnètic uniforme o simplement canviar el camp magnètic a prop d'un cable estacionari. En qualsevol cas, el canvi en el camp magnètic a l'espai induirà un EMF al conductor.

A la figura es mostra un dispositiu experimental senzill per investigar aquest fenomen. Aquí l'anell conductor (coure) està connectat amb els seus propis cables amb un galvanòmetre balístic, per la deflexió de la fletxa, per la qual cosa es podrà estimar la quantitat de càrrega elèctrica que passa per aquest circuit senzill. Primer, centreu l'anell en algun punt de l'espai prop de l'imant (posició a) i, a continuació, moveu l'anell amb força (a la posició b). El galvanòmetre mostrarà el valor de la càrrega que passa pel circuit, Q.

Ara col·loquem l'anell en un altre punt, una mica més lluny de l'imant (a la posició c), i de nou, amb la mateixa velocitat, el desplacem bruscament cap al costat (a la posició d). La deflexió de l'agulla del galvanòmetre serà menor que en el primer intent. I si augmentem la resistència del bucle R, per exemple, substituint el coure per tungstè, després movent l'anell de la mateixa manera, ens adonarem que el galvanòmetre mostrarà una càrrega encara més petita, però el valor d'aquesta càrrega es mou a través del galvanòmetre en tot cas serà inversament proporcional a la resistència del bucle.

L'experiment demostra clarament que l'espai al voltant de l'imant en qualsevol punt té alguna propietat, cosa que afecta directament la quantitat de càrrega que passa pel galvanòmetre quan allunyem l'anell de l'imant. Diguem-ne una cosa semblant a un imant, flux magnètic, i denotem el seu valor quantitatiu amb la lletra F. Observeu la dependència revelada de Ф ~ Q * R i Q ~ Ф / R.

Complicarem l'experiment. Fixarem el bucle de coure en un punt oposat a l'imant, al costat (a la posició d), però ara canviarem l'àrea del bucle (superposant-ne una part amb un cable). Les lectures del galvanòmetre seran proporcionals al canvi de l'àrea de l'anell (a la posició e).

Per tant, el flux magnètic F del nostre imant que actua sobre el bucle és proporcional a l'àrea del bucle. Però la inducció magnètica B, relacionada amb la posició de l'anell respecte a l'imant, però independent dels paràmetres de l'anell, determina la propietat del camp magnètic en qualsevol punt considerat de l'espai proper a l'imant.

Continuant amb els experiments amb un anell de coure, ara canviarem la posició del pla de l'anell respecte de l'imant en el moment inicial (posició g) i després el girarem a una posició al llarg de l'eix de l'imant (posició h).

Tingueu en compte que com més gran sigui el canvi d'angle entre l'anell i l'imant, més càrrega Q flueix pel circuit a través del galvanòmetre. Això vol dir que el flux magnètic a través de l'anell és proporcional al coseus de l'angle entre l'imant i la normal. al pla de l'anell.

Així, podem concloure que inducció magnètica B — hi ha una magnitud vectorial, la direcció de la qual en un punt donat coincideix amb la direcció de la normal al pla de l'anell en aquella posició quan, quan l'anell s'allunya bruscament de l'imant, la càrrega Q passa al llarg del circuit és màxim.

En lloc d'un imant a l'experiment es pot utilitzar bobina d'un electroimant, mou aquesta bobina o canvia el corrent que hi ha, augmentant o disminuint així el camp magnètic que penetra el bucle experimental.

L'àrea penetrada pel camp magnètic no pot ser necessàriament limitada per una corba circular, en principi pot ser qualsevol superfície, el flux magnètic a través de la qual es determina per la integració:

Resulta que flux magnètic F Si el flux del vector d'inducció magnètica B a través de la superfície S.I la inducció magnètica B és la densitat de flux magnètic F en un punt donat del camp. El flux magnètic Ф es mesura en unitats de «Weber» — Wb. La inducció magnètica B es mesura en unitats de Tesla — Tesla.

Si s'examina de manera semblant tot l'espai al voltant d'un imant permanent o una bobina portadora de corrent, mitjançant una bobina de galvanòmetre, llavors és possible construir en aquest espai un nombre infinit de les anomenades "línies magnètiques" - línies vectorials inducció magnètica B — la direcció de les tangents en cada punt de les quals correspondrà a la direcció del vector d'inducció magnètica B en aquests punts de l'espai estudiat.

En dividir l'espai del camp magnètic per tubs imaginaris amb una secció transversal unitat S = 1, es pot obtenir l'anomenat. Tubs magnètics simples els eixos dels quals s'anomenen línies magnètiques simples. Amb aquest enfocament, podeu representar visualment una imatge quantitativa del camp magnètic i, en aquest cas, el flux magnètic serà igual al nombre de línies que passen per la superfície seleccionada.

Les línies magnètiques són contínues, surten del pol nord i entren necessàriament al pol sud, de manera que el flux magnètic total a través de qualsevol superfície tancada és zero. Matemàticament es veu així:

Considereu un camp magnètic limitat per la superfície d'una bobina cilíndrica. De fet, es tracta d'un flux magnètic que penetra a la superfície formada per les espires d'aquesta bobina. En aquest cas, la superfície total es pot dividir en superfícies separades per a cadascuna de les voltes de la bobina. La figura mostra que les superfícies de les espires superior i inferior de la bobina estan perforades per quatre línies magnètiques simples, i les superfícies de les espires al mig de la bobina estan perforades per vuit.

Per trobar el valor del flux magnètic total a través de totes les espires de la bobina, cal sumar els fluxos magnètics que penetren a les superfícies de cadascuna de les seves espires, és a dir, els fluxos magnètics associats a les espires individuals de la bobina:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 si hi ha 8 voltes a la bobina.

Per a l'exemple de bobinatge simètric que es mostra a la figura anterior:

F voltes superiors = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F voltes inferiors = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф total = Ф girs superiors + Ф girs inferiors = 44.

Aquí és on s'introdueix el concepte de "connexió de flux". Connexió de streaming El flux magnètic total associat a totes les espires de la bobina, numèricament igual a la suma dels fluxos magnètics associats a les seves espires individuals:

Фm és el flux magnètic creat pel corrent a través d'una revolució de la bobina; wэ — nombre efectiu de voltes a la bobina;

L'enllaç de flux és un valor virtual perquè en realitat no hi ha una suma de fluxos magnètics individuals, però sí un flux magnètic total. Tanmateix, quan es desconeix la distribució real del flux magnètic sobre les espires de la bobina, però es coneix la relació de flux, llavors la bobina es pot substituir per una d'equivalent calculant el nombre de voltes idèntiques equivalents necessàries per obtenir la quantitat necessària. de flux magnètic.