indução magnética - é a densidade de fluxo magnético em um determinado ponto no campo. A unidade de indução magnética é o tesla.(1 T \u003d 1 Wb / m 2).

Voltando à expressão obtida anteriormente (1), podemos quantificar fluxo magnético através de uma certa superfície como o produto da magnitude da carga que flui através de um condutor alinhado com o limite desta superfície com o desaparecimento completo do campo magnético, pela resistência do circuito elétrico através do qual essas cargas fluem

.

Nos experimentos descritos acima com uma bobina de teste (anel), ela foi removida a uma distância na qual todas as manifestações do campo magnético desapareceram. Mas você pode simplesmente mover essa bobina dentro do campo e, ao mesmo tempo, as cargas elétricas também se moverão nele. Vamos passar a expressão (1) para incrementos

Ф + Δ Ф = r(q - Δ q) => Δ Ф = - rΔq => Δ q\u003d -Δ F / r

onde Δ Ф e Δ q- incrementos do fluxo e do número de cargas. Diferentes sinais dos incrementos são explicados pelo fato de que a carga positiva nos experimentos com a retirada da bobina correspondeu ao desaparecimento do campo, ou seja, incremento negativo do fluxo magnético.

Com a ajuda de uma volta de teste, você pode explorar todo o espaço ao redor de um ímã ou bobina de corrente e construir linhas, a direção das tangentes às quais em cada ponto corresponderá à direção do vetor de indução magnética B(Fig. 3)

Essas linhas são chamadas de linhas vetoriais de indução magnética ou linhas magnéticas .

O espaço do campo magnético pode ser dividido mentalmente por superfícies tubulares formadas por linhas magnéticas, e as superfícies podem ser escolhidas de tal forma que o fluxo magnético dentro de cada uma dessas superfícies (tubo) seja numericamente igual a um e represente graficamente as linhas axiais desses tubos. Esses tubos são chamados simples, e as linhas de seus eixos são chamadas linhas magnéticas simples . A imagem do campo magnético representada com a ajuda de linhas simples dá não apenas uma ideia qualitativa, mas também quantitativa, porque. neste caso, o valor do vetor de indução magnética acaba sendo igual ao número de linhas que passam por uma superfície unitária normal ao vetor B, uma o número de linhas que passam por qualquer superfície é igual ao valor do fluxo magnético .

As linhas magnéticas são contínuas e este princípio pode ser representado matematicamente como

Essa. o fluxo magnético que passa por qualquer superfície fechada é zero .

A expressão (4) é válida para a superfície s alguma forma. Se considerarmos o fluxo magnético que passa pela superfície formada pelas espiras de uma bobina cilíndrica (Fig. 4), então ele pode ser dividido em superfícies formadas por espiras individuais, ou seja, s=s 1 +s 2 +...+s oito . Além disso, no caso geral, diferentes fluxos magnéticos passarão pelas superfícies de diferentes espiras. Assim na fig. 4, oito linhas magnéticas simples passam pelas superfícies das espiras centrais da bobina e apenas quatro pelas superfícies das espiras externas.

Para determinar o fluxo magnético total que passa pela superfície de todas as espiras, é necessário somar os fluxos que passam pelas superfícies de espiras individuais, ou seja, intertravamento com espiras individuais. Por exemplo, os fluxos magnéticos interligados com as quatro voltas superiores da bobina na Fig. 4 será igual a: F 1 =4; F2 =4; F3 =6; F 4 \u003d 8. Além disso, espelho-simétrico com o fundo.

Ligação de fluxo - o fluxo magnético virtual (total imaginário) Ψ, intertravado com todas as espiras da bobina, é numericamente igual à soma dos fluxos intertravados com espiras individuais: Ψ = W e F m, onde F m- o fluxo magnético criado pela corrente que passa pela bobina, e W e é o número equivalente ou efetivo de espiras da bobina. O significado físico de ligação de fluxo é o acoplamento de campos magnéticos de espiras de bobina, que pode ser expresso pelo coeficiente (multiplicidade) de ligação de fluxo k= Ψ/Ф = W e.

Ou seja, para o caso mostrado na figura, duas metades espelhadas simétricas da bobina:

Ψ \u003d 2 (Ф 1 + Ф 2 + Ф 3 + Ф 4) \u003d 48

A virtualidade, ou seja, a ligação de fluxo imaginário, se manifesta no fato de não representar um fluxo magnético real, que nenhuma indutância pode multiplicar, mas o comportamento da impedância da bobina é tal que parece que o fluxo magnético aumenta em um múltiplo do número efetivo de voltas, embora na realidade seja simplesmente interação de voltas no mesmo campo. Se a bobina aumentasse o fluxo magnético por sua ligação de fluxo, então seria possível criar multiplicadores de campo magnético na bobina mesmo sem corrente, pois a ligação de fluxo não implica o circuito fechado da bobina, mas apenas a geometria da junta da bobina. proximidade das curvas.

Frequentemente, a distribuição real da ligação de fluxo sobre as espiras da bobina é desconhecida, mas pode-se supor que ela seja uniforme e a mesma para todas as espiras se a bobina real for substituída por uma equivalente com um número diferente de espiras. W e, mantendo a magnitude da ligação de fluxo Ψ = W e F m, onde F mé o fluxo interligado com as espiras internas da bobina, e W e é o número equivalente ou efetivo de espiras da bobina. Para o considerado na Fig. 4 casos W e \u003d Ψ / F 4 \u003d 48 / 8 \u003d 6.

Também é possível substituir uma bobina real por uma equivalente mantendo o número de voltas Ψ = W F n. Então, para manter a ligação de fluxo, é necessário aceitar que o fluxo magnético f n = Ψ/ W .

A primeira opção para substituir a bobina por uma equivalente preserva o padrão do campo magnético alterando os parâmetros da bobina, a segunda opção preserva os parâmetros da bobina alterando o padrão do campo magnético.

O fluxo magnético ocupa um lugar importante entre as grandezas físicas. Este artigo explica o que é e como determinar seu valor.

O que é fluxo magnético

Esta é uma quantidade que determina o nível do campo magnético que passa pela superfície. Denotado "FF" e depende da força do campo e do ângulo de passagem do campo através desta superfície.

É calculado pela fórmula:

FF=B⋅S⋅cosα, onde:

• FF - fluxo magnético;
• B é o valor da indução magnética;
• S é a área da superfície pela qual esse campo passa;
• cosα é o cosseno do ângulo entre a perpendicular à superfície e o escoamento.

A unidade de medida do SI é "weber" (Wb). 1 weber é criado por um campo de 1 T que passa perpendicularmente a uma superfície de 1 m².

Assim, o escoamento é máximo quando sua direção coincide com a vertical e é igual a “0” se for paralelo à superfície.

Interessante. A fórmula para o fluxo magnético é semelhante à fórmula pela qual a iluminação é calculada.

imãs permanentes

Uma das fontes do campo são os ímãs permanentes. Eles são conhecidos há séculos. Uma agulha de bússola era feita de ferro magnetizado, e na Grécia antiga havia uma lenda sobre uma ilha que atraía para si as partes metálicas dos navios.

Os ímãs permanentes vêm em várias formas e são feitos de diferentes materiais:

• ferro - o mais barato, mas com menos força atrativa;
• neodímio - de uma liga de neodímio, ferro e boro;
• Alnico é uma liga de ferro, alumínio, níquel e cobalto.

Todos os ímãs são bipolares. Isso é mais perceptível em dispositivos de haste e ferradura.

Se a haste for pendurada no meio ou colocada em um pedaço flutuante de madeira ou espuma, ela girará na direção norte-sul. O pólo que aponta para o norte é chamado de pólo norte e é pintado de azul em instrumentos de laboratório e denotado por "N". O oposto, apontando para o sul, é vermelho e marcado com "S". Pólos iguais atraem ímãs, enquanto pólos opostos se repelem.

Em 1851, Michael Faraday propôs o conceito de linhas fechadas de indução. Essas linhas saem do pólo norte do ímã, passam pelo espaço circundante, entram no sul e dentro do dispositivo retornam ao norte. As linhas e intensidades de campo mais próximas estão perto dos pólos. Aqui, também, a força de atração é maior.

Se um pedaço de vidro for colocado no dispositivo e as limalhas de ferro forem derramadas no topo em uma camada fina, elas estarão localizadas ao longo das linhas do campo magnético. Quando vários dispositivos estão localizados um ao lado do outro, a serragem mostrará a interação entre eles: atração ou repulsão.

campo magnético da Terra

Nosso planeta pode ser representado como um ímã, cujo eixo é inclinado em 12 graus. As interseções deste eixo com a superfície são chamadas de pólos magnéticos. Como qualquer ímã, as linhas de força da Terra vão do pólo norte ao sul. Perto dos pólos, eles correm perpendicularmente à superfície, de modo que a agulha da bússola não é confiável e outros métodos precisam ser usados.

As partículas do "vento solar" possuem uma carga elétrica, portanto, ao se movimentar em torno delas, aparece um campo magnético que interage com o campo da Terra e direciona essas partículas ao longo das linhas de força. Assim, este campo protege a superfície da Terra da radiação cósmica. No entanto, perto dos polos, essas linhas são perpendiculares à superfície e partículas carregadas entram na atmosfera, causando a aurora boreal.

Em 1820, Hans Oersted, enquanto conduzia experimentos, viu o efeito de um condutor através do qual uma corrente elétrica flui em uma agulha de bússola. Poucos dias depois, André-Marie Ampere descobriu a atração mútua de dois fios, através dos quais fluía uma corrente na mesma direção.

Interessante. Durante a soldagem elétrica, os cabos próximos se movem quando a corrente muda.

Ampère mais tarde sugeriu que isso se devia à indução magnética da corrente que flui através dos fios.

Em uma bobina enrolada com um fio isolado através do qual flui uma corrente elétrica, os campos dos condutores individuais se reforçam. Para aumentar a força atrativa, a bobina é enrolada em um núcleo de aço aberto. Este núcleo torna-se magnetizado e atrai peças de ferro ou a outra metade do núcleo em relés e contatores.

Indução eletromagnética

Quando o fluxo magnético muda, uma corrente elétrica é induzida no fio. Esse fato não depende do que causa essa mudança: o movimento de um ímã permanente, o movimento de um fio ou uma mudança na intensidade da corrente em um condutor próximo.

Este fenômeno foi descoberto por Michael Faraday em 29 de agosto de 1831. Seus experimentos mostraram que a EMF (força eletromotriz) que aparece em um circuito limitado por condutores é diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo que passa pela área desse circuito.

Importante! Para a ocorrência de CEM, o fio deve cruzar as linhas de força. Ao se mover ao longo das linhas, não há EMF.

Se a bobina na qual ocorre o EMF estiver incluída no circuito elétrico, uma corrente aparecerá no enrolamento, que cria seu próprio campo eletromagnético no indutor.

Quando um condutor se move em um campo magnético, uma EMF é induzida nele. Sua direcionalidade depende da direção do movimento do fio. O método pelo qual a direção da indução magnética é determinada é chamado de “método da mão direita”.

O cálculo da magnitude do campo magnético é importante para o projeto de máquinas elétricas e transformadores.

Vídeo

Entre as muitas definições e conceitos associados a um campo magnético, deve-se destacar o fluxo magnético, que possui uma determinada direção. Esta propriedade é amplamente utilizada em eletrônica e engenharia elétrica, no projeto de instrumentos e dispositivos, bem como no cálculo de vários circuitos.

O conceito de fluxo magnético

Antes de tudo, é necessário estabelecer exatamente o que é chamado de fluxo magnético. Este valor deve ser considerado em combinação com um campo magnético uniforme. É homogêneo em todos os pontos do espaço designado. Uma determinada superfície, que possui uma área fixa, denotada pelo símbolo S, está sob a influência de um campo magnético, cujas linhas de campo agem sobre essa superfície e a atravessam.

Assim, o fluxo magnético Ф, atravessando uma superfície de área S, consiste em um certo número de linhas coincidentes com o vetor B e passando por essa superfície.

Este parâmetro pode ser encontrado e exibido como a fórmula Ф = BS cos α, em que α é o ângulo entre a direção normal à superfície S e o vetor de indução magnética B. Com base nesta fórmula, é possível determinar o fluxo magnético com um valor máximo em que cos α = 1 , e a posição do vetor B se tornará paralela à normal perpendicular à superfície S. Inversamente, o fluxo magnético será mínimo se o vetor B estiver localizado perpendicularmente à normal.

Nesta versão, as linhas vetoriais simplesmente deslizam ao longo do plano e não o cruzam. Ou seja, o fluxo é levado em consideração apenas ao longo das linhas do vetor de indução magnética que cruza uma superfície específica.

Para encontrar esse valor, são usados ​​weber ou volt-segundos (1 Wb \u003d 1 V x 1 s). Este parâmetro pode ser medido em outras unidades. O menor valor é o maxwell, que é 1 Wb = 10 8 µs ou 1 µs = 10 -8 Wb.

Energia do campo magnético e fluxo de indução magnética

Se uma corrente elétrica é passada através de um condutor, então um campo magnético é formado em torno dele, que tem energia. Sua origem está associada à potência elétrica da fonte de corrente, que é parcialmente consumida para vencer a EMF de auto-indução que ocorre no circuito. Esta é a chamada auto-energia da corrente, devido à qual ela é formada. Ou seja, as energias do campo e da corrente serão iguais entre si.

O valor da auto-energia da corrente é expresso pela fórmula W \u003d (L x I 2) / 2. Esta definição é considerada igual ao trabalho que é feito por uma fonte de corrente que supera a indutância, ou seja, a autoindução EMF e cria uma corrente no circuito elétrico. Quando a corrente deixa de atuar, a energia do campo magnético não desaparece sem deixar vestígios, mas é liberada, por exemplo, na forma de um arco ou faísca.

O fluxo magnético que ocorre no campo também é conhecido como fluxo de indução magnética com valor positivo ou negativo, cuja direção é convencionalmente indicada por um vetor. Como regra, esse fluxo passa por um circuito através do qual flui uma corrente elétrica. Com uma direção positiva da normal em relação ao contorno, a direção do movimento da corrente é um valor determinado de acordo com . Neste caso, o fluxo magnético criado pelo circuito com corrente elétrica, e que passa por este circuito, terá sempre um valor maior que zero. Medidas práticas também apontam para isso.

O fluxo magnético é geralmente medido em unidades estabelecidas pelo sistema internacional SI. Este é o já conhecido Weber, que é a magnitude do fluxo que passa por um plano com área de 1 m2. Esta superfície é colocada perpendicularmente às linhas do campo magnético com uma estrutura uniforme.

Este conceito é bem descrito pelo teorema de Gauss. Reflete a ausência de cargas magnéticas, de modo que as linhas de indução são sempre representadas como fechadas ou indo ao infinito sem começo ou fim. Ou seja, o fluxo magnético que passa por qualquer tipo de superfície fechada é sempre zero.

O que é fluxo magnético?

A imagem mostra um campo magnético uniforme. Homogêneo significa o mesmo em todos os pontos de um determinado volume. Uma superfície com área S é colocada no campo e as linhas de campo cruzam a superfície.

Definição de fluxo magnético

Definição de fluxo magnético:

O fluxo magnético Ф através da superfície S é o número de linhas do vetor de indução magnética B passando pela superfície S.

Fórmula do fluxo magnético

Fórmula do fluxo magnético:

aqui α é o ângulo entre a direção do vetor de indução magnética B e a normal à superfície S.

Pode-se ver pela fórmula do fluxo magnético que o fluxo magnético máximo será em cos α = 1, e isso acontecerá quando o vetor B for paralelo à normal à superfície S. O fluxo magnético mínimo será em cos α = 0, isso será quando o vetor B for perpendicular à normal à superfície S, pois neste caso as linhas do vetor B deslizarão sobre a superfície S sem cruzá-la.

E de acordo com a definição de fluxo magnético, apenas as linhas do vetor de indução magnética que interceptam uma determinada superfície são levadas em consideração.

O fluxo magnético é uma grandeza escalar.

O fluxo magnético é medido

O fluxo magnético é medido em webers (volt-segundos): 1 wb \u003d 1 v * s.

Além disso, Maxwell é usado para medir o fluxo magnético: 1 wb \u003d 10 8 μs. Assim, 1 μs = 10 -8 wb.

Materiais magnéticos são aqueles que estão sujeitos à influência de campos de força especiais, por sua vez, materiais não magnéticos não estão sujeitos ou fracamente sujeitos às forças de um campo magnético, que geralmente é representado por linhas de força (fluxo magnético) que possuem certas propriedades. Além de sempre formar laços fechados, eles se comportam como se fossem elásticos, ou seja, durante a distorção, tentam retornar à sua distância anterior e à sua forma natural.

força invisível

Os ímãs tendem a atrair certos metais, especialmente ferro e aço, bem como ligas de níquel, níquel, cromo e cobalto. Materiais que criam forças atrativas são ímãs. Existem vários tipos. Materiais que podem ser facilmente magnetizados são chamados ferromagnéticos. Eles podem ser duros ou macios. Materiais ferromagnéticos macios, como o ferro, perdem suas propriedades rapidamente. Ímãs feitos desses materiais são chamados de temporários. Materiais rígidos como o aço mantêm suas propriedades por muito mais tempo e são usados ​​como materiais permanentes.

Fluxo Magnético: Definição e Caracterização

Ao redor do ímã existe um certo campo de força, e isso cria a possibilidade de energia. O fluxo magnético é igual ao produto dos campos de força médios da superfície perpendicular em que penetra. É representado usando o símbolo "Φ", é medido em unidades chamadas Webers (WB). A quantidade de fluxo que passa por uma determinada área varia de um ponto para outro ao redor do objeto. Assim, o fluxo magnético é uma chamada medida da força de um campo magnético ou corrente elétrica, com base no número total de linhas de força carregadas que passam por uma determinada área.

Revelando o mistério dos fluxos magnéticos

Todos os ímãs, independentemente de sua forma, possuem duas áreas, chamadas pólos, capazes de produzir uma certa cadeia de sistema organizado e equilibrado de linhas de força invisíveis. Essas linhas do córrego formam um campo especial, cuja forma é mais intensa em algumas partes do que em outras. As áreas de maior atração são chamadas de polos. As linhas de campo vetorial não podem ser detectadas a olho nu. Visualmente, sempre aparecem como linhas de força com pólos inequívocos em cada extremidade do material, onde as linhas são mais densas e concentradas. Fluxo magnético são linhas que criam vibrações de atração ou repulsão, mostrando sua direção e intensidade.

Linhas de fluxo magnético

As linhas de campo magnético são definidas como curvas que se movem ao longo de um determinado caminho em um campo magnético. A tangente a essas curvas em qualquer ponto mostra a direção do campo magnético nela. Características:

Cada linha de fluxo forma um circuito fechado.

Essas linhas de indução nunca se cruzam, mas tendem a encolher ou esticar, mudando suas dimensões em uma direção ou outra.

Como regra, as linhas de força têm um começo e um fim na superfície.

Há também uma certa direção de norte a sul.

Linhas de campo próximas umas das outras, formando um forte campo magnético.

• Quando os pólos adjacentes são os mesmos (norte-norte ou sul-sul), eles se repelem. Quando os polos vizinhos não estão alinhados (norte-sul ou sul-norte), eles são atraídos um pelo outro. Esse efeito lembra a famosa expressão de que os opostos se atraem.

Moléculas magnéticas e a teoria de Weber

A teoria de Weber baseia-se no fato de que todos os átomos são magnéticos devido à ligação entre os elétrons nos átomos. Grupos de átomos se unem de tal forma que os campos que os cercam giram na mesma direção. Esses tipos de materiais são compostos de grupos de minúsculos ímãs (quando vistos no nível molecular) ao redor dos átomos, o que significa que o material ferromagnético é composto de moléculas que possuem forças atrativas. Eles são conhecidos como dipolos e são agrupados em domínios. Quando o material é magnetizado, todos os domínios se tornam um. Um material perde sua capacidade de atrair e repelir quando seus domínios são separados. Os dipolos juntos formam um ímã, mas individualmente, cada um deles tenta repelir o unipolar, atraindo assim os polos opostos.

Campos e pólos

A força e a direção do campo magnético são determinadas pelas linhas de fluxo magnético. A área de atração é mais forte onde as linhas estão próximas umas das outras. As linhas estão mais próximas do pólo da base da haste, onde a atração é mais forte. O próprio planeta Terra está neste poderoso campo de força. Ele age como se uma placa magnetizada listrada gigante estivesse passando pelo meio do planeta. O pólo norte da agulha da bússola é direcionado para um ponto chamado pólo magnético norte, o pólo sul aponta para o sul magnético. No entanto, essas direções diferem dos pólos norte e sul geográficos.

A natureza do magnetismo

O magnetismo desempenha um papel importante na engenharia elétrica e eletrônica, pois sem seus componentes como relés, solenoides, indutores, bobinas, bobinas, alto-falantes, motores elétricos, geradores, transformadores, medidores de eletricidade, etc. estado natural na forma de minérios magnéticos. Existem dois tipos principais, estes são magnetita (também chamado de óxido de ferro) e ferro magnético. A estrutura molecular deste material no estado não magnético é apresentada como um circuito magnético livre ou pequenas partículas individuais que são dispostas livremente em ordem aleatória. Quando um material é magnetizado, esse arranjo aleatório de moléculas muda, e minúsculas partículas moleculares aleatórias se alinham de tal forma que produzem toda uma série de arranjos. Essa ideia de alinhamento molecular de materiais ferromagnéticos é chamada de teoria de Weber.

Medição e aplicação prática

Os geradores mais comuns usam fluxo magnético para gerar eletricidade. Sua força é amplamente utilizada em geradores elétricos. O aparelho que mede esse interessante fenômeno chama-se fluxômetro, é composto por uma bobina e um equipamento eletrônico que avalia a variação de tensão na bobina. Na física, um fluxo é um indicador do número de linhas de força que passam por uma determinada área. O fluxo magnético é uma medida do número de linhas magnéticas de força.

Às vezes, mesmo um material não magnético também pode ter propriedades diamagnéticas e paramagnéticas. Um fato interessante é que as forças atrativas podem ser destruídas pelo calor ou ao serem golpeadas com um martelo do mesmo material, mas não podem ser destruídas ou isoladas simplesmente quebrando um grande espécime em dois. Cada pedaço quebrado terá seu próprio pólo norte e sul, não importa quão pequenos sejam os pedaços.