inducție magnetică - este densitatea fluxului magnetic într-un punct dat al câmpului. Unitatea de inducție magnetică este tesla.(1 T \u003d 1 Wb / m 2).

Revenind la expresia obținută anterior (1), putem cuantifica flux magnetic printr-o anumită suprafață ca produsul dintre mărimea sarcinii care curge printr-un conductor aliniat cu limita acestei suprafețe cu dispariția completă a câmpului magnetic, prin rezistența circuitului electric prin care trec aceste sarcini.

.

În experimentele descrise mai sus cu o bobină de testare (inel), aceasta a fost îndepărtată la o distanță la care au dispărut toate manifestările câmpului magnetic. Dar puteți muta pur și simplu această bobină în câmp și, în același timp, și sarcinile electrice se vor mișca în ea. Să trecem în expresia (1) la incremente

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

unde Δ Ф și Δ q- creșteri ale debitului și ale numărului de încărcări. Semnele diferite ale creșterilor sunt explicate prin faptul că sarcina pozitivă în experimentele cu îndepărtarea bobinei a corespuns cu dispariția câmpului, i.e. creştere negativă a fluxului magnetic.

Cu ajutorul unei viraj de probă, puteți explora întreg spațiul din jurul unui magnet sau bobine de curent și puteți construi linii, direcția tangentelor la care în fiecare punct va corespunde direcția vectorului de inducție magnetică. B(Fig. 3)

Aceste linii se numesc linii vectoriale de inducție magnetică sau linii magnetice .

Spațiul câmpului magnetic poate fi împărțit mental de suprafețe tubulare formate din linii magnetice, iar suprafețele pot fi alese în așa fel încât fluxul magnetic din interiorul fiecărei astfel de suprafețe (tub) să fie numeric egal cu unu și să înfățișeze grafic liniile axiale. din aceste tuburi. Astfel de tuburi sunt numite unice, iar liniile axelor lor sunt numite linii magnetice simple . Imaginea câmpului magnetic descrisă cu ajutorul liniilor unice oferă nu numai o idee calitativă, ci și cantitativă a acestuia, deoarece. în acest caz, valoarea vectorului de inducție magnetică se dovedește a fi egală cu numărul de linii care trec printr-o suprafață unitară normală vectorului B, A numărul de linii care trec prin orice suprafață este egal cu valoarea fluxului magnetic .

Liniile magnetice sunt continue iar acest principiu poate fi reprezentat matematic ca

acestea. fluxul magnetic care trece prin orice suprafață închisă este zero .

Expresia (4) este valabilă pentru suprafață s orice formă. Dacă luăm în considerare fluxul magnetic care trece prin suprafața formată de spirele unei bobine cilindrice (Fig. 4), atunci acesta poate fi împărțit în suprafețe formate din spire individuale, adică. s=s 1 +s 2 +...+s opt . Mai mult, în cazul general, prin suprafețele diferitelor spire vor trece fluxuri magnetice diferite. Deci în fig. 4, opt linii magnetice simple trec prin suprafețele spirelor centrale ale bobinei și doar patru prin suprafețele spirelor exterioare.

Pentru a determina fluxul magnetic total care trece prin suprafața tuturor spirelor, este necesar să se adauge fluxurile care trec prin suprafețele spirelor individuale sau, cu alte cuvinte, interblocarea cu spire individuale. De exemplu, fluxurile magnetice care se interconectează cu cele patru spire superioare ale bobinei din Fig. 4 va fi egal cu: F 1 =4; F2 =4; F3 =6; F 4 \u003d 8. De asemenea, oglindă-simetric cu fundul.

Legătura de flux - fluxul magnetic virtual (total imaginar) Ψ, care se interconectează cu toate spirele bobinei, este numeric egal cu suma fluxurilor care se interconectează cu spire individuale: Ψ = w e F m, unde F m- fluxul magnetic creat de curentul care trece prin bobină, și w e este numărul echivalent sau efectiv de spire ale bobinei. Semnificația fizică a legăturii fluxului este cuplarea câmpurilor magnetice ale spirelor bobinei, care poate fi exprimată prin coeficientul (multiplicitatea) legăturii fluxului k= Ψ/Ф = w e.

Adică, pentru cazul prezentat în figură, două jumătăți simetrice în oglindă ale bobinei:

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

Virtualitatea, adică legătura de flux imaginar, se manifestă prin faptul că nu reprezintă un flux magnetic real, pe care nicio inductanță nu îl poate multiplica, dar comportarea impedanței bobinei este de așa natură încât se pare că fluxul magnetic crește cu un multiplu al numărului efectiv de ture, deși în realitate este pur și simplu interacțiunea turelor în același câmp. Dacă bobina a crescut fluxul magnetic prin legătura de flux, atunci ar fi posibil să se creeze multiplicatori de câmp magnetic pe bobină chiar și fără curent, deoarece legătura de flux nu implică circuitul închis al bobinei, ci doar geometria comună a bobinei. apropierea virajelor.

Adesea, distribuția reală a legăturii fluxului pe spirele bobinei este necunoscută, dar se poate presupune că este uniformă și aceeași pentru toate spirele dacă bobina reală este înlocuită cu una echivalentă cu un număr diferit de spire. w e, menținând în același timp mărimea legăturii de flux Ψ = w e F m, unde F m este fluxul care se interconectează cu spirele interne ale bobinei și w e este numărul echivalent sau efectiv de spire ale bobinei. Pentru cel considerat în fig. 4 cazuri w e \u003d Ψ / F 4 \u003d 48 / 8 \u003d 6.

De asemenea, este posibil să înlocuiți o bobină reală cu una echivalentă, menținând în același timp numărul de spire Ψ = w F n. Apoi, pentru a menține legătura fluxului, este necesar să se accepte că fluxul magnetic f n = Ψ/ w .

Prima opțiune pentru înlocuirea bobinei cu una echivalentă păstrează modelul câmpului magnetic prin modificarea parametrilor bobinei, a doua opțiune păstrează parametrii bobinei prin schimbarea modelului câmpului magnetic.

Dintre mărimile fizice, un loc important îl ocupă fluxul magnetic. Acest articol explică ce este și cum să-i determine valoarea.

Ce este fluxul magnetic

Aceasta este o cantitate care determină nivelul câmpului magnetic care trece prin suprafață. Notat „FF” și depinde de intensitatea câmpului și de unghiul de trecere al câmpului prin această suprafață.

Se calculează după formula:

FF=B⋅S⋅cosα, unde:

• FF - flux magnetic;
• B este valoarea inducției magnetice;
• S este suprafața prin care trece acest câmp;
• cosα este cosinusul unghiului dintre perpendiculara pe suprafață și flux.

Unitatea de măsură SI este „weber” (Wb). 1 weber este creat de un câmp de 1 T care trece perpendicular pe o suprafață de 1 m².

Astfel, debitul este maxim atunci când direcția acestuia coincide cu verticala și este egal cu „0” dacă este paralel cu suprafața.

Interesant. Formula pentru fluxul magnetic este similară cu formula prin care se calculează iluminarea.

magneți permanenți

Una dintre sursele câmpului sunt magneții permanenți. Ele sunt cunoscute de secole. Un ac de busolă era făcut din fier magnetizat, iar în Grecia antică exista o legendă despre o insulă care atrăgea părțile metalice ale navelor către sine.

Magneții permanenți au diferite forme și sunt fabricați din diferite materiale:

• fier - cel mai ieftin, dar au o forță mai puțin atractivă;
• neodim - dintr-un aliaj de neodim, fier și bor;
• Alnico este un aliaj de fier, aluminiu, nichel și cobalt.

Toți magneții sunt bipolari. Acest lucru este cel mai vizibil la dispozitivele cu tije și potcoave.

Dacă tija este atârnată în mijloc sau așezată pe o bucată plutitoare de lemn sau spumă, atunci se va întoarce în direcția nord-sud. Polul care îndreaptă spre nord se numește polul nord și este vopsit cu albastru pe instrumentele de laborator și notat cu „N”. Cea opusă, îndreptată spre sud, este roșie și marcată cu „S”. Polii asemănători atrag magneții, în timp ce polii opuși resping.

În 1851, Michael Faraday a propus conceptul de linii închise de inducție. Aceste linii părăsesc polul nord al magnetului, trec prin spațiul înconjurător, intră în sud și în interiorul dispozitivului revin spre nord. Cele mai apropiate linii și intensitatea câmpului sunt aproape de poli. Și aici forța de atracție este mai mare.

Dacă o bucată de sticlă este plasată pe dispozitiv și pilitura de fier este turnată deasupra într-un strat subțire, atunci acestea vor fi amplasate de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Când mai multe dispozitive sunt amplasate unul lângă celălalt, rumegușul va arăta interacțiunea dintre ele: atracție sau repulsie.

Câmpul magnetic al Pământului

Planeta noastră poate fi reprezentată ca un magnet, a cărui axă este înclinată cu 12 grade. Intersecțiile acestei axe cu suprafața se numesc poli magnetici. Ca orice magnet, liniile de forță ale Pământului merg de la polul nord la sud. Lângă poli, aceștia merg perpendicular pe suprafață, așa că acul busolei nu este de încredere acolo și trebuie folosite alte metode.

Particulele „vântului solar” au o sarcină electrică, așa că atunci când se deplasează în jurul lor, apare un câmp magnetic care interacționează cu câmpul Pământului și direcționează aceste particule de-a lungul liniilor de forță. Astfel, acest câmp protejează suprafața pământului de radiațiile cosmice. Cu toate acestea, în apropierea polilor, aceste linii sunt perpendiculare pe suprafață, iar particulele încărcate intră în atmosferă, provocând aurora boreală.

În 1820, Hans Oersted, în timp ce conducea experimente, a văzut efectul unui conductor prin care curge un curent electric pe un ac de busolă. Câteva zile mai târziu, André-Marie Ampere a descoperit atracția reciprocă a două fire, prin care curgea un curent în aceeași direcție.

Interesant.În timpul sudării electrice, cablurile din apropiere se mișcă atunci când curentul se schimbă.

Ampère a sugerat mai târziu că acest lucru se datorează inducției magnetice a curentului care curge prin fire.

Într-o bobină înfășurată cu un fir izolat prin care trece un curent electric, câmpurile conductorilor individuali se întăresc reciproc. Pentru a crește forța de atracție, bobina este înfășurată pe un miez de oțel deschis. Acest miez devine magnetizat și atrage părți de fier sau cealaltă jumătate a miezului în relee și contactori.

Inductie electromagnetica

Când fluxul magnetic se modifică, în fir este indus un curent electric. Acest fapt nu depinde de ceea ce provoacă această schimbare: mișcarea unui magnet permanent, mișcarea unui fir sau o modificare a puterii curentului într-un conductor apropiat.

Acest fenomen a fost descoperit de Michael Faraday la 29 august 1831. Experimentele sale au arătat că EMF (forța electromotoare) care apare într-un circuit limitat de conductori este direct proporțională cu rata de modificare a fluxului care trece prin zona acestui circuit.

Important! Pentru apariția EMF, firul trebuie să traverseze liniile de forță. Când vă deplasați de-a lungul liniilor, nu există EMF.

Dacă bobina în care apare EMF este inclusă în circuitul electric, atunci apare un curent în înfășurare, care creează propriul câmp electromagnetic în inductor.

Când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, în el este indus un EMF. Direcționalitatea sa depinde de direcția de mișcare a firului. Metoda prin care se determină direcția inducției magnetice se numește „metoda mâinii drepte”.

Calculul mărimii câmpului magnetic este important pentru proiectarea mașinilor electrice și a transformatoarelor.

Video

Dintre numeroasele definiții și concepte asociate unui câmp magnetic, trebuie evidențiat fluxul magnetic, care are o anumită direcție. Această proprietate este utilizată pe scară largă în electronică și inginerie electrică, în proiectarea instrumentelor și dispozitivelor, precum și în calculul diferitelor circuite.

Conceptul de flux magnetic

În primul rând, este necesar să se stabilească exact ceea ce se numește flux magnetic. Această valoare trebuie luată în considerare în combinație cu un câmp magnetic uniform. Este omogen în fiecare punct al spațiului desemnat. O anumită suprafață, care are o zonă fixă, notată cu simbolul S, cade sub influența unui câmp magnetic, liniile de câmp acționează pe această suprafață și o traversează.

Astfel, fluxul magnetic Ф, care traversează o suprafață cu aria S, este format dintr-un anumit număr de linii care coincid cu vectorul B și care trec prin această suprafață.

Acest parametru poate fi găsit și afișat ca formula Ф = BS cos α, în care α este unghiul dintre direcția normală la suprafața S și vectorul de inducție magnetică B. Pe baza acestei formule, este posibil să se determine fluxul magnetic cu o valoare maximă la care cos α = 1 , iar poziţia vectorului B va deveni paralelă cu normala perpendiculară pe suprafaţa S. Invers, fluxul magnetic va fi minim dacă vectorul B este situat perpendicular pe normală.

În această versiune, liniile vectoriale pur și simplu alunecă de-a lungul planului și nu îl traversează. Adică, fluxul este luat în considerare numai de-a lungul liniilor vectorului de inducție magnetică care traversează o suprafață specifică.

Pentru a găsi această valoare, se utilizează weber sau volt-secunde (1 Wb \u003d 1 V x 1 s). Acest parametru poate fi măsurat în alte unități. Valoarea mai mică este maxwell, care este 1 Wb = 10 8 µs sau 1 µs = 10 -8 Wb.

Energia câmpului magnetic și fluxul de inducție magnetică

Dacă un curent electric trece printr-un conductor, atunci se formează un câmp magnetic în jurul acestuia, care are energie. Originea sa este asociată cu puterea electrică a sursei de curent, care este parțial consumată pentru a depăși EMF de auto-inducție care apare în circuit. Aceasta este așa-numita energie de sine a curentului, datorită căreia se formează. Adică, energiile câmpului și ale curentului vor fi egale între ele.

Valoarea energiei proprii a curentului este exprimată prin formula W \u003d (L x I 2) / 2. Această definiție este considerată egală cu munca efectuată de o sursă de curent care depășește inductanța, adică EMF de auto-inducție și creează un curent în circuitul electric. Când curentul încetează să mai acționeze, energia câmpului magnetic nu dispare fără urmă, ci este eliberată, de exemplu, sub forma unui arc sau a unei scântei.

Fluxul magnetic care are loc în câmp este cunoscut și sub numele de flux de inducție magnetică cu o valoare pozitivă sau negativă, a cărei direcție este indicată în mod convențional de un vector. De regulă, acest flux trece printr-un circuit prin care trece un curent electric. Cu o direcție pozitivă a normalei față de contur, direcția mișcării curentului este o valoare determinată în conformitate cu . În acest caz, fluxul magnetic creat de circuitul cu curent electric, și care trece prin acest circuit, va avea întotdeauna o valoare mai mare decât zero. Măsurătorile practice indică, de asemenea, acest lucru.

Fluxul magnetic este de obicei măsurat în unități stabilite de sistemul internațional SI. Acesta este deja cunoscutul Weber, care este mărimea fluxului care trece printr-un plan cu o suprafață de 1 m2. Această suprafață este plasată perpendicular pe liniile câmpului magnetic cu o structură uniformă.

Acest concept este bine descris de teorema Gauss. Ea reflectă absența sarcinilor magnetice, astfel încât liniile de inducție sunt întotdeauna reprezentate ca închise sau mergând la infinit fără început sau sfârșit. Adică, fluxul magnetic care trece prin orice fel de suprafețe închise este întotdeauna zero.

Ce este fluxul magnetic?

Imaginea prezintă un câmp magnetic uniform. Omogen înseamnă același în toate punctele dintr-un anumit volum. În câmp este plasată o suprafață cu aria S. Liniile câmpului intersectează suprafața.

Definirea fluxului magnetic

Definiția fluxului magnetic:

Fluxul magnetic Ф prin suprafața S este numărul de linii ale vectorului de inducție magnetică B care trec prin suprafața S.

Formula fluxului magnetic

Formula fluxului magnetic:

aici α este unghiul dintre direcția vectorului de inducție magnetică B și normala la suprafața S.

Din formula fluxului magnetic se poate observa că fluxul magnetic maxim va fi la cos α = 1, iar acest lucru se va întâmpla atunci când vectorul B este paralel cu normala la suprafața S. Fluxul magnetic minim va fi la cos α = 0, aceasta va fi atunci când vectorul B este perpendicular pe normala pe suprafața S, deoarece în acest caz liniile vectorului B vor aluneca peste suprafața S fără a o traversa.

Și conform definiției fluxului magnetic, sunt luate în considerare doar acele linii ale vectorului de inducție magnetică care intersectează o suprafață dată.

Fluxul magnetic este o mărime scalară.

Se măsoară fluxul magnetic

Fluxul magnetic este măsurat în webers (volt-secunde): 1 wb \u003d 1 v * s.

În plus, Maxwell este folosit pentru a măsura fluxul magnetic: 1 wb \u003d 10 8 μs. În consecință, 1 μs = 10 -8 wb.

Materialele magnetice sunt cele care sunt supuse influenței câmpurilor de forță speciale, la rândul lor, materialele nemagnetice nu sunt supuse sau slab supuse forțelor unui câmp magnetic, care este de obicei reprezentat de linii de forță (flux magnetic) care au anumite proprietăți. Pe lângă faptul că formează mereu bucle închise, se comportă ca și cum ar fi elastice, adică în timpul distorsiunii, încearcă să revină la distanța anterioară și la forma lor naturală.

forță invizibilă

Magneții tind să atragă anumite metale, în special fier și oțel, precum și aliaje de nichel, nichel, crom și cobalt. Materialele care creează forțe atractive sunt magneții. Există diverse tipuri. Materialele care pot fi magnetizate cu ușurință se numesc feromagnetice. Pot fi tari sau moi. Materialele feromagnetice moi, cum ar fi fierul, își pierd rapid proprietățile. Magneții fabricați din aceste materiale sunt numiți temporari. Materialele rigide, cum ar fi oțelul, își păstrează proprietățile mult mai mult timp și sunt folosite ca materiale permanente.

Fluxul magnetic: Definiție și Caracterizare

În jurul magnetului există un anumit câmp de forță, iar acest lucru creează posibilitatea energiei. Fluxul magnetic este egal cu produsul câmpurilor medii de forță ale suprafeței perpendiculare în care pătrunde. Este reprezentat folosind simbolul „Φ”, este măsurat în unități numite Webers (WB). Cantitatea de flux care trece printr-o zonă dată va varia de la un punct la altul în jurul obiectului. Astfel, fluxul magnetic este o așa-numită măsură a intensității unui câmp magnetic sau a curentului electric, bazată pe numărul total de linii de forță încărcate care trec printr-o anumită zonă.

Dezvăluind misterul fluxurilor magnetice

Toți magneții, indiferent de forma lor, au două zone, numite poli, capabile să producă un anumit lanț de sistem organizat și echilibrat de linii invizibile de forță. Aceste linii din pârâu formează un câmp special, a cărui formă este mai intensă în unele părți decât în ​​altele. Zonele cu cea mai mare atracție se numesc poli. Liniile de câmp vectorial nu pot fi detectate cu ochiul liber. Vizual, ele apar întotdeauna ca linii de forță cu poli clare la fiecare capăt al materialului, unde liniile sunt mai dense și mai concentrate. Fluxul magnetic este linii care creează vibrații de atracție sau repulsie, arătându-și direcția și intensitatea.

Linii de flux magnetic

Liniile de forță magnetice sunt definite ca curbe care se mișcă pe o anumită cale într-un câmp magnetic. Tangenta la aceste curbe în orice punct arată direcția câmpului magnetic în el. Caracteristici:

Fiecare linie de curgere formează o buclă închisă.

Aceste linii de inducție nu se intersectează niciodată, ci tind să se micșoreze sau să se întindă, schimbându-și dimensiunile într-o direcție sau alta.

De regulă, liniile de forță au un început și un sfârșit la suprafață.

Există și o anumită direcție de la nord la sud.

Liniile de câmp care sunt apropiate unele de altele, formând un câmp magnetic puternic.

• Când polii adiacenți sunt aceiași (nord-nord sau sud-sud), se resping reciproc. Când polii vecini nu sunt aliniați (nord-sud sau sud-nord), aceștia sunt atrași unul de celălalt. Acest efect amintește de celebra expresie care se atrag contrariile.

Molecule magnetice și teoria lui Weber

Teoria lui Weber se bazează pe faptul că toți atomii sunt magnetici datorită legăturilor dintre electronii din atomi. Grupurile de atomi se unesc în așa fel încât câmpurile din jurul lor se rotesc în aceeași direcție. Aceste tipuri de materiale sunt alcătuite din grupuri de magneți minusculi (când sunt priviți la nivel molecular) în jurul atomilor, ceea ce înseamnă că materialul feromagnetic este alcătuit din molecule care au forțe atractive. Sunt cunoscuți ca dipoli și sunt grupați în domenii. Când materialul este magnetizat, toate domeniile devin una. Un material își pierde capacitatea de a atrage și de a respinge atunci când domeniile sale sunt separate. Dipolii împreună formează un magnet, dar individual, fiecare dintre ei încearcă să-l respingă pe cel unipolar, atrăgând astfel polii opuși.

Câmpuri și stâlpi

Puterea și direcția câmpului magnetic este determinată de liniile de flux magnetic. Zona de atracție este mai puternică acolo unde liniile sunt aproape una de alta. Liniile sunt cel mai aproape de polul bazei tijei, unde atracția este cea mai puternică. Însăși planeta Pământ se află în acest câmp de forță puternic. Se comportă ca și cum o placă magnetizată cu dungi uriașe trece prin mijlocul planetei. Polul nord al acului busolei este îndreptat către un punct numit polul nord magnetic, polul sud este îndreptat către sudul magnetic. Cu toate acestea, aceste direcții diferă de polul nord și sud geografic.

Natura magnetismului

Magnetismul joacă un rol important în ingineria electrică și electronică, deoarece fără componentele sale precum relee, solenoizi, inductoare, bobine, bobine, difuzoare, motoare electrice, generatoare, transformatoare, contoare de energie electrică etc., nu vor funcționa.Magneții pot fi găsiți în stare naturală sub formă de minereuri magnetice. Există două tipuri principale, acestea sunt magnetita (numită și oxid de fier) ​​și piatra de fier magnetică. Structura moleculară a acestui material într-o stare nemagnetică este prezentată ca un circuit magnetic liber sau particule minuscule individuale care sunt aranjate liber într-o ordine aleatorie. Când un material este magnetizat, acest aranjament aleator de molecule se schimbă, iar particulele moleculare aleatorii minuscule se aliniază în așa fel încât produc o serie întreagă de aranjamente. Această idee de aliniere moleculară a materialelor feromagnetice se numește teoria lui Weber.

Măsurare și aplicare practică

Cele mai comune generatoare folosesc fluxul magnetic pentru a genera electricitate. Puterea sa este utilizată pe scară largă în generatoarele electrice. Aparatul care măsoară acest fenomen interesant se numește fluxmetru, este format dintr-o bobină și un echipament electronic care evaluează modificarea tensiunii din bobină. În fizică, un flux este un indicator al numărului de linii de forță care trec printr-o anumită zonă. Fluxul magnetic este o măsură a numărului de linii de forță magnetice.

Uneori, chiar și un material nemagnetic poate avea și proprietăți diamagnetice și paramagnetice. Un fapt interesant este că forțele atractive pot fi distruse prin căldură sau prin lovire cu un ciocan din același material, dar nu pot fi distruse sau izolate prin simpla spargere a unui specimen mare în două. Fiecare piesă spartă va avea propriul pol nord și sud, indiferent cât de mici sunt piesele.