Plūsmas un magnētiskās plūsmas attiecības

No pieredzes zināms, ka pastāvīgo magnētu tuvumā, kā arī strāvu nesošo vadītāju tuvumā var novērot fiziskus efektus, piemēram, mehānisku ietekmi uz citiem magnētiem vai strāvu nesošiem vadītājiem, kā arī EML parādīšanos vadītājos, kas pārvietojas noteiktā virzienā. telpa.

Neparasto telpas stāvokli pie magnētiem un strāvu nesošiem vadītājiem sauc par magnētisko lauku, kura kvantitatīvos raksturlielumus viegli noteikt ar šīm parādībām: ar mehāniskās iedarbības spēku vai ar elektromagnētisko indukciju, faktiski pēc inducētā lieluma. kustīgs vadītājs EMF.

EML vadīšanas parādība vadītājā (elektromagnētiskās indukcijas parādība) notiek dažādos apstākļos. Jūs varat pārvietot vadu caur vienmērīgu magnētisko lauku vai vienkārši mainīt magnētisko lauku pie stacionāra vada. Jebkurā gadījumā magnētiskā lauka izmaiņas telpā izraisīs EML vadītājā.

Vienkārša eksperimentāla ierīce šīs parādības izpētei ir parādīta attēlā. Šeit vadošais (vara) gredzens ir savienots ar saviem vadiem ar ballistisko galvanometru, ar bultiņas novirzi, par kuru būs iespējams novērtēt elektriskā lādiņa daudzumu, kas iet caur šo vienkāršo ķēdi. Vispirms centrējiet gredzenu kādā kosmosa punktā netālu no magnēta (pozīcija a), pēc tam strauji pārvietojiet gredzenu (pozīcijā b). Galvanometrs parādīs caur ķēdi izietā lādiņa vērtību Q.

Tagad mēs novietojam gredzenu citā punktā, nedaudz tālāk no magnēta (pozīcijā c), un atkal ar tādu pašu ātrumu mēs to strauji virzām uz sāniem (pozīcijā d). Galvanometra adatas novirze būs mazāka nekā pirmajā mēģinājumā. Un, ja mēs palielināsim cilpas R pretestību, piemēram, nomainot varu ar volframu, tad tādā pašā veidā pārvietojot gredzenu, mēs pamanīsim, ka galvanometrs rādīs vēl mazāku lādiņu, bet šī lādiņa vērtība pārvietojas cauri galvanometrs jebkurā gadījumā būs apgriezti proporcionāls cilpas pretestībai.

Eksperiments skaidri parāda, ka telpai ap magnētu jebkurā punktā ir kāda īpašība, kas tieši ietekmē lādiņa daudzumu, kas iet caur galvanometru, kad mēs pārvietojam gredzenu prom no magnēta. Sauksim to kā magnētu, magnētiskā plūsma, un mēs apzīmējam tā kvantitatīvo vērtību ar burtu F. Ņemiet vērā atklāto Ф ~ Q * R un Q ~ Ф / R atkarību.

Sarežģīsim eksperimentu. Mēs nofiksēsim vara cilpu noteiktā punktā pretī magnētam, blakus tam (pozīcijā d), bet tagad mainīsim cilpas laukumu (pārklājot daļu no tā ar stiepli). Galvanometra rādījumi būs proporcionāli gredzena laukuma izmaiņām (pozīcijā e).

Tāpēc magnētiskā plūsma F no mūsu magnēta, kas iedarbojas uz cilpu, ir proporcionāla cilpas laukumam. Bet magnētiskā indukcija B, kas saistīta ar gredzena stāvokli attiecībā pret magnētu, bet neatkarīgi no gredzena parametriem, nosaka magnētiskā lauka īpašību jebkurā aplūkotajā telpas punktā magnēta tuvumā.

Turpinot eksperimentus ar vara gredzenu, tagad mainīsim gredzena plaknes pozīciju attiecībā pret magnētu sākotnējā brīdī (pozīcija g) un pēc tam pagriezīsim to pozīcijā gar magnēta asi (pozīcija h).

Ņemiet vērā, ka jo lielāka ir leņķa maiņa starp gredzenu un magnētu, jo vairāk lādiņa Q plūst caur ķēdi caur galvanometru. Tas nozīmē, ka magnētiskā plūsma caur gredzenu ir proporcionāla leņķa kosinusam starp magnētu un normālu. līdz gredzena plaknei.

Tādējādi mēs varam secināt, ka magnētiskā indukcija B — ir vektora lielums, kura virziens dotajā punktā sakrīt ar normāles virzienu uz gredzena plakni tajā pozīcijā, kad, gredzenam strauji attālinoties no magnēta, lādiņš Q iet gar ķēde ir maksimāla.

Eksperimenta magnēta vietā varat izmantot elektromagnēta spole, pārvietojiet šo spoli vai mainiet tajā esošo strāvu, tādējādi palielinot vai samazinot magnētisko lauku, kas iekļūst eksperimentālajā cilpā.

Magnētiskā lauka caurdurto laukumu nevar ierobežot ar apļveida līkumu, principā tā var būt jebkura virsma, caur kuru magnētisko plūsmu nosaka integrācija:

Izrādās, ka magnētiskā plūsma F Vai magnētiskās indukcijas vektora B plūsma caur virsmu S.Un magnētiskā indukcija B ir magnētiskās plūsmas blīvums F noteiktā lauka punktā. Magnētisko plūsmu Ф mēra mērvienībās «Vēbers» — Wb. Magnētiskā indukcija B tiek mērīta Tesla – Tesla vienībās.

Ja visu telpu ap pastāvīgo magnētu vai strāvu nesošo spoli pēta līdzīgā veidā, izmantojot galvanometra spoli, tad šajā telpā ir iespējams izveidot bezgalīgu skaitu tā saukto "magnētisko līniju" — vektoru līnijas magnētiskā indukcija B — pieskares virziens katrā punktā atbildīs magnētiskās indukcijas vektora B virzienam šajos pētītās telpas punktos.

Magnētiskā lauka telpu sadalot ar iedomātām caurulēm ar vienības šķērsgriezumu S = 1, var iegūt t.s. Atsevišķas magnētiskās caurules, kuru asis sauc par atsevišķām magnētiskām līnijām. Izmantojot šo pieeju, jūs varat vizuāli attēlot magnētiskā lauka kvantitatīvu attēlu, un šajā gadījumā magnētiskā plūsma būs vienāda ar līniju skaitu, kas iet caur izvēlēto virsmu.

Magnētiskās līnijas ir nepārtrauktas, tās atstāj Ziemeļpolu un obligāti ieiet dienvidu polā, tāpēc kopējā magnētiskā plūsma caur jebkuru slēgtu virsmu ir nulle. Matemātiski tas izskatās šādi:

Apsveriet magnētisko lauku, ko ierobežo cilindriskas spoles virsma. Faktiski tā ir magnētiskā plūsma, kas iekļūst virsmā, ko veido šīs spoles pagriezieni. Šajā gadījumā kopējo virsmu var sadalīt atsevišķās virsmās katram spoles pagriezienam. Attēlā redzams, ka spoles augšējā un apakšējā vijuma virsmas ir caurdurtas ar četrām atsevišķām magnētiskām līnijām, bet vijumu virsmas spoles vidū ir caurdurtas ar astoņām.

Lai atrastu kopējās magnētiskās plūsmas vērtību caur visiem spoles pagriezieniem, ir jāsaskaita magnētiskās plūsmas, kas iekļūst katra tā vijuma virsmās, tas ir, magnētiskās plūsmas, kas saistītas ar atsevišķiem spoles pagriezieniem:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, ja spolē ir 8 pagriezieni.

Simetriskā tinuma piemēram, kas parādīts iepriekšējā attēlā:

F augšējie pagriezieni = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F apakšējie pagriezieni = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф kopā = Ф augšējie pagriezieni + Ф apakšējie pagriezieni = 44.

Šeit tiek ieviests jēdziens "plūsmas savienojums". Straumēšanas savienojums Kopējā magnētiskā plūsma, kas saistīta ar visiem spoles pagriezieniem, skaitliski vienāda ar magnētisko plūsmu summu, kas saistīta ar tās atsevišķiem pagriezieniem:

Фm ir magnētiskā plūsma, ko rada strāva caur vienu spoles apgriezienu; wэ — efektīvais apgriezienu skaits spolē;

Plūsmas savienojums ir virtuāla vērtība, jo patiesībā nav atsevišķu magnētisko plūsmu summas, bet ir kopējā magnētiskā plūsma. Taču, ja faktiskais magnētiskās plūsmas sadalījums pa spoles apgriezieniem nav zināms, bet plūsmas attiecība ir zināma, tad spoli var aizstāt ar ekvivalentu, aprēķinot līdzvērtīgu identisku apgriezienu skaitu, kas nepieciešams, lai iegūtu vajadzīgo daudzumu. no magnētiskās plūsmas.