Voo ja magnetvoo seos

Kogemusest on teada, et nii püsimagnetite kui ka voolu juhtivate juhtmete läheduses võib täheldada füüsilisi mõjusid, näiteks mehaanilist mõju teistele magnetitele või voolu juhtivatele juhtmetele, samuti elektromagnetväljade ilmnemist antud juhtmetes liikuvates juhtmetes. ruumi.

Ruumi ebatavalist olekut magnetite ja voolu juhtivate juhtide läheduses nimetatakse magnetväljaks, mille kvantitatiivsed omadused on nende nähtuste abil kergesti määratavad: mehaanilise toime jõu või elektromagnetilise induktsiooni abil, tegelikult indutseeritud suuruse järgi. liikuv juht EMF.

EMF-i juhtivuse nähtus juhis (elektromagnetilise induktsiooni nähtus) esineb erinevates tingimustes. Saate liigutada traati läbi ühtlase magnetvälja või lihtsalt muuta magnetvälja statsionaarse juhtme läheduses. Mõlemal juhul kutsub magnetvälja muutus ruumis juhis esile EMF-i.

Lihtne eksperimentaalne seade selle nähtuse uurimiseks on näidatud joonisel. Siin on juhtiv (vask) rõngas ühendatud oma juhtmetega ballistilise galvanomeetriga, noole läbipainde abil, mille jaoks on võimalik hinnata seda lihtsat ahelat läbiva elektrilaengu suurust. Kõigepealt asetage rõngas magneti lähedal asuvasse ruumi punkti (asend a), seejärel liigutage rõngast järsult (asendisse b). Galvanomeeter näitab vooluringi läbinud laengu väärtust Q.

Nüüd asetame rõnga teise punkti, magnetist veidi kaugemale (asendisse c) ja jälle liigume sama kiirusega järsult küljele (asendisse d). Galvanomeetri nõela läbipaine on väiksem kui esimesel katsel. Ja kui tõstame silmuse R takistust, asendades näiteks vase volframiga, siis rõngast samamoodi liigutades, märkame, et galvanomeeter näitab veelgi väiksemat laengut, kuid selle laengu väärtus liigub läbi galvanomeeter on igal juhul pöördvõrdeline silmuse takistusega.

Katse näitab selgelt, et magneti ümbritseval ruumil on mis tahes punktis mingi omadus, mis mõjutab otseselt galvanomeetrit läbiva laengu hulka, kui liigutame rõnga magnetist eemale. Nimetagem seda millekski magnetilähedaseks, magnetvoog, ja me tähistame selle kvantitatiivset väärtust tähega F. Pange tähele Ф ~ Q * R ja Q ~ Ф / R ilmnenud sõltuvust.

Teeme katse keerulisemaks. Fikseerime vasest silmuse teatud punktis magneti vastas, selle kõrval (asendis d), kuid nüüd muudame silmuse pindala (kattes selle osa juhtmega). Galvanomeetri näidud on võrdelised rõnga pindala muutusega (asendis e).

Seetõttu on meie magneti ahelale mõjuv magnetvoog F võrdeline ahela pindalaga. Kuid magnetiline induktsioon B, mis on seotud rõnga asendiga magneti suhtes, kuid ei sõltu rõnga parameetritest, määrab magnetvälja omaduse mis tahes vaadeldavas ruumipunktis magneti lähedal.

Jätkates katseid vaskrõngaga, muudame nüüd rõnga tasandi asendit magneti suhtes algmomendil (asend g) ja seejärel pöörame seda asendisse piki magneti telge (asend h).

Pange tähele, et mida suurem on rõnga ja magneti vahelise nurga muutus, seda rohkem laengut Q voolab läbi galvanomeetri ahela. See tähendab, et rõngast läbiv magnetvoog on võrdeline magneti ja normaalnurga vahelise nurga koosinusega. rõnga tasapinnale.

Seega võime järeldada, et magnetiline induktsioon B — on vektorsuurus, mille suund antud punktis ühtib normaalsuunaga rõnga tasapinnale selles asendis, kui rõnga magnetist järsult eemale nihutamisel liigub laeng Q mööda ahel on maksimaalne.

Katses oleva magneti asemel võite kasutada elektromagneti mähis, liigutage seda mähist või muutke selles voolu, suurendades või vähendades seeläbi katseahelasse tungivat magnetvälja.

Magnetvälja poolt läbistatud ala ei saa tingimata olla piiratud ringikujulise paindega, see võib põhimõtteliselt olla mis tahes pind, mida läbiv magnetvoog määratakse seejärel integreerimise teel:

Selgub, et magnetvoog F Kas magnetilise induktsiooni vektori B voog läbi pinna S.Ja magnetinduktsioon B on magnetvoo tihedus F välja antud punktis. Magnetvoogu Ф mõõdetakse ühikutes «Weber» — Wb. Magnetilist induktsiooni B mõõdetakse Tesla – Tesla ühikutes.

Kui vaadelda kogu ruumi püsimagneti või voolu juhtiva mähise ümber sarnasel viisil, galvanomeetri mähise abil, siis on võimalik sellesse ruumi konstrueerida lõpmatu arv nn "magnetjooni" — vektorjooned magnetiline induktsioon B — puutujate suund, mille igas punktis vastab magnetinduktsiooni vektori B suunale uuritava ruumi nendes punktides.

Jagades magnetvälja ruumi kujuteldavate torudega ühikulise ristlõikega S = 1, saab nn. Üksikud magnettorud, mille telge nimetatakse üksikuteks magnetjoonteks. Seda lähenemisviisi kasutades saate visuaalselt kujutada magnetvälja kvantitatiivset pilti ja sel juhul on magnetvoog võrdne valitud pinda läbivate joonte arvuga.

Magnetjooned on pidevad, nad lahkuvad põhjapoolusest ja sisenevad tingimata lõunapoolusele, nii et kogu magnetvoog läbi mis tahes suletud pinna on null. Matemaatiliselt näeb see välja selline:

Vaatleme magnetvälja, mis on piiratud silindrilise pooli pinnaga. Tegelikult on see magnetvoog, mis tungib läbi pinna, mille moodustavad selle mähise pöörded. Sel juhul saab kogu pinna jagada pooli iga pöörde jaoks eraldi pindadeks. Joonisel on näha, et mähise ülemise ja alumise keerdude pinnad on läbistatud nelja üksiku magnetjoonega ning mähise keskel olevate keerdude pinnad on läbistatud kaheksaga.

Mähise kõiki pööreid läbiva kogumagnetvoo väärtuse leidmiseks on vaja summeerida selle iga pöörde pindadesse tungivad magnetvood, st mähise üksikute pööretega seotud magnetvood:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8, kui mähises on 8 pööret.

Eelmisel joonisel näidatud sümmeetrilise mähise näite puhul:

F ülemised pöörded = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F alumised pöörded = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф kokku = Ф ülemised pöörded + Ф alumised pöörded = 44.

Siin võetakse kasutusele mõiste "vooluühendus". Voogesitusühendus Mähise kõigi pööretega seotud kogumagnetvoog, mis on arvuliselt võrdne selle üksikute pööretega seotud magnetvoogude summaga:

Фm on magnetvoog, mis tekib voolu poolt läbi pooli ühe pöörde; wэ — efektiivne keerdude arv mähises;

Vooluühendus on virtuaalne väärtus, sest tegelikkuses pole üksikute magnetvoogude summat, vaid on olemas kogu magnetvoog. Kui aga magnetvoo tegelik jaotus pooli keerdude vahel on teadmata, kuid voo seos on teada, saab mähise asendada samaväärsega, arvutades vajaliku koguse saamiseks vajalike ekvivalentsete identsete keerdude arvu. magnetvoo kohta.