Relazione tra flusso e flusso magnetico

È noto per esperienza che vicino a magneti permanenti, così come vicino a conduttori che trasportano corrente, si possono osservare effetti fisici, come l'impatto meccanico su altri magneti o conduttori che trasportano corrente, nonché la comparsa di campi elettromagnetici nei conduttori che si muovono in un dato spazio.

Lo stato insolito dello spazio vicino a magneti e conduttori percorsi da corrente è chiamato campo magnetico, le cui caratteristiche quantitative sono facilmente determinate da questi fenomeni: dalla forza dell'azione meccanica o dall'induzione elettromagnetica, infatti, dalla grandezza indotta in un conduttore in movimento campi elettromagnetici.

Il fenomeno della conduzione di EMF nel conduttore (fenomeno di induzione elettromagnetica) avviene in condizioni diverse. Puoi muovere un filo attraverso un campo magnetico uniforme o semplicemente cambiare il campo magnetico vicino a un filo fermo. In entrambi i casi, la variazione del campo magnetico nello spazio indurrà un campo elettromagnetico nel conduttore.

Nella figura è mostrato un semplice dispositivo sperimentale per indagare su questo fenomeno. Qui l'anello conduttivo (rame) è collegato con i propri fili con un galvanometro balistico, dalla deflessione della freccia, per la quale sarà possibile stimare la quantità di carica elettrica che passa attraverso questo semplice circuito. Innanzitutto, centrare l'anello in un punto dello spazio vicino al magnete (posizione a), quindi spostare bruscamente l'anello (nella posizione b). Il galvanometro mostrerà il valore della carica passata attraverso il circuito, Q.

Ora posizioniamo l'anello in un altro punto, un po' più lontano dal magnete (in posizione c), e ancora, con la stessa velocità, lo spostiamo bruscamente di lato (in posizione d). La deflessione dell'ago del galvanometro sarà inferiore rispetto al primo tentativo. E se aumentiamo la resistenza dell'anello R, ad esempio sostituendo il rame con il tungsteno, spostando poi l'anello allo stesso modo, noteremo che il galvanometro mostrerà una carica ancora minore, ma il valore di questa carica spostandosi attraverso il galvanometro sarà in ogni caso inversamente proporzionale alla resistenza del loop.

L'esperimento dimostra chiaramente che lo spazio attorno al magnete in qualsiasi punto ha una proprietà, qualcosa che influisce direttamente sulla quantità di carica che passa attraverso il galvanometro quando allontaniamo l'anello dal magnete. Chiamiamolo qualcosa di simile a un magnete, flusso magnetico, e indichiamo il suo valore quantitativo con la lettera F. Nota la dipendenza rivelata di Ф ~ Q * R e Q ~ Ф / R.

Complichiamo l'esperimento. Fisseremo l'anello di rame in un certo punto opposto al magnete, accanto ad esso (in posizione d), ma ora cambieremo l'area dell'anello (sovrapponendone una parte con un filo). Le letture del galvanometro saranno proporzionali alla variazione dell'area dell'anello (in posizione e).

Pertanto, il flusso magnetico F del nostro magnete che agisce sulla spira è proporzionale all'area della spira. Ma l'induzione magnetica B, correlata alla posizione dell'anello rispetto al magnete, ma indipendente dai parametri dell'anello, determina la proprietà del campo magnetico in qualsiasi punto considerato nello spazio vicino al magnete.

Continuando gli esperimenti con un anello di rame, ora cambieremo la posizione del piano dell'anello rispetto al magnete nel momento iniziale (posizione g) e poi lo ruoteremo in una posizione lungo l'asse del magnete (posizione h).

Si noti che maggiore è la variazione di angolo tra l'anello e il magnete, più carica Q fluisce attraverso il circuito attraverso il galvanometro.Ciò significa che il flusso magnetico attraverso l'anello è proporzionale al coseno dell'angolo tra il magnete e la normale al piano dell'anello.

Quindi, possiamo concludere che induzione magnetica B - esiste una quantità vettoriale, la cui direzione in un dato punto coincide con la direzione della normale al piano dell'anello in quella posizione in cui, quando l'anello viene allontanato bruscamente dal magnete, la carica Q che passa lungo il circuito è massimo.

Invece di un magnete nell'esperimento che puoi usare bobina di un elettromagnete, sposta questa bobina o cambia la corrente in essa, aumentando o diminuendo così il campo magnetico che penetra nel circuito sperimentale.

L'area penetrata dal campo magnetico non può essere necessariamente delimitata da una curva circolare, può essere in linea di principio qualsiasi superficie, il flusso magnetico attraverso il quale è poi determinato per integrazione:

Si scopre che flusso magnetico F Se il flusso del vettore di induzione magnetica B attraverso la superficie S.E l'induzione magnetica B è la densità del flusso magnetico F in un dato punto del campo. Il flusso magnetico Ф è misurato in unità di «Weber» — Wb. L'induzione magnetica B è misurata in unità di Tesla — Tesla.

Se si esamina in modo analogo l'intero spazio intorno a un magnete permanente o a una bobina percorsa da corrente, per mezzo di una bobina galvanometrica, allora è possibile costruire in questo spazio un numero infinito delle cosiddette "linee magnetiche" — linee vettoriali induzione magnetica B — la direzione delle tangenti in ciascun punto corrisponderà alla direzione del vettore di induzione magnetica B in questi punti dello spazio studiato.

Dividendo lo spazio del campo magnetico per tubi immaginari con una sezione trasversale unitaria S = 1, si può ottenere il cosiddetto. Singoli tubi magnetici i cui assi sono chiamati singole linee magnetiche. Usando questo approccio, puoi rappresentare visivamente un'immagine quantitativa del campo magnetico, e in questo caso il flusso magnetico sarà uguale al numero di linee che passano attraverso la superficie selezionata.

Le linee magnetiche sono continue, lasciano il Polo Nord ed entrano necessariamente nel Polo Sud, quindi il flusso magnetico totale attraverso qualsiasi superficie chiusa è zero. Matematicamente sembra così:

Considera un campo magnetico delimitato dalla superficie di una bobina cilindrica. Si tratta infatti di un flusso magnetico che penetra nella superficie formata dalle spire di questa bobina. In questo caso, la superficie totale può essere suddivisa in superfici separate per ciascuna delle spire della bobina. La figura mostra che le superfici delle spire superiore e inferiore della bobina sono attraversate da quattro singole linee magnetiche, e le superfici delle spire al centro della bobina sono attraversate da otto.

Per trovare il valore del flusso magnetico totale attraverso tutte le spire della bobina, è necessario sommare i flussi magnetici che penetrano nelle superfici di ciascuna delle sue spire, ovvero i flussi magnetici associati alle singole spire della bobina:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 se ci sono 8 spire nella bobina.

Per l'esempio di avvolgimento simmetrico mostrato nella figura precedente:

F top giri = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F giri inferiori = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф totale = Ф giri superiori + Ф giri inferiori = 44.

È qui che viene introdotto il concetto di "connessione di flusso". Connessione in streaming Il flusso magnetico totale associato a tutte le spire della bobina, numericamente uguale alla somma dei flussi magnetici associati alle sue singole spire:

Фm è il flusso magnetico creato dalla corrente attraverso un giro della bobina; wэ — numero effettivo di spire nella bobina;

Il legame di flusso è un valore virtuale perché in realtà non c'è somma di singoli flussi magnetici, ma c'è un flusso magnetico totale. Tuttavia, quando l'effettiva distribuzione del flusso magnetico sulle spire della bobina è sconosciuta, ma la relazione di flusso è nota, allora la bobina può essere sostituita da una equivalente calcolando il numero di spire identiche equivalenti necessarie per ottenere la quantità richiesta di flusso magnetico.