Fluks dan hubungan fluks magnet

Diketahui dari pengalaman bahwa di dekat magnet permanen, serta di dekat konduktor pembawa arus, efek fisik dapat diamati, seperti dampak mekanis pada magnet lain atau konduktor pembawa arus, serta munculnya EMF pada konduktor yang bergerak di daerah tertentu. ruang angkasa.

Keadaan ruang yang tidak biasa di dekat magnet dan konduktor pembawa arus disebut medan magnet, karakteristik kuantitatifnya mudah ditentukan oleh fenomena ini: oleh gaya aksi mekanis atau oleh induksi elektromagnetik, pada kenyataannya, oleh besarnya yang diinduksi dalam a konduktor bergerak EMF.

Fenomena konduksi EMF dalam konduktor (fenomena induksi elektromagnetik) terjadi pada kondisi yang berbeda. Anda dapat memindahkan kabel melalui medan magnet seragam atau cukup mengubah medan magnet di dekat kabel stasioner. Dalam kedua kasus tersebut, perubahan medan magnet di ruang angkasa akan menginduksi EMF di konduktor.

Perangkat eksperimental sederhana untuk menyelidiki fenomena ini ditunjukkan pada gambar. Di sini cincin konduktif (tembaga) dihubungkan dengan kabelnya sendiri dengan galvanometer balistik, dengan membelokkan panah, yang memungkinkan untuk memperkirakan jumlah muatan listrik yang melewati sirkuit sederhana ini. Pertama, pusatkan cincin di beberapa titik di ruang dekat magnet (posisi a), lalu gerakkan cincin dengan tajam (ke posisi b). Galvanometer akan menunjukkan nilai muatan yang melewati rangkaian, Q.

Sekarang kami menempatkan cincin di titik lain, sedikit lebih jauh dari magnet (ke posisi c), dan lagi, dengan kecepatan yang sama, kami memindahkannya dengan tajam ke samping (ke posisi d). Defleksi jarum galvanometer akan lebih kecil dari percobaan pertama. Dan jika kita meningkatkan resistansi loop R, misalnya mengganti tembaga dengan tungsten, kemudian menggerakkan cincin dengan cara yang sama, kita akan melihat bahwa galvanometer akan menunjukkan muatan yang lebih kecil, tetapi nilai muatan ini bergerak melalui galvanometer bagaimanapun juga akan berbanding terbalik dengan resistansi loop.

Eksperimen dengan jelas menunjukkan bahwa ruang di sekitar magnet di titik mana pun memiliki beberapa sifat, sesuatu yang secara langsung memengaruhi jumlah muatan yang melewati galvanometer saat kita menjauhkan cincin dari magnet. Sebut saja sesuatu yang dekat dengan magnet, fluks magnet, dan kami menunjukkan nilai kuantitatifnya dengan huruf F. Perhatikan ketergantungan yang terungkap dari Ф ~ Q * R dan Q ~ Ф / R.

Mari kita perumit eksperimennya. Kami akan memperbaiki loop tembaga pada titik tertentu yang berlawanan dengan magnet, di sebelahnya (pada posisi d), tetapi sekarang kami akan mengubah area loop (bagian yang tumpang tindih dengan kabel). Pembacaan galvanometer akan sebanding dengan perubahan luas cincin (pada posisi e).

Oleh karena itu, fluks magnet F dari magnet kita yang bekerja pada loop sebanding dengan luas loop. Tetapi induksi magnetik B, terkait dengan posisi cincin relatif terhadap magnet, tetapi tidak bergantung pada parameter cincin, menentukan properti medan magnet pada titik mana pun yang dipertimbangkan di ruang dekat magnet.

Melanjutkan percobaan dengan cincin tembaga, sekarang kita akan mengubah posisi bidang cincin relatif terhadap magnet pada momen awal (posisi g) dan kemudian memutarnya ke posisi sepanjang sumbu magnet (posisi h).

Perhatikan bahwa semakin besar perubahan sudut antara cincin dan magnet, semakin banyak muatan Q yang mengalir melalui rangkaian melalui galvanometer.Ini berarti bahwa fluks magnet melalui cincin sebanding dengan cosinus sudut antara magnet dan garis normal. ke bidang cincin.

Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa induksi magnetikB — ada besaran vektor, yang arahnya pada titik tertentu bertepatan dengan arah garis normal terhadap bidang cincin pada posisi itu ketika, ketika cincin dipindahkan dengan tajam dari magnet, muatan Q melewati sepanjang sirkuit maksimum.

Alih-alih magnet dalam percobaan yang dapat Anda gunakan kumparan elektromagnet, gerakkan kumparan ini atau ubah arus di dalamnya, sehingga menambah atau mengurangi medan magnet yang menembus loop eksperimental.

Area yang ditembus oleh medan magnet tidak dapat serta merta dibatasi oleh tikungan melingkar, pada prinsipnya dapat berupa permukaan apa pun, fluks magnet yang melaluinya ditentukan oleh integrasi:

Ternyata itu fluks magnet F Apakah fluks vektor induksi magnetik B melalui permukaan S.Dan induksi magnetik B adalah kerapatan fluks magnetik F pada titik tertentu di lapangan. Fluks magnet Ф diukur dalam satuan «Weber» — Wb. Induksi magnetik B diukur dalam satuan Tesla — Tesla.

Jika seluruh ruang di sekitar magnet permanen atau kumparan pembawa arus diperiksa dengan cara yang sama, dengan menggunakan kumparan galvanometer, maka dimungkinkan untuk membangun di ruang ini jumlah tak terbatas dari apa yang disebut "garis magnet" - garis vektor induksi magnetik B — arah garis singgung pada setiap titik yang akan sesuai dengan arah vektor induksi magnetik B pada titik-titik ruang yang dipelajari ini.

Dengan membagi ruang medan magnet dengan tabung imajiner dengan penampang satuan S = 1, yang disebut dapat diperoleh. Tabung magnet tunggal yang sumbunya disebut garis magnet tunggal. Dengan menggunakan pendekatan ini, Anda dapat menggambarkan gambaran kuantitatif medan magnet secara visual, dan dalam hal ini fluks magnet akan sama dengan jumlah garis yang melewati permukaan yang dipilih.

Garis magnet kontinu, mereka meninggalkan Kutub Utara dan harus memasuki Kutub Selatan, sehingga total fluks magnet melalui permukaan tertutup adalah nol. Secara matematis terlihat seperti ini:

Pertimbangkan medan magnet yang dibatasi oleh permukaan kumparan silinder. Faktanya, itu adalah fluks magnet yang menembus permukaan yang dibentuk oleh belitan koil ini. Dalam hal ini, permukaan total dapat dibagi menjadi permukaan yang terpisah untuk setiap belokan koil. Gambar tersebut menunjukkan bahwa permukaan belitan atas dan bawah kumparan ditusuk oleh empat garis magnet tunggal, dan permukaan belitan di tengah kumparan ditusuk oleh delapan.

Untuk menemukan nilai fluks magnet total melalui semua belitan kumparan, perlu untuk menjumlahkan fluks magnet yang menembus permukaan masing-masing belokan, yaitu fluks magnet yang terkait dengan masing-masing belokan kumparan:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 jika ada 8 lilitan pada kumparan.

Untuk contoh belitan simetris yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya:

F putaran atas = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F putaran bawah = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф total = Ф putaran atas + Ф putaran bawah = 44.

Di sinilah konsep "koneksi aliran" diperkenalkan. Koneksi streaming Total fluks magnet yang terkait dengan semua belitan kumparan, secara numerik sama dengan jumlah fluks magnet yang terkait dengan masing-masing belitannya:

Фm adalah fluks magnet yang diciptakan oleh arus melalui satu putaran kumparan; wэ - jumlah belitan efektif dalam koil;

Keterkaitan fluks adalah nilai virtual karena pada kenyataannya tidak ada jumlah fluks magnet individu, tetapi ada fluks magnet total. Namun, ketika distribusi sebenarnya dari fluks magnet pada belitan kumparan tidak diketahui, tetapi hubungan fluks diketahui, maka kumparan dapat diganti dengan yang ekuivalen dengan menghitung jumlah belitan identik ekuivalen yang diperlukan untuk mendapatkan jumlah yang diperlukan. dari fluks magnet.