علاقة التدفق والتدفق المغناطيسي

من المعروف من التجربة أنه يمكن ملاحظة التأثيرات الفيزيائية القريبة من المغناطيس الدائم ، وكذلك بالقرب من الموصلات الحاملة للتيار ، مثل التأثير الميكانيكي على المغناطيسات الأخرى أو الموصلات الحاملة للتيار ، فضلاً عن ظهور EMF في الموصلات التي تتحرك في فضاء.

تسمى الحالة غير العادية للفضاء بالقرب من المغناطيس والموصلات الحاملة للتيار بالمجال المغناطيسي ، ويمكن تحديد خصائصه الكمية بسهولة من خلال هذه الظواهر: عن طريق قوة العمل الميكانيكي أو عن طريق الحث الكهرومغناطيسي ، في الواقع ، من خلال الحجم المستحث في موصل متحرك EMF.

ظاهرة توصيل EMF في الموصل (ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي) يحدث تحت ظروف مختلفة. يمكنك تحريك سلك عبر مجال مغناطيسي منتظم أو ببساطة تغيير المجال المغناطيسي بالقرب من سلك ثابت. في كلتا الحالتين ، سيؤدي التغيير في المجال المغناطيسي في الفضاء إلى إحداث EMF في الموصل.

يظهر في الشكل جهاز تجريبي بسيط للتحقيق في هذه الظاهرة. هنا يتم توصيل الحلقة (النحاسية) الموصلة بأسلاكها الخاصة مع جلفانومتر باليستي، من خلال انحراف السهم ، حيث سيكون من الممكن تقدير كمية الشحنة الكهربائية التي تمر عبر هذه الدائرة البسيطة. أولاً ، قم بتوسيط الحلقة في نقطة ما في الفضاء بالقرب من المغناطيس (الموضع أ) ، ثم حرك الحلقة بحدة (إلى الموضع ب). سيُظهر الجلفانومتر قيمة الشحنة التي مرت عبر الدائرة ، Q.

الآن نضع الحلقة في نقطة أخرى ، بعيدًا قليلاً عن المغناطيس (إلى الموضع ج) ، ومرة ​​أخرى ، بنفس السرعة ، نحركها بحدة إلى الجانب (إلى الموضع د). سيكون انحراف إبرة الجلفانومتر أقل مما كانت عليه في المحاولة الأولى. وإذا قمنا بزيادة مقاومة الحلقة R ، على سبيل المثال ، استبدال النحاس بالتنغستن ، ثم تحريك الحلقة بنفس الطريقة ، سنلاحظ أن الجلفانومتر سيظهر شحنة أصغر ، لكن قيمة هذه الشحنة تتحرك خلال سيكون الجلفانومتر في أي حال متناسبًا عكسياً مع مقاومة الحلقة.

توضح التجربة بوضوح أن الفضاء حول المغناطيس في أي نقطة له بعض الخصائص ، وهو شيء يؤثر بشكل مباشر على كمية الشحنة التي تمر عبر الجلفانومتر عندما نحرك الحلقة بعيدًا عن المغناطيس. دعنا نسميها شيئًا قريبًا من المغناطيس ، الفيض المغناطيسي، ونشير إلى قيمتها الكمية بالحرف F. لاحظ الاعتماد المكشوف لـ Ф ~ Q * R و Q ~ Ф / R.

دعونا نعقد التجربة. سنصلح الحلقة النحاسية عند نقطة معينة مقابل المغناطيس ، بجانبها (في الموضع د) ، لكننا الآن سنغير مساحة الحلقة (تداخل جزء منها بسلك). ستكون قراءات الجلفانومتر متناسبة مع التغيير في منطقة الحلقة (في الموضع هـ).

لذلك ، فإن التدفق المغناطيسي F من مغناطيسنا الذي يعمل على الحلقة يتناسب مع مساحة الحلقة. لكن الحث المغناطيسي B ، المرتبط بموضع الحلقة بالنسبة للمغناطيس ، ولكن بشكل مستقل عن معلمات الحلقة ، يحدد خاصية المجال المغناطيسي في أي نقطة معتبرة في الفضاء بالقرب من المغناطيس.

مع استمرار التجارب مع الحلقة النحاسية ، سنقوم الآن بتغيير موضع مستوى الحلقة بالنسبة للمغناطيس في اللحظة الأولى (الموضع g) ثم نديرها إلى موضع على طول محور المغناطيس (الموضع h).

لاحظ أنه كلما زاد التغيير في الزاوية بين الحلقة والمغناطيس ، زاد تدفق الشحنة Q عبر الدائرة عبر الجلفانومتر. وهذا يعني أن التدفق المغناطيسي عبر الحلقة يتناسب مع جيب تمام الزاوية بين المغناطيس والعادي على مستوى الحلبة.

وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج ذلك الحث المغناطيسي ب - هناك كمية متجهية ، يتزامن اتجاهها عند نقطة معينة مع الاتجاه الطبيعي لمستوى الحلقة في ذلك الموضع عندما تكون الشحنة Q التي تمر على طول الحلقة عندما تتحرك بحدة بعيدًا عن المغناطيس الدائرة القصوى.

بدلاً من المغناطيس في التجربة يمكنك استخدامه لفائف مغناطيس كهربائي، قم بتحريك هذا الملف أو تغيير التيار فيه ، وبالتالي زيادة أو تقليل المجال المغناطيسي الذي يخترق الحلقة التجريبية.

لا يمكن بالضرورة تقييد المنطقة التي يخترقها المجال المغناطيسي بانحناء دائري ، يمكن أن تكون من حيث المبدأ أي سطح ، يتم تحديد التدفق المغناطيسي من خلاله بالتكامل:

لقد أتضح أن التدفق المغناطيسي و ما إذا كان تدفق متجه الحث المغناطيسي B عبر السطح S.والحث المغناطيسي B هو كثافة التدفق المغناطيسي F عند نقطة معينة في المجال. يتم قياس التدفق المغناطيسي بوحدات «Weber» - Wb. يتم قياس الحث المغناطيسي B بوحدات تسلا - تسلا.

إذا تم فحص المساحة الكاملة حول المغناطيس الدائم أو الملف الحامل للتيار بطريقة مماثلة ، عن طريق ملف الجلفانومتر ، فمن الممكن في هذا الفضاء بناء عدد لا حصر له مما يسمى "الخطوط المغناطيسية" - خطوط متجهة الحث المغناطيسي ب - اتجاه الظل عند كل نقطة يتوافق مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي B عند هذه النقاط من الفضاء المدروس.

من خلال قسمة مساحة المجال المغناطيسي على أنابيب وهمية مع وحدة المقطع العرضي S = 1 ، يمكن الحصول على ما يسمى. الأنابيب المغناطيسية المفردة التي تسمى محاورها بالخطوط المغناطيسية المفردة. باستخدام هذا النهج ، يمكنك تصوير صورة كمية للحقل المغناطيسي بصريًا ، وفي هذه الحالة سيكون التدفق المغناطيسي مساويًا لعدد الخطوط التي تمر عبر السطح المحدد.

الخطوط المغناطيسية مستمرة ، وتغادر القطب الشمالي وتدخل بالضرورة القطب الجنوبي ، وبالتالي فإن التدفق المغناطيسي الكلي عبر أي سطح مغلق هو صفر. رياضيا يبدو كالتالي:

ضع في اعتبارك مجالًا مغناطيسيًا محاطًا بسطح ملف أسطواني. في الواقع ، إنه تدفق مغناطيسي يخترق السطح الذي تشكله لفات هذا الملف. في هذه الحالة ، يمكن تقسيم السطح الكلي إلى أسطح منفصلة لكل لفة من لفات الملف. يوضح الشكل أن أسطح المنعطفات العلوية والسفلية للملف مثقوبة بأربعة خطوط مغناطيسية مفردة ، وأن أسطح المنعطفات في منتصف الملف مثقوبة بثمانية.

للعثور على قيمة التدفق المغناطيسي الكلي من خلال جميع لفات الملف ، من الضروري جمع التدفقات المغناطيسية التي تخترق أسطح كل دورة من دوراتها ، أي التدفقات المغناطيسية المرتبطة بالدورات الفردية للملف:

Ф = Ф1 + Ф2 + 3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + 8 إذا كان هناك 8 لفات في الملف.

بالنسبة لمثال اللف المتماثل الموضح في الشكل السابق:

يتحول F = 4 + 4 + 6 + 8 = 22 ؛

F المنعطفات المنخفضة = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф المجموع = Ф المنعطفات العلوية + Ф المنعطفات السفلية = 44.

هذا هو المكان الذي يتم فيه تقديم مفهوم "اتصال التدفق". اتصال الجري إجمالي التدفق المغناطيسي المرتبط بجميع لفات الملف ، مساوٍ عدديًا لمجموع التدفقات المغناطيسية المرتبطة بدوراته الفردية:

Фm هو التدفق المغناطيسي الناتج عن التيار من خلال ثورة واحدة للملف ؛ wэ - العدد الفعال لللفات في الملف ؛

ارتباط التدفق هو قيمة افتراضية لأنه في الواقع لا يوجد مجموع التدفقات المغناطيسية الفردية ، ولكن هناك تدفق مغناطيسي إجمالي. ومع ذلك ، عندما يكون التوزيع الفعلي للتدفق المغناطيسي على لفات الملف غير معروف ، ولكن علاقة التدفق معروفة ، يمكن استبدال الملف بواحد مكافئ عن طريق حساب عدد الدورات المتطابقة المكافئة المطلوبة للحصول على الكمية المطلوبة من التدفق المغناطيسي.