Pildil on ühtlane magnetväli. Homogeenne tähendab sama ruumala kõigis punktides. Pind pindalaga S asetatakse väljale. Väljajooned lõikuvad pinnaga.
Magnetvoo määramine:
Pinda S läbiv magnetvoog Ф on pinda S läbiva magnetilise induktsiooni vektori B joonte arv.
Magnetvoo valem:
siin α on nurk magnetinduktsiooni vektori B suuna ja pinna S normaalnurga vahel.
Magnetvoo valemist on selgelt näha, et maksimaalne magnetvoog on kohas cos α = 1 ja see juhtub siis, kui vektor B on paralleelne pinna S normaalsega. Minimaalne magnetvoog on väärtusel cos α = 0, see on siis, kui vektor B on risti pinna S normaalsega , sest sel juhul libisevad vektori B jooned mööda pinda S ilma seda ristumata.
Ja vastavalt magnetvoo definitsioonile võetakse arvesse ainult need magnetilise induktsiooni vektori sirged, mis lõikuvad antud pinnaga.
Magnetvoogu mõõdetakse veeblites (volt-sekundites): 1 wb = 1 v * s. Lisaks kasutatakse Maxwelli magnetvoo mõõtmiseks: 1 wb = 10 8 μs. Vastavalt sellele 1 μs = 10 -8 vb.
Magnetvoog on skalaarne suurus.
VOOLU MAGNETVÄLJA ENERGIA
Voolu juhtiva juhi ümber on magnetväli, millel on energiat. Kust see tuleb? Elektriahelas sisalduval vooluallikal on energiavaru. Elektriahela sulgemise hetkel kulutab vooluallikas osa oma energiast tekkiva iseinduktiivse emfi mõju ületamiseks. See osa energiast, mida nimetatakse voolu enda energiaks, läheb magnetvälja moodustamiseks. Magnetvälja energia on võrdne voolu siseenergiaga. Voolu enda energia on arvuliselt võrdne tööga, mille ületamiseks vooluallikas peab tegema Enese esilekutsutud emf vooluringis voolu tekitamiseks.
Voolu tekitatud magnetvälja energia on otseselt võrdeline voolu ruuduga. Kuhu läheb magnetvälja energia pärast voolu peatumist? - paistab silma (piisavalt suure vooluga vooluringi avamisel võib tekkida säde või kaar)
4.1. Elektromagnetilise induktsiooni seadus. Eneseinduktsioon. Induktiivsus
Põhivalemid
· Seadus elektromagnetiline induktsioon(Faraday seadus):
,
(39)
kus on induktsiooni emf on kogu magnetvoog (voo seos).
· vooluringis oleva voolu tekitatud magnetvoog,
kus on vooluahela induktiivsus;
· Faraday seadus, mida rakendatakse eneseinduktsioonile
· Induktsioon emf, mis tekib siis, kui raam pöörleb vooluga magnetväljas,
kus on magnetvälja induktsioon on raami pindala;
Solenoidi induktiivsus
,
(43)
kus on aine magnetiline läbilaskvus on solenoidi ristlõike pindala;
Voolutugevus vooluringi avamisel
kus on vooluringi induktiivsus on vooluahela takistus;
Voolutugevus vooluringi sulgemisel
.
(45)
Lõõgastusaeg
Näited probleemide lahendamisest
Näide 1.
Magnetväli muutub vastavalt seadusele 
, kus = 15 mT,. Ringikujuline juhtiv mähis raadiusega = 20 cm asetatakse magnetvälja välja suuna suhtes nurga all (alghetkel). Leidke indutseeritud emf, mis tekib mähises ajahetkel = 5 s.
Lahendus
Vastavalt elektromagnetilise induktsiooni seadusele on mähises tekkiv induktiivne emf , kus on mähisesse ühendatud magnetvoog.
kus on pöörde pindala on nurk magnetinduktsiooni vektori suuna ja kontuuri normaalnurga vahel:.
Asendame arvväärtused: = 15 mT,, = 20 cm = = 0,2 m,.
Arvutused annavad 
.
|
Näide 2 Ühtlases magnetväljas induktsiooniga = 0,2 T on ristkülikukujuline raam, mille liikuv pool, pikkus = 0,2 m, liigub kiirusega = 25 m/s risti välja induktsioonijoontega (joonis 42). Määrake vooluringis tekkiv indutseeritud emf. Lahendus Kui juht AB liigub magnetväljas, suureneb raami pindala, mistõttu suureneb raami läbiv magnetvoog ja tekib indutseeritud emf. |
|
Faraday seaduse järgi kus, siis, aga, järelikult.
Märk “–” näitab, et indutseeritud emf ja indutseeritud vool suunatud vastupäeva.
ISEINDUKTSIOON
Iga juht, mida läbib elektrivool, on oma magnetväljas.
Voolutugevuse muutumisel juhis muutub m.väli, st. selle voolu tekitatud magnetvoog muutub. Magnetvoo muutumine viib keerise elektrivälja tekkeni ja ahelasse ilmub indutseeritud emf. 
Seda nähtust nimetatakse eneseinduktsiooniks. See on nähtus, kus elektriahelas tekib voolutugevuse muutumise tagajärjel indutseeritud emf. Saadud emfi nimetatakse iseindutseeritud emfiks
Eneseinduktsiooni nähtuse ilming
Vooluahela sulgemine 
Kui elektriahelas on lühis, siis vool suureneb, mis põhjustab magnetvoo suurenemist mähises ja tekib keeriselektriväli, mis on suunatud voolu vastu, s.t. Mähises tekib iseinduktsiooni emf, mis takistab voolu suurenemist ahelas (keerisväli pärsib elektrone). Tulemusena L1 süttib hiljem, kui L2.
Avatud vooluring 
Elektriahela avamisel vool väheneb, toimub voo vähenemine mähises ja tekib pööriselektriväli, mis on suunatud nagu vool (püüdes säilitada sama voolutugevust), s.t. Mähises tekib iseindutseeritud emf, mis hoiab vooluahelas voolu. Selle tulemusena L väljalülitamisel vilgub eredalt. Järeldus elektrotehnikas, eneseinduktsiooni nähtus avaldub ahela sulgemisel (elektrivool suureneb järk-järgult) ja vooluringi avamisel (elektrivool ei kao kohe).
INDUKTANTS
Millest sõltub eneseindutseeritud emf? Elektrivool loob oma magnetvälja. Ahelat läbiv magnetvoog on võrdeline magnetvälja induktsiooniga (Ф ~ B), induktsioon on võrdeline voolutugevusega juhis (B ~ I), seetõttu on magnetvoog võrdeline voolutugevusega (Ф ~ I ). Iseinduktsiooni emf sõltub voolu muutumise kiirusest elektriahelas, juhi omadustest (suurus ja kuju) ning selle keskkonna suhtelisest magnetilisest läbilaskvusest, milles juht asub. Füüsikalist suurust, mis näitab iseinduktsiooni emf sõltuvust juhi suurusest ja kujust ning keskkonnast, kus juht asub, nimetatakse iseinduktsiooni koefitsiendiks või induktiivsuseks. 
Induktiivsus – füüsiline. väärtus, mis on arvuliselt võrdne iseinduktiivse emf-ga, mis tekib vooluringis, kui vool muutub 1 ampri võrra 1 sekundi jooksul. Induktiivsust saab arvutada ka järgmise valemi abil:
kus Ф on vooluahelat läbiv magnetvoog, I on voolutugevus ahelas.
SI induktiivsuse ühikud:
Mähise induktiivsus sõltub: pöörete arvust, pooli suurusest ja kujust ning kandja (võimalik, et südamiku) suhtelisest magnetilisest läbilaskvusest.
ISEINDUKTSIOONI EMF
Iseinduktiivne emf takistab voolu suurenemist vooluringi sisselülitamisel ja voolu vähenemist vooluringi avamisel.
Aine magnetiseerumise iseloomustamiseks magnetväljas kasutatakse seda magnetmoment (P m ). See on arvuliselt võrdne mehaanilise pöördemomendiga, mida kogeb aine magnetväljas, mille induktsioon on 1 Tesla.
Aine ruumalaühiku magnetmoment iseloomustab seda magnetiseerimine - I , määratakse järgmise valemiga:
I=R m /V , (2.4)
Kus V - aine maht.
Magnetiseerumist SI-süsteemis mõõdetakse, nagu intensiivsust, tollides Sõiduk, vektori suurus.
Iseloomustatakse ainete magnetilisi omadusi mahuline magnetiline vastuvõtlikkus - c O , mõõtmeteta kogus.
Kui mõni keha asetatakse induktsiooniga magnetvälja IN 0 , siis toimub selle magnetiseerumine. Selle tulemusena loob keha induktsiooniga oma magnetvälja IN " , mis interakteerub magnetiseeriva väljaga.
Sel juhul induktsioonivektor keskkonnas (IN) koosneb vektoritest:
B = B 0 + B " (vektori märk välja jäetud), (2.5)
Kus IN " - magnetiseeritud aine enda magnetvälja induktsioon.
Omavälja induktsiooni määravad aine magnetilised omadused, mida iseloomustab mahuline magnetiline tundlikkus - c O , on tõene järgmine väljend: IN " = c O IN 0 (2.6)
Jagage poolt m 0 avaldis (2.6):
IN " /m O = c O IN 0 /m 0
Saame: N " = c O N 0 , (2.7)
Aga N " määrab aine magnetiseerituse I , st. N " = I , siis alates (2.7):
I = c O N 0 . (2.8)
Seega, kui aine on välises magnetväljas tugevusega N 0 , siis selle sees olev induktsioon määratakse avaldisega:
B=B 0 + B " = m 0 N 0 +m 0 N " = m 0 (N 0 + I)(2.9)
Viimane avaldis on rangelt tõene, kui tuum (aine) on täielikult välises ühtlases magnetväljas (suletud torus, lõpmatult pikk solenoid jne).
Loogiline oleks rääkida teisest passiivsete raadioelementide esindajast - induktiivpoolidest. Kuid lugu nendest tuleb alustada kaugelt, meenutades magnetvälja olemasolu, sest just magnetväli ümbritseb ja tungib poolidesse ning mähised töötavad magnetväljas, enamasti vahelduvas. Lühidalt, see on nende elupaik.
Magnetism kui mateeria omadus
Magnetism on üks kõige olulisemad omadused aineid, aga ka näiteks massi- või elektrivälja. Magnetismi nähtused, nagu ka elekter, on tuntud juba pikka aega, kuid tolleaegne teadus ei suutnud nende nähtuste olemust selgitada. Magneesia linna järgi, mis kunagi asus Väike-Aasias, nimetati arusaamatut nähtust magnetismiks. Just lähedal kaevandatud maagist saadi püsimagnetid.
Kuid püsimagnetid pole selle artikli raames eriti huvitavad. Kuna lubati rääkida induktiivpoolidest, siis me räägime, tõenäoliselt elektromagnetismi kohta, sest pole kaugeltki saladus, et isegi vooluga juhtme ümber on magnetväli.
IN kaasaegsed tingimused Magnetismi nähtust on vähemalt algtasemel üsna lihtne uurida. Selleks tuleb akust ja taskulambi pirnist kokku panna lihtne elektriahel. Magnetvälja, selle suuna ja tugevuse indikaatorina saate kasutada tavalist kompassi.
DC magnetväli
Teatavasti näitab kompass suunda põhja poole. Kui ülalnimetatud juhtmed asuvad läheduses kõige lihtsam skeem ja lülitage lambipirn sisse, kaldub kompassinõel veidi oma tavaasendist kõrvale.
Ühendades paralleelselt teise lambipirni, saate vooluahelas kahekordistada, mistõttu noole pöördenurk veidi suureneb. See näitab, et voolu juhtiva juhtme magnetväli on muutunud suuremaks. Sellel põhimõttel töötavad osutiga mõõteriistad.
Kui aku polaarsus on vastupidine, siis kompassinõel keerab teise otsa - ka magnetvälja suund juhtmetes on suunda muutunud. Kui ahel on välja lülitatud, naaseb kompassi nõel õigesse asendisse. Mähises puudub vool ja puudub magnetväli.
Kõigis neis katsetes täidab kompass katsemagnetnõela rolli, nii nagu konstantse elektrivälja uurimine toimub katseelektrilaengu abil.
Selliste lihtsate katsete põhjal võime järeldada, et magnetism sünnib tänu elektrivoolule: mida tugevam on see vool, seda tugevamad on juhi magnetilised omadused. Kust siis tuleb püsimagnetite magnetväli, kuna akut ei ühendanud keegi nendega juhtmetega?
Fundamentaalne teaduslikud uuringud On tõestatud, et püsimagnetism põhineb elektrilised nähtused: iga elektron on oma elektriväljas ja tal on elementaar magnetilised omadused. Vaid enamikus ainetes neutraliseerivad need omadused vastastikku ja mõnes ühinevad nad mingil põhjusel üheks suureks magnetiks.
Muidugi pole tegelikult kõik nii primitiivne ja lihtne, kuid üldiselt on isegi püsimagnetitel tänu liikumisele oma imelised omadused elektrilaengud.
Millised nad on? magnetilised jooned?
Magnetjooned on visuaalselt näha. IN koolikogemus Füüsikatundides valatakse selleks kartongilehele metallviilud, alla asetatakse püsimagnet. Kergelt papilehte koputades saate joonisel 1 näidatud pildi.
1. pilt.
Seda magnetilist on lihtne näha elektriliinid lahkuda põhjapoolusest ja siseneda lõunapoolusele ilma lagunemata. Muidugi võime öelda, et see on just vastupidi, lõunast põhja, aga nii see on, nii et põhjast lõunasse. Samamoodi, nagu nad kunagi aktsepteerisid voolu suunda plussist miinusesse.
Kui selle asemel püsimagnet Viige traat vooluga läbi papi, siis näitavad metallviilud seda, juhti, magnetvälja. See magnetväli näeb välja nagu kontsentrilised ringikujulised jooned.
Magnetvälja uurimiseks saate ilma saepuruta hakkama. Piisab katsemagnetnõela liigutamisest ümber voolu juhtiva juhi, et näha, et magnetjõujooned on tõepoolest suletud kontsentrilised ringid. Kui liigutate testnoolt selles suunas, kuhu magnetväli seda kõrvale kaldub, jõuate kindlasti tagasi samasse punkti, kust liikuma hakkasite. Täpselt nagu ümber Maa käimine: kui lähed ilma kuhugi pööramata, siis varem või hiljem jõuad samasse kohta.
Joonis 2.
Voolu juhtiva juhtme magnetvälja suuna määrab puusse aukude puurimiseks mõeldud riistapuu reegli järgi. Siin on kõik väga lihtne: gimletit tuleb pöörata nii, et selle edasiliikumine langeks kokku juhtmes oleva voolu suunaga, siis näitab käepideme pöörlemissuund, kuhu magnetväli on suunatud.
Joonis 3.
"Vool tuleb meilt" - ringi keskel olev rist on joonise tasapinnast kaugemale lendav noole sulg ja kus "Voolus tuleb meile" näitab tagant lendava noole ots. lehe tasapind. Vähemalt nii seletatakse neid tähistusi koolis füüsikatundides.
Joonis 4.
Kui rakendame igale juhile gimleti reeglit, siis pärast iga juhtme magnetvälja suuna määramist võime kindlalt väita, et ühesuguse voolusuunaga juhid tõmbavad ligi ja nende magnetväljad liidetakse. Erineva suuna vooluga juhid tõrjuvad üksteist, nende magnetväli on kompenseeritud.
Induktiivpool
Kui voolu juhtiv juht on valmistatud rõnga (pöörde) kujul, siis on sellel oma magnetpoolused, põhja ja lõuna. Kuid ühe pöörde magnetväli on tavaliselt väike. palju parimad tulemused saab saavutada traadi mähisega mähisena. Seda osa nimetatakse induktiivpooliks või lihtsalt induktiivpooliks. Sel juhul magnetväljadüksikud pöörded liidetakse, tugevdades üksteist.
Joonis 5.
Joonisel 5 on näidatud, kuidas on võimalik saada pooli magnetväljade summa. Näib, et iga pööret saab toita oma allikast, nagu on näidatud joonisel fig. 5.2, kuid lihtsam on pöördeid järjestikku ühendada (keerake need lihtsalt ühe juhtmega).
On üsna ilmne, et mida rohkem on mähisel keerdu, seda tugevam on selle magnetväli. Magnetväli sõltub ka pooli läbivast voolust. Seetõttu on täiesti õigustatud hinnata mähise võimet luua magnetvälja, korrutades lihtsalt mähise (A) voolu keerdude arvuga (W). Seda väärtust nimetatakse voolutugevuseks.
Südamiku mähis
Mähise tekitatud magnetvälja saab oluliselt suurendada, kui mähise sisse sisestada ferromagnetilisest materjalist südamik. Joonisel 6 on kujutatud tabel erinevate ainete suhtelise magnetilise läbilaskvuse kohta.
Näiteks trafoteras muudab magnetvälja ligikaudu 7...7,5 tuhat korda tugevamaks kui südamiku puudumisel. Teisisõnu, südamiku sees pöörab magnetväli magnetnõela 7000 korda tugevamini (seda saab ainult vaimselt ette kujutada).
Joonis 6.
Tabeli tipus on paramagnetilised ja diamagnetilised ained. Suhteline magnetiline läbilaskvus µ on antud vaakumi suhtes. Järelikult tugevdavad paramagnetilised ained veidi magnetvälja ja diamagnetilised ained nõrgendavad seda veidi. Üldiselt ei avalda need ained magnetväljale erilist mõju. Kuigi kõrgetel sagedustel kasutatakse ahelate häälestamiseks mõnikord messingist või alumiiniumist südamikke.
Tabeli allosas on ferromagnetilised ained, mis suurendavad oluliselt voolu juhtiva pooli magnetvälja. Näiteks trafo terassüdamik muudab magnetvälja täpselt 7500 korda tugevamaks.
Kuidas ja kuidas magnetvälja mõõta
Kui vajasite mõõtühikuid elektrilised kogused, siis võtsime elektronlaengu standardiks. Elektroni laengust moodustus väga reaalne ja isegi käegakatsutav ühik - kulon ja selle põhjal osutus kõik lihtsaks: amper, volt, ohm, džaul, vatt, farad.
Mida saab võtta magnetvälja mõõtmise lähtepunktiks? Väga problemaatiline on elektroni kuidagi magnetväljaga siduda. Seetõttu on magnetismi mõõtühikuks juht, mille kaudu voolab. D.C. kell 1 A.
Peamine selline omadus on pinge (H). See näitab jõudu, millega magnetväli mõjub ülalmainitud katsejuhile, kui see juhtub vaakumis. Vaakum on mõeldud välistama keskkonna mõju, seetõttu peetakse seda omadust - pinget absoluutselt puhtaks. Pingeühikuks on amper meetri kohta (a/m). See pinge ilmub 16 cm kaugusele juhist, mille vool on 1A.
Väljatugevus ainult näitab teoreetiline võime magnetväli. Tegelikku tegutsemisvõimet peegeldab teine väärtus, magnetinduktsioon (B). Tema on see, kes näitab tõeline jõud, millega magnetväli mõjub juhile voolutugevusega 1A.
Joonis 7.
Kui 1 m pikkuses juhis voolab vool 1A ja seda lükatakse (tõmbatakse) jõuga 1 N (102 G), siis öeldakse, et magnetilise induktsiooni väärtus antud punktis on täpselt 1 tesla.
Magnetinduktsioon on vektorsuurus, va numbriline väärtus sellel on ka suund, mis ühtib alati uuritava magnetvälja katsemagnetnõela suunaga.
Joonis 8.
Magnetinduktsiooni ühikuks on tesla (TL), kuigi praktikas kasutatakse sageli rohkem. väike üksus Gauss: 1 TL = 10 000 Gs. Kas seda on palju või vähe? Magnetväli võimsa magneti lähedal võib ulatuda mitme Teslani, magnetkompassi nõela lähedal mitte rohkem kui 100 Gaussi, Maa magnetväli pinna lähedal on ligikaudu 0,01 Gaussi ja isegi madalam.
Magnetilise induktsiooni vektor B iseloomustab magnetvälja ainult ühes ruumipunktis. Magnetvälja mõju hindamiseks teatud ruumis võetakse kasutusele teine mõiste: magnetvoog (Φ).
Põhimõtteliselt tähistab see läbivate magnetinduktsiooni joonte arvu antud ruumi, läbi mõne piirkonna: Φ=B*S*cosα. Seda pilti saab esitada vihmapiiskade kujul: üks joon on üks tilk (B) ja kõik kokku on magnetvoog Φ. Nii ühendatakse pooli üksikute keerdude magnetjõuliinid ühiseks vooguks.
Joonis 9.
SI-süsteemis on magnetvoo ühik Weber (Wb), selline voog tekib siis, kui 1 ruutmeetri suurusele alale mõjub 1 Tesla induktsioon.
Magnetvoog erinevates seadmetes (mootorid, trafod jne) läbib reeglina teatud rada, mida nimetatakse magnetahelaks või lihtsalt magnetahelaks. Kui magnetahel on suletud (rõngastrafo südamik), siis on selle takistus madal, magnetvoog läbib takistamatult ja koondub südamiku sisse. Alloleval joonisel on näidatud suletud ja avatud magnetahelatega mähiste näited.
Joonis 10.
Kuid südamikku saab saagida ja sellest välja tõmmata tükk, et tekiks magnetiline tühimik. See suurendab ahela üldist magnettakistust, vähendades seega magnetvoogu ja üldiselt väheneb induktsioon kogu südamikus. See on nagu suure takistuse jootmine järjestikku elektriahelasse.
Joonis 11.
Kui tekkiv tühimik terastükiga kinni tõkestada, siis selgub, et piluga on paralleelselt ühendatud väiksema magnettakistusega lisasektsioon, mis taastab häiritud magnetvoo. See on väga sarnane elektriahelate šundiga. Muide, on olemas ka magnetahela seadus, mida nimetatakse magnetahela Ohmi seaduseks.
Joonis 12.
Magnetvoo põhiosa läbib magnetšundi. Just seda nähtust kasutatakse heli- või videosignaalide magnetilisel salvestamisel: lindi ferromagnetiline kiht katab tühimiku magnetpeade südamikus ja kogu magnetvoog suletakse läbi lindi.
Reegli abil saab määrata pooli tekitatud magnetvoo suuna parem käsi: Kui neli sirutatud sõrme näitavad voolu suunda mähises, siis pöial näitab magnetjoonte suunda, nagu on näidatud joonisel 13.
Joonis 13.
On üldtunnustatud seisukoht, et magnetjooned väljuvad põhjapoolusest ja sisenevad lõunasse. Seetõttu on pöial sees sel juhul näitab lõunapooluse asukohta. Saate kontrollida, kas see on tõsi, kasutades kompassi nõela.
Kuidas elektrimootor töötab?
On teada, et elektriga saab luua valgust ja soojust, osaleda elektrokeemilised protsessid. Pärast magnetismi põhitõdede tutvustamist saate rääkida elektrimootorite tööpõhimõtetest.
Elektrimootorid võivad olla kõige rohkem erinevad kujundused, võimsus ja tööpõhimõte: näiteks konstantne ja vahelduvvoolu, stepper või koguja. Kuid kõigi erinevate konstruktsioonide puhul põhineb tööpõhimõte rootori ja staatori magnetväljade vastasmõjul.
Nende magnetväljade tekitamiseks juhitakse vool läbi mähiste. Mida suurem on vool ja mida suurem on välise magnetvälja magnetiline induktsioon, seda võimsam on mootor. Selle välja tugevdamiseks kasutatakse magnetsüdamikke, mistõttu on elektrimootoritel nii palju terasosi. Mõned alalisvoolumootorite mudelid kasutavad püsimagneteid.
Joonis 14.
Siin võib öelda, et kõik on selge ja lihtne: juhtisime voolu läbi juhtme ja saime magnetvälja. Koostoime teise magnetväljaga põhjustab selle juhtme liikumise ja ka mehaanilise töö.
Pöörlemissuuna saab määrata vasaku käe reegliga. Kui neli välja sirutatud sõrme näitavad juhi voolu suunda ja magnetjooned sisenevad peopesale, siis painutatud pöial näitab juhi suunda, mille juht magnetväljas välja surutakse.
Kui statsionaarsete elektrilaengute ümber olevas ruumis on elektrostaatiline väli, siis ruumis liikuvate laengute ümber (nagu ka ajas muutuvate elektriväljade ümber, nagu Maxwell algselt eeldas) eksisteerib. Seda on lihtne katseliselt jälgida.
Just tänu magnetväljale interakteeruvad elektrivoolud, samuti püsimagnetid ja voolud magnetitega. Võrreldes elektriline interaktsioon, magnetiline interaktsioon on oluliselt võimsam. Seda interaktsiooni uuris kunagi André-Marie Ampère.
Füüsikas on magnetvälja tunnuseks B ja mida suurem see on, seda tugevam on magnetväli. Magnetinduktsioon B on vektorsuurus, mille suund langeb kokku mingisse magnetvälja punkti asetatud tavapärase magnetnõela põhjapoolusele mõjuva jõu suunaga - magnetväli suunab magnetnõela vektori B suunas. st magnetvälja suunas.
Vektor B magnetilise induktsioonijoone igas punktis on suunatud sellele tangentsiaalselt. See tähendab, et induktsioon B iseloomustab magnetvälja jõu mõju voolule. Sarnast rolli mängib elektrivälja intensiivsus E, mis iseloomustab elektrivälja jõu mõju laengule.
Lihtsaim katse rauaviilidega võimaldab selgelt demonstreerida magnetvälja mõju magnetiseeritud objektile, kuna pidevas magnetväljas magnetiseeruvad väikesed ferromagneti tükid (sellised tükid on rauaviilid) piki välja. , magnetnõelad, nagu väikesed kompassinõelad.
Kui võtate vertikaalse vaskjuhi ja lasete selle läbi horisontaalse paberilehe (või pleksiklaasi või vineeri) augu ja valate seejärel lehele metallviilud, raputage seda veidi ja juhite seejärel alalisvoolu läbi juht, on hästi näha, kuidas saepuru keerise kujul joondub ringis ümber juhi, selles oleva vooluga risti olevale tasapinnale.
Need saepurust ringid on sümboolne kujutis voolu juhtiva juhi magnetvälja magnetilise induktsiooni B joontest. Selles katses paikneb ringide keskpunkt täpselt keskel, piki vooluga juhi telge.
Voolu juhtiva juhi magnetinduktsioonivektorite B suunda on lihtne määrata või õige kruvi reegli järgi: kui kruvi telg liigub juhis oleva voolu suunas edasi, siis kruvi pöörlemissuund. või gimleti käepide (kruvi keerame sisse või välja) näitab voolu ümber oleva magnetvälja suunda.
Miks gimleti reegel kehtib? Kuna Maxwelli kahes võrrandis kasutatud rootori operatsiooni (väljateoorias tähistatakse mädaga) saab vormiliselt kirjutada järgmiselt. vektorprodukt(radari operaatoriga) ja mis kõige tähtsam, kuna rootor vektorväli saab võrrelda (esindab analoogiat) nurkkiirus pöörlemine ideaalne vedelik(nagu Maxwell ise ette kujutas), mille voolukiiruse väli esindab antud vektorvälja, võib rootori puhul kasutada samu reegli sõnastusi, mida on kirjeldatud nurkkiiruse puhul.
Seega, kui väänata rõngastihendit vektorvälja keerise suunas, kruvib see selle välja rootori vektori suunas.
Nagu näete, erinevalt pingejoontest elektrostaatiline väli, mis on ruumis avatud, on elektrivoolu ümbritsevad magnetinduktsiooni jooned suletud. Kui read elektriline pinge E alustada positiivsed laengud ja lõpevad negatiivsetel joontel, siis magnetinduktsiooni B jooned lihtsalt suletakse neid genereeriva voolu ümber.
Teeme nüüd katse keerulisemaks. Vooluga sirge juhi asemel kaaluge vooluga mähist. Oletame, et meil on mugav asetada selline kontuur joonise tasapinnaga risti, kus vool on suunatud meie poole vasakul ja meist eemal paremal. Kui nüüd asetada magnetnõelaga kompass vooluga pooli sisse, siis magnetnõel näitab magnetinduktsiooni joonte suunda - need suunatakse mööda pooli telge.
Miks? Sest vastasküljed pooli tasapinnast on sarnane magnetnõela poolustega. Kust tulevad B-liinid – see on põhjapoolne magnetpoolus, mis sisaldab - lõunapoolus. Seda on lihtne mõista, kui mõelda esmalt voolu ja selle magnetväljaga juhile ning seejärel lihtsalt rõngaks keerata.
Vooluga mähise magnetilise induktsiooni suuna määramiseks kasutavad nad ka klambrireeglit või parempoolse kruvi reeglit. Asetage klambri ots mähise keskele ja hakake seda päripäeva pöörama. Edasi liikumine rõngas kattub magnetilise induktsioonivektoriga B pooli keskel.
Ilmselgelt on voolu magnetvälja suund seotud voolu suunaga juhis, olgu see siis sirge juht või mähis.
Üldiselt on aktsepteeritud, et pooli või pöörde vooluga külg, millest väljuvad magnetinduktsiooni B jooned (vektori B suund on väljapoole), on põhjapoolus ja kuhu jooned sisenevad (vektor B on suunatud sissepoole ) on lõuna magnetpoolus.
Kui paljud vooluga pöörded moodustavad pika mähise - solenoidi (mähise pikkus on mitu korda suurem selle läbimõõdust), siis on selle sees olev magnetväli ühtlane, st magnetilise induktsiooni jooned B on üksteisega paralleelsed ja on kogu pooli pikkuses sama tihedusega. Muide, püsimagneti magnetväli on väljastpoolt sarnane vooluga pooli magnetväljaga.
Vooluga I, pikkusega l ja keerdude arvuga N pooli puhul on vaakumi magnetinduktsioon arvuliselt võrdne:
Seega on vooluga mähise sees olev magnetväli ühtlane ja suunatud lõunast põhjapoolus(pooli sees!) Magnetiline induktsioon mähises on võrdeline voolutugevusega ampripöörete arvuga pooli pikkuseühiku kohta.
Elektromagnetism on nähtuste kogum, mis on põhjustatud elektrivoolude ja magnetväljade ühendusest. Mõnikord põhjustab see seos soovimatuid tagajärgi. Näiteks põhjustab laeval elektrikaablite kaudu voolav vool laeva kompassi tarbetut kõrvalekallet. Tihti kasutatakse aga elektrit teadlikult suure intensiivsusega magnetvälja tekitamiseks. Näiteks on elektromagnetid. Me räägime neist täna.
ja magnetvoog
Magnetvälja intensiivsust saab määrata magnetvoo joonte arvuga pindalaühiku kohta. tekib kõikjal, kus voolab elektrivool, ja õhu magnetvoog on viimasega võrdeline. Voolu kandva sirge traadi saab painutada mähisesse. Piisavalt väikese mähise raadiusega põhjustab see magnetvoo suurenemist. Sel juhul voolutugevus ei suurene.
Magnetvoo kontsentratsiooni mõju saab veelgi suurendada, suurendades pöörete arvu, st keerates traati mähisesse. Tõsi on ka vastupidine. Voolu juhtiva pooli magnetvälja saab nõrgendada keerdude arvu vähendamisega.
Tuletame olulise seose. Punktis maksimaalne tihedus magnetvoog (see sisaldab kõige rohkem voojooni pindalaühiku kohta), elektrivoolu I, traadi keerdude arvu n ja magnetvoo B vahelist seost väljendatakse järgmiselt: In on võrdeline B-ga. Voolutugevus 12 A voolamine läbi 3 pöörde pikkuse mähise loob täpselt samasuguse magnetvälja nagu 3 A vool, mis voolab läbi 12 pöörde pikkuse mähise. Seda on oluline teada praktiliste probleemide lahendamisel.
Solenoid
Mähitud traadi mähist, mis tekitab magnetvälja, nimetatakse solenoidiks. Juhtmeid saab kerida ümber raua (raudsüdamiku). Sobib ka mittemagnetiline alus (näiteks õhksüdamik). Nagu näete, saate voolu juhtiva pooli magnetvälja loomiseks kasutada rohkemat kui lihtsalt rauda. Voo suuruse poolest on mis tahes mittemagnetiline tuum samaväärne õhuga. See tähendab, et ülaltoodud voolu, pöörete arvu ja voo ühendamise seos on antud juhul üsna täpselt täidetud. Seega võib selle põhimõtte rakendamisel nõrgendada voolu juhtiva pooli magnetvälja.
Raua kasutamine solenoidis
Milleks solenoidis rauda kasutatakse? Selle olemasolu mõjutab voolu juhtiva pooli magnetvälja kahel viisil. See suurendab voolu, sageli tuhandeid kordi või rohkem. See võib aga rikkuda ühte olulist proportsionaalne sõltuvus. See on umbes selle kohta, mis eksisteerib magnetvoo ja voolu vahel õhk-südamiku poolides.
Mikroskoopilised piirkonnad rauas, domeenid (täpsemalt on need ehitatud ühes suunas voolu tekitatava magnetvälja toimel. Selle tulemusena tekitab see vool raudsüdamiku juuresolekul suurema magnetvoo kohta traadi ühikuline ristlõige Seega suureneb voo tihedus märkimisväärselt.
Räägime nüüd veidi induktsioonist. See oluline osa meid huvitava teema.
Voolupooli magnetvälja induktsioon
Kuigi raudsüdamiku solenoidi magnetväli on palju tugevam kui õhksüdamikuga solenoidi magnetväli, piiravad selle suurust raua omadused. Õhusüdamiku pooli tekitatud suurusel pole teoreetiliselt piiranguid. Siiski on üldiselt väga raske ja kulukas saada tohutuid voolusid, mis on vajalikud raudsüdamikuga solenoidi omaga võrreldava välja tekitamiseks. Alati ei pea seda teed minema.
Mis juhtub, kui muudate voolu kandva pooli magnetvälja? See toiming võib tekitada elektrivoolu samamoodi nagu vool tekitab magnetvälja. Kui magnet läheneb juhile, indutseerivad juhti ristuvad magnetilised jõujooned selles pinge. Indutseeritud pinge polaarsus sõltub magnetvoo polaarsusest ja muutumise suunast. See efekt on mähises palju tugevam kui üksikul pöördel: see on võrdeline keerdude arvuga mähises. Raudsüdamiku juuresolekul indutseeritud pinge solenoidis suureneb. Selle meetodi puhul on vajalik, et juht liiguks magnetvoo suhtes. Kui juht ei ristu magnetvoo joontega, siis pinget ei teki.
Kuidas saame energiat?
Elektrigeneraatorid toodavad voolu samadel põhimõtetel. Tavaliselt pöörleb magnet mähiste vahel. Indutseeritud pinge suurus sõltub magneti välja suurusest ja selle pöörlemiskiirusest (need määravad magnetvoo muutumise kiiruse). Pinge juhis on otseselt võrdeline selles oleva magnetvoo kiirusega.
Paljudes generaatorites asendatakse magnet solenoidiga. Voolu juhtivas mähises magnetvälja tekitamiseks ühendatakse solenoid Mis on sel juhul generaatori poolt genereeritav elektrienergia? See on võrdne pinge ja voolu korrutisega. Teisest küljest võimaldab suhe juhis oleva voolu ja magnetvoo vahel kasutada magnetväljas elektrivoolu tekitatud voogu, et saada mehaaniline liikumine. Sellel põhimõttel töötavad elektrimootorid ja mõned elektrilised mõõteriistad. Nendes liikumise tekitamiseks on aga vaja kulutada täiendavat elektrienergiat.
Tugevad magnetväljad
Praegu on selle abil võimalik saavutada vooluga mähise magnetvälja enneolematu intensiivsus. Elektromagnetid võivad olla väga võimsad. Sel juhul voolab vool ilma kadudeta, st ei põhjusta materjali kuumenemist. See võimaldab õhusüdamiku solenoididele rakendada kõrgeid pingeid ja väldib küllastuspiiranguid. Selline võimas voolu kandva pooli magnetväli avab väga suured väljavaated. Elektromagnetid ja nende rakendused pakuvad mõjuval põhjusel huvi paljudele teadlastele. Pealegi tugevad väljad saab kasutada magnetlevitatsioonil liikumiseks ning uut tüüpi elektrimootorite ja generaatorite loomiseks. Nad on võimelised madalate kuludega suure võimsusega.
Inimkond kasutab aktiivselt voolupooli magnetvälja energiat. Ta on juba pikki aastaid kasutatakse laialdaselt, eriti raudteed. Räägime nüüd sellest, kuidas voolu juhtiva pooli magnetvälja jõujooni kasutatakse rongide liikumise reguleerimiseks.
Magnetid raudteel
Raudtee kasutab tavaliselt süsteeme, milles elektromagnetid ja püsimagnetid täiendavad teineteist suurema ohutuse tagamiseks. Kuidas need süsteemid töötavad? Tugev on kinnitatud rööpa lähedale teatud kaugusel valgusfooridest. Kui rong liigub magnetist üle, pöörleb juhikabiinis oleva püsimagneti telg väikese nurga all, misjärel magnet jääb uude asendisse.
Liikluse reguleerimine raudteel
Lameda magneti liikumine käivitab häirekella või sireeni. Siis juhtub järgmine. Paari sekundi pärast liigub juhikabiin üle elektromagneti, mis on fooriga ühendatud. Kui ta annab rongile rohelise tule, läheb elektromagnet pingesse ja püsimagneti telg vagunis pöörleb oma algasendisse, lülitades salongi signaali välja. Kui foorituli on punane või kollane, lülitatakse elektromagnet välja ja teatud viivituse järel rakendub pidur automaatselt, välja arvatud juhul, kui juht muidugi unustas seda teha. Pidurikontuur (nagu ka helisignaal) ühendatakse võrku magnettelje pööramise hetkest. Kui magnet naaseb viivituse ajal algasendisse, siis pidur ei lülitu.
Magnetväli ja induktiivsus
Magnetväli tekib iga juhi ümber, mille kaudu vool liigub. Seda efekti nimetatakse elektromagnetismiks. Magnetväljad mõju tasandamine elektronid aatomites,
ja võib põhjustada füüsiline jõud, mis on võimeline kosmoses arenema. meeldib elektriväljad
, võivad magnetväljad täielikult hõivata tühi ruum, Ja mõjutada asja kaugusel .
Magnetväljal on kaks peamist omadust: magnetmotoorjõud ja magnetvoog. Välja koguhulka või selle mõju nimetatakse magnetvooks ja jõudu, mis selle magnetvoo ruumis tekitab, nimetatakse magnetomotoorjõuks. Need kaks omadust on ligikaudu analoogsed juhi elektripinge (magnetomotoorjõu) ja elektrivooluga (magnetvoog). Magnetvoog, erinevalt elektrivool(mis eksisteerib ainult seal, kus on vabu elektrone) võib levida täiesti tühjas ruumis. Ruum peab magnetvoolule vastu samamoodi nagu juht elektrivoolule. Magnetvoo suurus võrdub magnetomotoorjõuga, mis on jagatud keskkonna takistusega.
Magnetväli erineb elektriväljast. Kui elektriväli sõltub saadaolevast erinevat tüüpi laengute arvust (mida rohkem on ühte tüüpi elektrilaenguid ühel ja teisel vastupidist, seda suurem on elektriväli nende juhtide vahel), siis tekib magnetväli voolu mõjul. elektronidest (mida intensiivsem on elektronide liikumine, seda rohkem on nende ümber magnetväli).
Seadet, mis on võimeline salvestama magnetvälja energiat, nimetatakse induktiivpooliks. Mähise kuju loob tavalisest palju tugevama magnetvälja sirge juht. Induktiivpooli struktuurne alus on dielektriline raam, millele on spiraali kujul keritud traat (olemas on ka raamita mähised). Mähis võib olla kas ühekihiline või mitmekihiline. Induktiivsuse suurendamiseks kasutatakse magnetsüdamikke. Mähise sisse asetatud südamik kontsentreerib magnetvälja ja suurendab seeläbi selle induktiivsust.
Induktiivpoolide sümbolid sisse lülitatud elektriskeemid näeb välja selline:
Kuna elektrivool tekitab mähise ümber kontsentreeritud magnetvälja, siis selle välja magnetvoog võrdub energia salvestamine (mille säästmine toimub tänu kineetiline liikumine elektronid läbi mähise). Mida suurem on vool mähises, seda tugevam on magnetväli ja seda rohkem energiat salvestab induktiivpooli.
Sest induktiivpoolid salvestada kineetiline energia liikuvad elektronid magnetvälja kujul, sisse elektriahel nad käituvad täiesti erinev kui takistid (mis on lihtsalt energiat hajutada soojuse kujul). Võime salvestada energiat voolupõhiselt võimaldab induktiivpoolil hoida seda voolu konstantsel tasemel. Teisisõnu, see peab vastu voolu muutustele. Kui vool läbi mähise suureneb või väheneb, toodab ta pinge, mille polaarsus on nendele muutustele vastupidine.
Päästma rohkem energiat, tuleb induktiivpooli läbivat voolu suurendada. Sel juhul suureneb magnetvälja tugevus, mis toob kaasa pinge genereerimise vastavalt elektromagnetilise iseinduktsiooni põhimõttele. Ja vastupidi, energia vabastamiseks mähisest tuleb seda läbivat voolu vähendada. Sel juhul magnetvälja tugevus väheneb, mis toob kaasa vastupidise polaarsusega pinge ilmnemise.
Pidage meeles Newtoni esimest seadust, mis ütleb, et iga keha hoitakse jätkuvalt puhkeseisundis või ühtlases ja sirgjooneline liikumine, kuni ja seni, kuni rakendatud jõud seda olekut muutma ei sunni. Induktiivpoolide puhul on olukord ligikaudu sarnane: "pooli läbivad elektronid kipuvad liikuma ja puhkavad elektronid kipub vaikseks jääma." Hüpoteetiliselt lühises induktiivpool bsaab säilitada nii kaua kui soovitakse püsikiirus
elektronide vool ilma välise abita:
Praktikas on induktiivpool suuteline säilitama konstantset voolu ainult ülijuhtide kasutamisel. Tavaliste juhtmete takistus nõrgendab paratamatult elektronide voolu (ilma väline allikas energia).
Kui vool läbi mähise suureneb, tekitab see pinge, mille polaarsus on vastupidine elektronide voolule. Sel juhul toimib induktiivpool koormusena. See muutub, nagu öeldakse, "laetud", kuna selle magnetvälja salvestatakse üha rohkem energiat. Järgmisel pildil umbes pööra tähelepanu pinge polaarsus
Ja vastupidi, kui mähist läbiv vool väheneb, ilmub selle klemmidele pinge, mille polaarsus vastab elektronide voolule. Sel juhul toimib induktiivpool toiteallikana. See vabastab magnetvälja energia ülejäänud ahelasse. pööra tähelepanu pinge polaarsus voolu suuna suhtes:
Kui toiteallikaga on ühendatud magnetiseerimata induktiivpool, siis algsel ajahetkel hakkab see elektronide voolule vastu, läbides kogu allika pinge. Kui vool hakkab kasvama, suureneb mähise ümber tekkiva magnetvälja tugevus, neelates energiat jõuallikast. Lõpuks jõuab vool maksimaalne väärtus ja lõpetage kasvamine. Sel hetkel mähis peatub energiat absorbeerima toiteallikast Ja selle klemmide pinge langeb kuni minimaalne tase
(kuni vool jääb maksimaalsel tasemel). Seega, kui salvestatakse rohkem energiat, suureneb induktiivpooli läbiv vool ja selle klemmide pinge langeb. Pange tähele, et see käitumine on täiesti vastupidine kondensaatori käitumisele,milles arvu suureneminesalvestatud energia põhjustab selle klemmides pinge tõusu. Kui kondensaatorid kasutada salvestatud energiat säilitama püsiv väärtus Pinge, siis induktiivpoolid seda energiat kasutatakse säilitamine konstantne voolu väärtus.
Materjali tüüp, millest pooli traat on valmistatud, mõjutab oluliselt tekkivat magnetvoogu (ja seega ka salvestatud energia hulka). antud väärtus praegune Materjal, millest induktiivpooli südamik on valmistatud, mõjutab samuti magnetvoogu: ferromagnetiline materjal (nt raud) tekitab tugevama voo kui mittemagnetiline materjal (näiteks alumiinium või õhk).
Induktiivpooli võimet ammutada elektrivooluallikast energiat ja salvestada seda magnetvälja kujul nimetatakse induktiivsus. Induktiivsus on ka takistuse mõõt voolu muutustele. Induktiivsuse tähistamiseks kasutatakse seda märk "L", ja seda mõõdetakse Henry, lühendatult "Hn"