Akı ve manyetik akı ilişkisi

Kalıcı mıknatısların yanı sıra akım taşıyan iletkenlerin yakınında, diğer mıknatıslar veya akım taşıyan iletkenler üzerinde mekanik etki gibi fiziksel etkilerin yanı sıra hareket eden iletkenlerde EMF görünümü gözlemlenebileceği deneyimlerden bilinmektedir. uzay.

Mıknatısların ve akım taşıyan iletkenlerin yakınındaki olağandışı uzay durumuna manyetik alan denir ve niceliksel özellikleri şu fenomenlerle kolayca belirlenir: mekanik etkinin gücü veya elektromanyetik indüksiyon, aslında bir cisimde indüklenen büyüklük. hareketli iletken EMF.

İletkende EMF iletimi olgusu (elektromanyetik indüksiyon olgusu) farklı koşullar altında oluşur. Bir teli tekdüze bir manyetik alan boyunca hareket ettirebilir veya sabit bir telin yakınındaki manyetik alanı basitçe değiştirebilirsiniz. Her iki durumda da, uzaydaki manyetik alandaki değişiklik, iletkende bir EMF'yi indükleyecektir.

Bu fenomeni araştırmak için basit bir deneysel cihaz şekilde gösterilmiştir. Burada iletken (bakır) halka kendi telleriyle bağlanmıştır. balistik galvanometre ile, bu basit devreden geçen elektrik yükünün miktarını tahmin etmenin mümkün olacağı okun sapmasıyla. İlk olarak, halkayı mıknatısın yakınında uzayda bir noktada ortalayın (a konumu), ardından halkayı keskin bir şekilde hareket ettirin (b konumuna). Galvanometre, devreden geçen yükün değerini, Q gösterecektir.

Şimdi halkayı mıknatıstan biraz daha uzağa (c konumuna) başka bir noktaya yerleştiriyoruz ve yine aynı hızla yana doğru (d konumuna) keskin bir şekilde hareket ettiriyoruz. Galvanometre iğnesinin sapması ilk denemeden daha az olacaktır. Ve örneğin R halkasının direncini arttırırsak, örneğin bakırı tungsten ile değiştirirsek, ardından halkayı aynı şekilde hareket ettirirsek, galvanometrenin daha da küçük bir yük göstereceğini, ancak bu yükün değerinin hareket ettiğini fark edeceğiz. galvanometre her durumda döngü direnci ile ters orantılı olacaktır.

Deney, herhangi bir noktada mıknatısın etrafındaki boşluğun, halkayı mıknatıstan uzaklaştırdığımızda galvanometreden geçen yük miktarını doğrudan etkileyen bir özelliği olduğunu açıkça gösteriyor. Buna mıknatısa yakın bir şey diyelim, manyetik akıve nicel değerini F harfiyle belirtiyoruz. Ф ~ Q * R ve Q ~ Ф / R'nin ortaya çıkan bağımlılığına dikkat edin.

Deneyi karmaşıklaştıralım. Bakır halkayı mıknatısın karşısındaki belirli bir noktada, yanında (d konumunda) sabitleyeceğiz, ancak şimdi döngünün alanını değiştireceğiz (bir tel ile örtüşen kısmı). Galvanometrenin okumaları, halka alanındaki değişiklikle orantılı olacaktır (e konumunda).

Bu nedenle, mıknatısımızın döngüye etki eden manyetik akısı F, döngünün alanıyla orantılıdır. Ancak manyetik indüksiyon B, halkanın mıknatısa göre konumu ile ilgili, ancak halkanın parametrelerinden bağımsız olarak, uzayda mıknatısın yakınında dikkate alınan herhangi bir noktada manyetik alanın özelliğini belirler.

Bir bakır halka ile deneylere devam ederek, şimdi ilk anda (g konumu) halkanın düzleminin mıknatısa göre konumunu değiştireceğiz ve ardından onu mıknatısın ekseni boyunca bir konuma (h konumu) döndüreceğiz.

Halka ve mıknatıs arasındaki açıdaki değişiklik ne kadar büyük olursa, galvanometre boyunca devre boyunca o kadar fazla Q yükü akar.Bu, halkadan geçen manyetik akının mıknatıs ile normal arasındaki açının kosinüsüyle orantılı olduğu anlamına gelir. halkanın düzlemine.

Böylece, şu sonuca varabiliriz manyetik indüksiyon B - belirli bir noktada yönü, halka mıknatıstan keskin bir şekilde uzaklaştığında, Q yükü boyunca geçerken, o konumdaki halka düzlemine normalin yönü ile çakışan bir vektör miktarı vardır. devre maksimumdur.

Deneyde mıknatıs yerine kullanabilirsiniz bir elektromıknatısın bobini, bu bobini hareket ettirin veya içindeki akımı değiştirin, böylece deneysel döngüye giren manyetik alanı artırın veya azaltın.

Manyetik alanın nüfuz ettiği alan mutlaka dairesel bir bükülme ile sınırlandırılamaz, prensipte herhangi bir yüzey olabilir, manyetik akı daha sonra entegrasyon ile belirlenir:

Şekline dönüştü manyetik akı F Manyetik indüksiyon vektörü B'nin S yüzeyinden geçen akışının olup olmadığı.Ve manyetik indüksiyon B, alandaki belirli bir noktadaki manyetik akı yoğunluğu F'dir. Manyetik akı Ф «Weber» — Wb birimleriyle ölçülür. Manyetik indüksiyon B, Tesla - Tesla birimleriyle ölçülür.

Kalıcı bir mıknatısın veya akım taşıyan bir bobinin etrafındaki tüm boşluk, benzer bir şekilde, bir galvanometre bobini aracılığıyla incelenirse, o zaman bu boşlukta sonsuz sayıda sözde "manyetik çizgiler" inşa etmek mümkündür - vektör hatları manyetik indüksiyon B - her noktasında, incelenen alanın bu noktalarında manyetik indüksiyon vektörü B'nin yönüne karşılık gelecek olan teğetlerin yönü.

Manyetik alanın alanını S = 1 birim kesitli hayali tüplere bölerek, sözde elde edilebilir. Eksenleri tek manyetik çizgiler olarak adlandırılan tek manyetik tüpler. Bu yaklaşımı kullanarak, manyetik alanın nicel bir resmini görsel olarak tasvir edebilirsiniz ve bu durumda manyetik akı, seçilen yüzeyden geçen çizgilerin sayısına eşit olacaktır.

Manyetik çizgiler süreklidir, Kuzey Kutbu'ndan ayrılırlar ve zorunlu olarak Güney Kutbu'na girerler, dolayısıyla herhangi bir kapalı yüzeyden geçen toplam manyetik akı sıfırdır. Matematiksel olarak şöyle görünür:

Silindirik bir bobinin yüzeyi tarafından sınırlandırılmış bir manyetik alan düşünün. Aslında, bu bobinin dönüşleriyle oluşan yüzeye nüfuz eden bir manyetik akıdır. Bu durumda toplam yüzey, bobinin her dönüşü için ayrı yüzeylere bölünebilir. Şekil, bobinin üst ve alt dönüşlerinin yüzeylerinin dört adet tek manyetik çizgi ile, bobinin ortasındaki dönüşlerin yüzeylerinin ise sekiz adet manyetik çizgi ile delindiğini göstermektedir.

Bobinin tüm dönüşlerinden geçen toplam manyetik akının değerini bulmak için, dönüşlerinin her birinin yüzeylerine nüfuz eden manyetik akıları, yani bobinin tek tek dönüşleriyle ilişkili manyetik akıları toplamak gerekir:

Bobinde 8 tur varsa Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8.

Önceki şekilde gösterilen simetrik sargı örneği için:

F üst dönüşler = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F alt dönüşler = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф toplam = Ф üst dönüşler + Ф alt dönüşler = 44.

"Akış bağlantısı" kavramının tanıtıldığı yer burasıdır. Akış bağlantısı Bobinin tüm dönüşleriyle ilişkili toplam manyetik akı, bireysel dönüşleriyle ilişkili manyetik akıların toplamına sayısal olarak eşittir:

Фm, bobinin bir dönüşü boyunca akımın yarattığı manyetik akıdır; wэ - bobindeki etkin dönüş sayısı;

Akı bağlantısı sanal bir değerdir çünkü gerçekte bireysel manyetik akıların toplamı yoktur, ancak toplam manyetik akı vardır. Bununla birlikte, manyetik akının bobinin dönüşleri üzerindeki gerçek dağılımı bilinmediğinde, ancak akı ilişkisi biliniyorsa, gerekli miktarı elde etmek için gereken eşdeğer özdeş dönüşlerin sayısı hesaplanarak bobin eşdeğeri ile değiştirilebilir. manyetik akı.