Elektrizität und Magnetismus sind eng miteinander verbunden, was zur Annahme des Begriffs führtElektromagnetismusdamit verbundene Phänomene zu beschreiben. Inwieweit dies zutrifft, entgingen Wissenschaftlern bis zur zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts weitgehend, als James Clerk Maxwell, aufbauend auf der Arbeit von angesehenen Physikern vor ihm, erstellte seinen berühmten Satz von vier Differentialgleichungen (Kalkül), die verschiedene Eigenschaften von Magnetfeldern miteinander verknüpfen und elektrische Felder.
Verstehenmagnetischer Fluss, oder die magnetischen Feldlinien, die durch eine definierte geometrische Ebene namens a. verlaufenVektorbereich, führt zu mehreren wichtigen physikalischen Phänomenen, einschließlichElektromagnetische Induktion, oder die Erzeugung von elektromotorischer Kraft (EMF).
Was ist magnetischer Fluss?
Der gesamte magnetische Fluss ist im Wesentlichen ein Maß fürwie viele magnetische Feldlinien durch eine gegebene Oberfläche A. gehen– also ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes. Formaler ist es definiert als:
\Phi_B=B\cdot A=BA\cos{\theta}
wobei θ der Winkel zwischen dem Magnetfeld B und istdie Senkrechte zu Aim definierten Bereich.
- Das Magnetfeld B oder diemagnetische Flussdichte pro Flächeneinheit, wird in Tesla (T) in SI-Einheiten gemessen, während A die Fläche ist, durch die das Feld in m. geht2. Die SI-Einheit des magnetischen Flusses ist der Weber (Wb), wobei Wb = T⋅m2.
Wenn B über die Oberfläche von A nicht gleichförmig ist, lautet die Calculus-Definition = ∫B⋅dA. Diese Oberflächenintegralfunktion bedeutet, dass die Flusswerte durch fast unendlich kleine Abschnitte von A unabhängig bestimmt und zu einem zusammengesetzten Wert summiert werden.
Was ist die Bedeutung des magnetischen Flusses?
Gaußsches Gesetz: Der Nettomagnetfluss durch eine geschlossene Oberfläche ist 0. Dies ist die zweite der Maxwell-Gleichungen und stimmt mit der Vorstellung überein, dass es keine magnetischen Monopole gibt.
Egal wie klein Sie das Volumen wählen, ein Magnetfeld kann immer so beschrieben werden, dass es einen Dipol oder einen winzigen unsichtbaren Stabmagneten enthält. Dies steht im Gegensatz zu elektrischen Feldern, die durch Punktladungen (oder Anordnungen isolierbarer Punktladungen) erzeugt werden.
Faradaysches Gesetz des Elektromagnetismus:Induziertelektromotorische Kraft(EMF) in einer Drahtspule mit N Windungen ist N multipliziert mit der Änderung des Flusses mit der Zeit:
EMK=N\frac{\Updelta \Phi}{\Updelta t}
Der Fluss kann zeitlich geändert werden, indem man B variiert, die Querschnittsfläche A ändert oder den Winkel zwischen B und A durch Drehen der Spule oder Feldquelle ändert.
- EMF hat Spannungseinheiten (Potenzialdifferenz), nicht Kraft. Es wird als "Kraft" bezeichnet, weil Spannung in erster Linie die Bewegung von Ladungen induzierte und Strom erzeugte.
Lenzsches Gesetz:Induzierter elektrischer Strom fließt in eine Richtung, die der Änderung entgegenwirkt, die ihn verursacht hat. Angenommen, Sie haben eine Drahtspule, die nicht an eine Stromquelle angeschlossen ist.
Stellen Sie sich vor, einen Stabmagneten der Länge nach in die Mitte der Spule entlang seiner Achse zu bewegen, als würde man einen Stab genau in die Mitte eines langen Rohres einführen, ohne die Seiten des Rohres zu berühren. Dieses erhöhte Feld in der Spule induziert einen Stromfluss in einer solchen Richtung, dass er ein Magnetfeld erzeugt, das dem Anstieg entgegenwirkt.
Wenn Sie diesen Vorgang nach dem Vertauschen der Südpol- und Nordpolenden des Magneten wiederholen, ist die erzeugte Änderung gleich betragsmäßig und in entgegengesetzter Richtung im Vergleich zum ersten Fall, und der Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung als a Ergebnis.