Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός συνδέονται πολύπλοκα, οδηγώντας στην υιοθέτηση του όρουηλεκτρομαγνητισμόςγια να περιγράψουμε τα σχετικά φαινόμενα. Στην πραγματικότητα, ο βαθμός στον οποίο αυτό ισχύει σε μεγάλο βαθμό αποφεύγει τους επιστήμονες μέχρι το δεύτερο μισό του 1800, όταν ο James Clerk Maxwell, βασίστηκε στο έργο του σημαντικοί φυσικοί πριν από αυτόν, παρήγαγαν το διάσημο σύνολο τεσσάρων διαφορικών εξισώσεων (λογισμός) που συνδέουν διάφορες ιδιότητες μαγνητικών πεδίων και ηλεκτρικά πεδία.
Κατανόησημαγνητική ροή, ή οι γραμμές μαγνητικού πεδίου που διέρχονται από ένα καθορισμένο γεωμετρικό επίπεδο που ονομάζεται aδιάνυσμα περιοχή, οδηγεί σε πολλά σημαντικά φυσικά φαινόμενα, όπωςηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ή τη δημιουργία ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF).
Τι είναι η μαγνητική ροή;
Η ολική μαγνητική ροή είναι ουσιαστικά ένα μέτροπόσες γραμμές μαγνητικού πεδίου διέρχονται από μια δεδομένη επιφάνεια Α- δηλαδή, ένα μέτρο της αντοχής του μαγνητικού πεδίου. Πιο τυπικά ορίζεται ως:
\ Phi_B = B \ cdot A = BA \ cos {\ theta}
όπου θ είναι η γωνία μεταξύ του μαγνητικού πεδίου B καιτο κάθετο στο Αστην καθορισμένη περιοχή.
- Το μαγνητικό πεδίο Β, ή τοπυκνότητα μαγνητικής ροής ανά μονάδα επιφάνειας, μετράται σε tesla (T) σε μονάδες SI, ενώ το Α είναι η περιοχή που περνάει το πεδίο σε m2. Η μονάδα SI της μαγνητικής ροής είναι το weber (Wb), όπου Wb = T⋅m2.
Εάν το Β δεν είναι ομοιόμορφο σε όλη την επιφάνεια του Α, ο ορισμός του λογισμού είναι ότι Φ = ∫B⋅dA. Αυτή η συνάρτηση ολοκλήρωσης επιφάνειας σημαίνει ότι οι τιμές ροής μέσω σχεδόν απείρως μικρών τμημάτων του Α προσδιορίζονται ανεξάρτητα και αθροίζονται μαζί για να πάρουν μια σύνθετη τιμή.
Ποια είναι η σημασία της μαγνητικής ροής;
Ο νόμος του Γκαους: Η καθαρή μαγνητική ροή μέσω κλειστής επιφάνειας είναι 0. Αυτή είναι η δεύτερη από τις εξισώσεις του Maxwell και είναι σύμφωνη με την ιδέα ότι δεν υπάρχουν μαγνητικά μονοπόλια.
Ανεξάρτητα από το πόσο μικρός είναι ένας όγκος που επιλέγετε, ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί πάντα να περιγραφεί ότι περιλαμβάνει ένα δίπολο ή έναν μικρό αόρατο μαγνήτη ράβδου. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά πεδία, τα οποία δημιουργούνται από σημειακά φορτία (ή συστοιχίες απομονωμένων σημείων φόρτισης).
Ο νόμος του ηλεκτρομαγνητισμού του Faraday:Προκάλεσεηλεκτροκινητική δύναμη(EMF) σε ένα πηνίο καλωδίου με στροφές Ν πολλαπλασιάζεται με την αλλαγή της ροής με το χρόνο:
EMF = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t}
Η ροή μπορεί να αλλάξει στο χρόνο μεταβάλλοντας το Β, αλλάζοντας την περιοχή διατομής Α ή αλλάζοντας τη γωνία μεταξύ Β και Α περιστρέφοντας το πηνίο ή την πηγή πεδίου.
- Το EMF έχει μονάδες τάσης (πιθανή διαφορά), όχι δύναμη. Ονομάζεται «δύναμη» επειδή η τάση είναι αυτό που προκάλεσε την κίνηση φορτίων, παράγοντας ρεύμα, στην πρώτη θέση.
Ο νόμος του Lenz:Το επαγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα ρέει προς μια κατεύθυνση που αντιτίθεται στην αλλαγή που το προκάλεσε. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι έχετε πηνίο σύρματος που δεν είναι συνδεδεμένο σε καμία πηγή τροφοδοσίας.
Φανταστείτε να μετακινείτε έναν μαγνήτη ράβδου κατά μήκος στη μέση του πηνίου κατά μήκος του άξονα του, σαν να εισάγετε μια ράβδο κάτω από τη μέση ενός μεγάλου σωλήνα χωρίς να αγγίζετε τις πλευρές του σωλήνα. Αυτό το αυξημένο πεδίο στο πηνίο προκαλεί το ρεύμα να ρέει προς μια κατεύθυνση έτσι ώστε να παράγει μαγνητικό πεδίο που αντιτίθεται στην αύξηση.
Εάν επαναλάβετε αυτήν τη διαδικασία αφού αλλάξετε τα άκρα του νότιου πόλου και του βόρειου πόλου του μαγνήτη, η παραγόμενη αλλαγή είναι ίση σε μέγεθος και αντίθετο προς την κατεύθυνση σε σύγκριση με την πρώτη περίπτωση, και το ρεύμα θα ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση ως α αποτέλεσμα.
