Elettricità e magnetismo sono strettamente correlati, portando all'adozione del termineelettromagnetismodescrivere i fenomeni associati. In effetti, la misura in cui questo è vero in gran parte eluso gli scienziati fino alla seconda metà del 1800, quando James Clerk Maxwell, basandosi sul lavoro di stimati fisici prima di lui, produssero la sua famosa serie di quattro equazioni differenziali (di calcolo) che legavano insieme varie proprietà dei campi magnetici e campi elettrici.
Comprensioneflusso magnetico, o le linee del campo magnetico passanti per un piano geometrico definito chiamato aarea vettoriale, porta a diversi importanti fenomeni fisici, tra cuiinduzione elettromagnetica, o la generazione di forza elettromotrice (EMF).
Che cos'è il flusso magnetico?
Il flusso magnetico totale è essenzialmente una misura diquante linee di campo magnetico passano attraverso una data superficie A– cioè una misura della forza del campo magnetico. Più formalmente è definito come:
\Phi_B=B\cdot A=BA\cos{\theta}
dove è l'angolo tra il campo magnetico B ela perpendicolare ad Anella regione definita.
- Il campo magnetico B, o ildensità del flusso magnetico per unità di area, si misura in tesla (T) in unità SI, mentre A è l'area attraversata dal campo in m2. L'unità SI del flusso magnetico è il weber (Wb), dove Wb = T⋅m2.
Se B non è uniforme sulla superficie di A, la definizione di calcolo è che Φ = ∫B⋅dA. Questa funzione integrale di superficie significa che i valori di flusso attraverso porzioni quasi infinitamente piccole di A sono determinati indipendentemente e sommati per ottenere un valore composto.
Qual è il significato del flusso magnetico?
Legge di Gauss: Il flusso magnetico netto attraverso una superficie chiusa è 0. Questa è la seconda delle equazioni di Maxwell, ed è coerente con l'idea che non ci siano monopoli magnetici.
Non importa quanto piccolo sia il volume che scegli, un campo magnetico può sempre essere descritto come incluso un dipolo o un minuscolo magnete a barra invisibile. Ciò contrasta con i campi elettrici, che sono generati da cariche puntiformi (o schiere di cariche puntiformi isolabili).
Legge di Faraday dell'elettromagnetismo:indottoforza elettromotiva(EMF) in una bobina di filo con N spire è N moltiplicato per la variazione del flusso nel tempo:
EMF=N\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}
Il flusso può essere modificato nel tempo variando B, alterando l'area della sezione trasversale A o cambiando l'angolo tra B e A ruotando la bobina o la sorgente di campo.
- EMF ha unità di tensione (differenza di potenziale), non forza. È soprannominata una "forza" perché la tensione è ciò che ha indotto le cariche a muoversi, producendo corrente, in primo luogo.
Legge di Lenz:La corrente elettrica indotta scorre in una direzione che si oppone al cambiamento che l'ha provocata. Ad esempio, supponiamo che tu abbia una bobina di filo non collegata a nessuna fonte di alimentazione.
Immagina di spostare un magnete a barra longitudinalmente al centro della bobina lungo il suo asse, come inserire un'asta proprio nel mezzo di un lungo tubo senza toccare i lati del tubo. Questo campo aumentato nella bobina induce la corrente a fluire in una direzione tale da generare un campo magnetico che si oppone all'aumento.
Se ripeti questa procedura dopo aver scambiato le estremità del polo sud e del polo nord del magnete, la variazione prodotta è uguale in grandezza e direzione opposta rispetto al primo caso, e la corrente scorrerà nella direzione opposta come a risultato.