חשמל ומגנטיות קשורים זה לזה בצורה מורכבת, מה שמוביל לאימוץ המונחאלקטרומגנטיותלתאר תופעות הקשורות. למעשה, עד כמה זה נכון התחמק מדענים במידה רבה עד למחצית השנייה של המאה ה -19, כאשר ג'יימס פקיד מקסוול, שבנה על עבודתו של פיזיקאים מוערכים לפניו, ייצרו את קבוצה המפורסמת שלו של ארבע משוואות דיפרנציאל (חשבון) שקושרו מאפיינים שונים של שדות מגנטיים ו שדות חשמליים.
הֲבָנָהשטף מגנטי, או קווי השדה המגנטי העוברים במישור גיאומטרי מוגדר הנקרא aאזור וקטורי, מוביל למספר תופעות פיזיקליות חשובות, כוללהשראות אלקטרומגנטית, או ייצור כוח אלקטרומוטיבי (EMF).
מהו שטף מגנטי?
השטף המגנטי הכולל הוא למעשה מדדכמה קווי שדה מגנטי עוברים בשטח נתון Aכלומר מדד לחוזק השדה המגנטי. באופן רשמי יותר הוא מוגדר כ:
\ Phi_B = B \ cdot A = BA \ cos {\ theta}
כאשר θ היא הזווית בין השדה המגנטי B ו-בניצב ל- Aבאזור המוגדר.
- השדה המגנטי B, אוצפיפות השטף המגנטי ליחידת שטח, נמדדת בטסלה (T) ביחידות SI, בעוד ש- A הוא השטח שעובר השדה ב- m2. יחידת ה- SI של השטף המגנטי היא הוובר (Wb), כאשר Wb = T⋅m2.
אם B אינו אחיד על פני השטח של A, הגדרת החשבון היא ש- ∫ = ∫B⋅dA. פונקציה אינטגרלית של פני השטח פירושה שערכי השטף דרך חלקים קטנים של A כמעט לאין ערוך נקבעים באופן עצמאי ומסוכמים יחד כדי לקבל ערך מורכב.
מה המשמעות של השטף המגנטי?
חוק גאוס: השטף המגנטי נטו דרך משטח סגור הוא 0. זוהי המשוואה השנייה של מקסוול, והיא עולה בקנה אחד עם הרעיון שאין מונופולים מגנטיים.
לא משנה כמה נפח קטן תבחרו, תמיד ניתן לתאר שדה מגנטי כולל דיפול, או מגנט בר זעיר בלתי נראה. זה מנוגד לשדות חשמליים, שנוצרים על ידי מטעני נקודה (או מערכים של מטעני נקודה הניתנים לבידוד).
חוק האלקטרומגנטיות של פאראדיי:מושרהכוח אלקטרומוטיבי(EMF) בסליל חוט עם N סיבובים הוא N מוכפל בשינוי שטף עם הזמן:
EMF = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t}
ניתן לשנות את השטף בזמן על ידי שינוי B, שינוי שטח החתך A או שינוי הזווית בין B ו- A על ידי סיבוב הסליל או מקור השדה.
- ל- EMF יש יחידות מתח (הפרש פוטנציאלי), ולא כוח. זה נקרא "כוח" מכיוון שמתח הוא מה שגרם למטענים לנוע, לייצר זרם, מלכתחילה.
החוק של לנץ:זרם חשמלי המושרה זורם לכיוון המתנגד לשינוי שגרם לו. לדוגמה, נניח שיש לך סליל חוט שאינו מחובר למקור חשמל כלשהו.
דמיין שאתה מזיז מגנט מוט לאורך באמצע הסליל לאורך צירו, כמו הכנסת מוט ממש באמצע צינור ארוך מבלי לגעת בדפנות הצינור. שדה מוגבר זה בסליל גורם לזרם לזרום בכיוון כזה שיוצר שדה מגנטי המתנגד לעלייה.
אם תחזור על הליך זה לאחר החלפת הקוטב הדרומי וקצות הקוטב הצפוני של המגנט, השינוי המיוצר שווה בעוצמה ובהפך בכיוון בהשוואה למקרה הראשון, והזרם יזרום בכיוון ההפוך כ- תוֹצָאָה.
