Elektriciteit en magnetisme zijn nauw met elkaar verbonden, wat leidt tot de goedkeuring van de termelektromagnetismegeassocieerde verschijnselen te beschrijven. De mate waarin dit waar is, ontging wetenschappers grotendeels tot de tweede helft van de jaren 1800, toen James Clerk Maxwell, voortbouwend op het werk van geachte fysici vóór hem, produceerde zijn beroemde set van vier differentiaalvergelijkingen (calculus) die verschillende eigenschappen van magnetische velden en elektrische velden.
Begripmagnetische flux, of de magnetische veldlijnen die door een gedefinieerd geometrisch vlak gaan dat a. wordt genoemdvectorgebied, leidt tot verschillende belangrijke fysieke verschijnselen, waaronder:elektromagnetische inductie, of het genereren van elektromotorische kracht (EMF).
Wat is magnetische flux?
Totale magnetische flux is in wezen een maat voorhoeveel magnetische veldlijnen gaan door een bepaald oppervlak A- dat wil zeggen, een maat voor de sterkte van het magnetische veld. Meer formeel wordt het gedefinieerd als:
\Phi_B=B\cdot A=BA\cos{\theta}
waarbij θ de hoek is tussen het magnetische veld B ende loodlijn op Ain de gedefinieerde regio.
- Het magnetische veld B, of demagnetische fluxdichtheid per oppervlakte-eenheid, wordt gemeten in tesla (T) in SI-eenheden, terwijl A het gebied is waar het veld doorheen gaat in m2. De SI-eenheid van magnetische flux is de weber (Wb), waarbij Wb = T⋅m2.
Als B niet uniform is over het oppervlak van A, is de calculusdefinitie dat Φ = ∫B⋅dA. Deze oppervlakte-integraalfunctie betekent dat de fluxwaarden door bijna oneindig kleine delen van A onafhankelijk worden bepaald en bij elkaar worden opgeteld om een samengestelde waarde te krijgen.
Wat is de betekenis van magnetische flux?
Wet van Gauss: De netto magnetische flux door een gesloten oppervlak is 0. Dit is de tweede van Maxwells vergelijkingen, en het is consistent met het idee dat er geen magnetische monopolen zijn.
Ongeacht het kleine volume dat u kiest, een magnetisch veld kan altijd worden omschreven als een dipool of een kleine onzichtbare staafmagneet. Dit in tegenstelling tot elektrische velden, die worden opgewekt door puntladingen (of reeksen van geïsoleerde puntladingen).
De wet van het elektromagnetisme van Faraday:geïnduceerdelektromotorische kracht(EMF) in een draadspoel met N windingen is N vermenigvuldigd met de verandering in flux in de tijd:
EMF=N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}
Flux kan in de tijd worden veranderd door B te variëren, het dwarsdoorsnede-oppervlak A te veranderen of de hoek tussen B en A te veranderen door de spoel of veldbron te draaien.
- EMF heeft eenheden van spanning (potentiaalverschil), geen kracht. Het wordt een "kracht" genoemd, omdat spanning ervoor zorgt dat ladingen bewegen en in de eerste plaats stroom produceren.
Wet van Lenz:Geïnduceerde elektrische stroom vloeit in een richting die de verandering die de stroom veroorzaakte tegenwerkt. Stel bijvoorbeeld dat u een draadspoel heeft die niet is aangesloten op een stroombron.
Stel je voor dat je een staafmagneet in de lengterichting in het midden van de spoel langs zijn as beweegt, alsof je een staaf in het midden van een lange buis steekt zonder de zijkanten van de buis aan te raken. Dit toegenomen veld in de spoel induceert stroom om in een zodanige richting te stromen dat het een magnetisch veld genereert dat de toename tegengaat.
Als u deze procedure herhaalt nadat u de zuidpool- en noordpooluiteinden van de magneet hebt verwisseld, is de geproduceerde verandering gelijk in grootte en tegengestelde richting vergeleken met het eerste geval, en de stroom zal in de tegenovergestelde richting vloeien als a resultaat.