Elektryczność i magnetyzm są misternie powiązane, co prowadzi do przyjęcia tego terminuelektromagnetyzmopisać związane z tym zjawiska. W rzeczywistości zakres, w jakim jest to prawdą, w dużej mierze umykał naukowcom aż do drugiej połowy XIX wieku, kiedy James Clerk Maxwell, opierając się na pracy szanowani wcześniej fizycy, stworzyli swój słynny zestaw czterech równań różniczkowych (rachunków różniczkowych) wiążących różne właściwości pól magnetycznych i pola elektryczne.
Zrozumieniestrumień magnetycznylub linie pola magnetycznego przechodzące przez określoną płaszczyznę geometryczną zwaną aobszar wektorowy, prowadzi do kilku ważnych zjawisk fizycznych, w tymIndukcja elektromagnetycznalub generowanie siły elektromotorycznej (EMF).
Co to jest strumień magnetyczny?
Całkowity strumień magnetyczny jest zasadniczo miarąile linii pola magnetycznego przechodzi przez daną powierzchnię A– czyli miara natężenia pola magnetycznego. Bardziej formalnie jest to zdefiniowane jako:
\Phi_B=B\cdot A=BA\cos{\theta}
gdzie θ jest kątem między polem magnetycznym B iprostopadła do Aw określonym regionie.
- Pole magnetyczne B lubgęstość strumienia magnetycznego na jednostkę powierzchni, jest mierzony w teslach (T) w jednostkach SI, podczas gdy A jest obszarem, przez który przechodzi pole w m2. Jednostką strumienia magnetycznego w układzie SI jest weber (Wb), gdzie Wb = T⋅m2.
Jeśli B nie jest jednorodne na powierzchni A, definicja rachunku różniczkowego jest taka, że Φ = ∫B⋅dA. Ta funkcja całkowania powierzchniowego oznacza, że wartości strumienia przez prawie nieskończenie małe części A są określane niezależnie i sumowane w celu uzyskania wartości złożonej.
Jakie jest znaczenie strumienia magnetycznego?
Prawo Gaussa: Strumień magnetyczny netto przez zamkniętą powierzchnię jest 0. Jest to drugie z równań Maxwella i jest zgodne z ideą, że nie ma monopoli magnetycznych.
Bez względu na to, jak małą objętość wybierzesz, pole magnetyczne zawsze można opisać jako zawierające dipol lub mały niewidzialny magnes sztabkowy. Kontrastuje to z polami elektrycznymi, które są generowane przez ładunki punktowe (lub tablice izolowalnych ładunków punktowych).
Prawo elektromagnetyzmu Faradaya:Wywołanysiła elektromotoryczna(EMF) w cewce drutu o N zwojach to N pomnożone przez zmianę strumienia w czasie:
EMF=N\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}
Strumień można zmieniać w czasie, zmieniając B, zmieniając pole przekroju poprzecznego A lub zmieniając kąt między B i A, obracając cewkę lub źródło pola.
- EMF ma jednostki napięcia (różnica potencjałów), a nie siły. Nazywa się to „siłą”, ponieważ napięcie jest tym, co indukuje ładunki do poruszania się, wytwarzając przede wszystkim prąd.
Prawo Lenza:Indukowany prąd elektryczny płynie w kierunku przeciwnym do zmiany, która go spowodowała. Załóżmy na przykład, że masz cewkę drutu niepodłączoną do żadnego źródła zasilania.
Wyobraź sobie przesuwanie magnesu sztabkowego wzdłużnie do środka cewki wzdłuż jego osi, jak włożenie pręta w sam środek długiej rurki bez dotykania boków rurki. To zwiększone pole w cewce indukuje przepływ prądu w takim kierunku, że generuje pole magnetyczne przeciwne wzrostowi.
Jeśli powtórzysz tę procedurę po zamianie końcówek bieguna południowego i bieguna północnego magnesu, uzyskana zmiana będzie równa pod względem wielkości i w przeciwnym kierunku w porównaniu z pierwszym przypadkiem, a prąd popłynie w przeciwnym kierunku jako a wynik.
