Elektrina a magnetizmus sú zložito spojené, čo vedie k prijatiu tohto termínuelektromagnetizmuspopísať súvisiace javy. Rozsah, v akom je to pravda, sa vedcom do značnej miery vyhýbal až do druhej polovice 19. storočia, keď James Clerk Maxwell, nadväzujúci na prácu vážení fyzici pred ním, vytvorili slávnu sadu štyroch diferenciálnych (kalkulárnych) rovníc spájajúcich rôzne vlastnosti magnetických polí a elektrické polia.
Porozumeniemagnetický tok, alebo čiary magnetického poľa prechádzajúce definovanou geometrickou rovinou nazývanou avektorová oblasť, vedie k niekoľkým dôležitým fyzikálnym javom, vrátaneelektromagnetická indukciaalebo generovanie elektromotorickej sily (EMF).
Čo je magnetický tok?
Celkový magnetický tok je v podstate mieroukoľko siločiar magnetického poľa prechádza danou povrchovou plochou A- teda miera sily magnetického poľa. Formálnejšie je to definované ako:
\ Phi_B = B \ cdot A = BA \ cos {\ theta}
kde θ je uhol medzi magnetickým poľom B akolmo na Av definovanom regióne.
- Magnetické pole B alebohustota magnetického toku na jednotku plochy, sa meria v tesle (T) v jednotkách SI, zatiaľ čo A je oblasť, ktorou pole prechádza v m2. Jednotkou SI magnetického toku je weber (Wb), kde Wb = T⋅m2.
Ak B nie je rovnomerné na povrchu A, definícia kalkulu je Φ = ∫B⋅dA. Táto povrchová integrálna funkcia znamená, že hodnoty toku cez takmer nekonečne malé časti A sa určujú nezávisle a sčítajú sa spolu, aby sa získala zložená hodnota.
Aký je význam magnetického toku?
Gaussov zákon: Čistý magnetický tok cez uzavretý povrch je 0. Toto je druhá z Maxwellových rovníc a je v súlade s myšlienkou, že neexistujú žiadne magnetické monopoly.
Bez ohľadu na to, aký malý objem si vyberiete, magnetické pole možno vždy označiť ako zahŕňajúce dipól alebo malý neviditeľný tyčový magnet. To kontrastuje s elektrickými poľami, ktoré sú generované bodovými nábojmi (alebo poľami izolovateľných bodových nábojov).
Faradayov zákon elektromagnetizmu:Vyvolanéelektromotorická sila(EMF) v cievke drôtu s N závitmi je N vynásobený zmenou toku v čase:
EMF = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t}
Tok je možné meniť v čase zmenou B, zmenou plochy prierezu A alebo zmenou uhla medzi B a A otáčaním zdroja cievky alebo poľa.
- EMF má jednotky napätia (potenciálny rozdiel), nie silu. Nazýva sa to „sila“, pretože na prvom mieste je napätie, ktoré indukuje pohyb nábojov produkujúcich prúd.
Lenzov zákon:Indukovaný elektrický prúd prúdi v smere, ktorý je proti zmene, ktorá ho spôsobila. Povedzme napríklad, že máte drôtovú cievku, ktorá nie je pripojená k žiadnemu zdroju napájania.
Predstavte si, že pohybujete tyčovým magnetom pozdĺžne do stredu cievky pozdĺž svojej osi, ako keby ste vložili tyč priamo do stredu dlhej trubice bez toho, aby ste sa dotkli jej strán. Toto zvýšené pole v cievke indukuje tok prúdu v takom smere, že vytvára magnetické pole proti zvýšeniu.
Ak tento postup zopakujete po výmene koncov magnetu k južnému a severnému pólu, vytvorená zmena je rovnaká v rozsahu a opačnom smere v porovnaní s prvým prípadom a prúd bude prúdiť v opačnom smere ako a výsledok.
