Elektrika in magnetizem sta tesno povezana, kar vodi do sprejetja izrazaelektromagnetizemza opis povezanih pojavov. Dejansko se je obseg, v katerem je to res, večinoma izmikal znanstvenikom, vse do druge polovice 19. stoletja, ko je James Clerk Maxwell, ki je nadaljeval delo cenjeni fiziki pred njim, ustvarili svoj znameniti sklop štirih diferencialnih enačb, ki povezujejo različne lastnosti magnetnih polj in električna polja.
Razumevanjemagnetni tok, ali črte magnetnega polja, ki gredo skozi določeno geometrijsko ravnino, imenovano avektorsko območjevodi do več pomembnih fizikalnih pojavov, vključno zelektromagnetna indukcijaali generiranje elektromotorne sile (EMF).
Kaj je magnetni tok?
Skupni magnetni tok je v bistvu merilokoliko linij magnetnega polja prehaja skozi določeno površino A- to je merilo jakosti magnetnega polja. Bolj formalno je opredeljeno kot:
\ Phi_B = B \ cdot A = BA \ cos {\ theta}
kjer je θ kot med magnetnim poljem B inpravokotno na Ana opredeljeni regiji.
- Magnetno polje B aligostota magnetnega pretoka na enoto površine, se meri v teslah (T) v enotah SI, medtem ko je A površina, skozi katero gre polje v m2. Enota magnetnega pretoka SI je weber (Wb), kjer je Wb = T⋅m2.
Če B ni enakomeren po površini A, je opredelitev računa, da je Φ = ∫B⋅dA. Ta površinska integralna funkcija pomeni, da se vrednosti pretoka skozi skoraj neskončno majhne dele A določijo neodvisno in seštejejo, da dobijo sestavljeno vrednost.
Kakšen je pomen magnetnega pretoka?
Gaussov zakon: Neto magnetni tok skozi zaprto površino je 0. To je druga Maxwellova enačba in je skladna z mislijo, da magnetnih monopolov ni.
Ne glede na to, kako majhen volumen izberete, lahko magnetno polje vedno opisujemo tako, da vključuje dipol ali majhen neviden magnet. To je v nasprotju z električnimi polji, ki jih ustvarjajo točkovni naboji (ali nizi izoliranih točkovnih nabojev).
Faradayev zakon elektromagnetizma:Induciranoelektromotorna sila(EMF) v tuljavi žice z N zavoji je N pomnoženo s spremembo pretoka s časom:
EMF = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t}
Pretok lahko časovno spremenimo s spreminjanjem B, spreminjanjem površine preseka A ali spreminjanjem kota med B in A z vrtenjem tuljave ali vira polja.
- EMF ima enote napetosti (potencialne razlike) in ne sile. Poimenovali so jo "sila", ker je napetost tista, zaradi katere se najprej premikajo naboji, ki proizvajajo tok.
Lenzov zakon:Inducirani električni tok teče v smeri, ki nasprotuje spremembi, ki jo je povzročila. Recimo, na primer, da imate žično tuljavo, ki ni priključena na noben vir energije.
Predstavljajte si, kako premikate magnet s palico po dolžini na sredino tuljave vzdolž svoje osi, kot da vstavite palico po sredini dolge cevi, ne da bi se dotaknili strani cevi. To povečano polje v tuljavi povzroči tok toka v smeri, ki ustvarja magnetno polje, ki nasprotuje povečanju.
Če ta postopek ponovite po zamenjavi konca magneta južnega in severnega pola, je nastala sprememba enaka po velikosti in nasprotni smeri v primerjavi s prvim primerom, tok pa bo tekel v nasprotno smer kot a rezultat.