Relación de flujo y flujo magnético

Se sabe por experiencia que cerca de imanes permanentes, así como cerca de conductores portadores de corriente, se pueden observar efectos físicos, como impacto mecánico en otros imanes o conductores portadores de corriente, así como la aparición de EMF en conductores que se mueven en un lugar determinado. espacio.

El estado inusual del espacio cerca de los imanes y los conductores que transportan corriente se denomina campo magnético, cuyas características cuantitativas se determinan fácilmente por estos fenómenos: por la fuerza de la acción mecánica o por la inducción electromagnética, de hecho, por la magnitud inducida en un conductor en movimiento campos electromagnéticos.

El fenómeno de conducción de EMF en el conductor (fenómeno de la inducción electromagnética) ocurre bajo diferentes condiciones. Puede mover un cable a través de un campo magnético uniforme o simplemente cambiar el campo magnético cerca de un cable estacionario. En cualquier caso, el cambio en el campo magnético en el espacio inducirá una FEM en el conductor.

En la figura se muestra un dispositivo experimental simple para investigar este fenómeno. Aquí el anillo conductor (cobre) está conectado con sus propios cables con un galvanómetro balístico, por la desviación de la flecha, por lo que será posible estimar la cantidad de carga eléctrica que pasa por este circuito simple. Primero, centre el anillo en algún punto del espacio cerca del imán (posición a), luego mueva el anillo bruscamente (a la posición b). El galvanómetro mostrará el valor de la carga que pasa por el circuito, Q.

Ahora colocamos el anillo en otro punto, un poco más alejado del imán (a la posición c), y nuevamente, con la misma velocidad, lo movemos bruscamente hacia un lado (a la posición d). La desviación de la aguja del galvanómetro será menor que en el primer intento. Y si aumentamos la resistencia del bucle R, por ejemplo, reemplazando el cobre con tungsteno, y luego moviendo el anillo de la misma manera, notaremos que el galvanómetro mostrará una carga aún más pequeña, pero el valor de esta carga moviéndose a través del galvanómetro en cualquier caso será inversamente proporcional a la resistencia del bucle.

El experimento demuestra claramente que el espacio alrededor del imán en cualquier punto tiene alguna propiedad, algo que afecta directamente la cantidad de carga que pasa a través del galvanómetro cuando alejamos el anillo del imán. Llamémoslo algo parecido a un imán, flujo magnético, y denotamos su valor cuantitativo con la letra F. Tenga en cuenta la dependencia revelada de Ф ~ Q * R y Q ~ Ф / R.

Compliquemos el experimento. Fijaremos el bucle de cobre en un punto determinado frente al imán, junto a él (en la posición d), pero ahora cambiaremos el área del bucle (superponiendo parte de él con un cable). Las lecturas del galvanómetro serán proporcionales al cambio en el área del anillo (en la posición e).

Por tanto, el flujo magnético F de nuestro imán que actúa sobre la espira es proporcional al área de la espira. Pero la inducción magnética B, relacionada con la posición del anillo con respecto al imán, pero independiente de los parámetros del anillo, determina la propiedad del campo magnético en cualquier punto considerado en el espacio cercano al imán.

Continuando con los experimentos con un anillo de cobre, ahora cambiaremos la posición del plano del anillo en relación con el imán en el momento inicial (posición g) y luego lo rotaremos a una posición a lo largo del eje del imán (posición h).

Tenga en cuenta que cuanto mayor sea el cambio en el ángulo entre el anillo y el imán, más carga Q fluye a través del circuito a través del galvanómetro Esto significa que el flujo magnético a través del anillo es proporcional al coseno del ángulo entre el imán y la normal al plano del anillo.

Así, podemos concluir que inducción magnética B — existe una cantidad vectorial cuya dirección en un punto dado coincide con la dirección de la normal al plano del anillo en esa posición cuando, cuando el anillo se aleja bruscamente del imán, la carga Q pasa a lo largo del circuito es máximo.

En lugar de un imán en el experimento puedes usar bobina de un electroimán, mueva esta bobina o cambie la corriente en ella, aumentando o disminuyendo así el campo magnético que penetra en el bucle experimental.

El área penetrada por el campo magnético no puede estar necesariamente delimitada por una curva circular, en principio puede ser cualquier superficie, cuyo flujo magnético se determina por integración:

Resulta que flujo magnético F Si el flujo del vector de inducción magnética B a través de la superficie S.Y la inducción magnética B es la densidad de flujo magnético F en un punto dado del campo. El flujo magnético Ф se mide en unidades de «Weber» — Wb. La inducción magnética B se mide en unidades de Tesla — Tesla.

Si todo el espacio alrededor de un imán permanente o una bobina portadora de corriente se examina de manera similar, por medio de una bobina de galvanómetro, entonces es posible construir en este espacio un número infinito de las llamadas "líneas magnéticas": lineas vectoriales inducción magnética B — cuya dirección de las tangentes en cada punto corresponderá a la dirección del vector de inducción magnética B en estos puntos del espacio estudiado.

Al dividir el espacio del campo magnético por tubos imaginarios con una sección transversal unitaria S = 1, se puede obtener el llamado. Tubos magnéticos simples cuyos ejes se denominan líneas magnéticas simples. Con este enfoque, puede representar visualmente una imagen cuantitativa del campo magnético y, en este caso, el flujo magnético será igual al número de líneas que pasan a través de la superficie seleccionada.

Las líneas magnéticas son continuas, salen del Polo Norte y entran necesariamente en el Polo Sur, por lo que el flujo magnético total a través de cualquier superficie cerrada es cero. Matemáticamente se ve así:

Considere un campo magnético limitado por la superficie de una bobina cilíndrica. De hecho, es un flujo magnético que penetra en la superficie formada por las vueltas de esta bobina. En este caso, la superficie total se puede dividir en superficies separadas para cada una de las vueltas de la bobina. La figura muestra que las superficies de las espiras superior e inferior de la bobina están perforadas por cuatro líneas magnéticas simples, y las superficies de las espiras en el medio de la bobina están perforadas por ocho.

Para encontrar el valor del flujo magnético total a través de todas las vueltas de la bobina, es necesario sumar los flujos magnéticos que penetran las superficies de cada una de sus vueltas, es decir, los flujos magnéticos asociados con las vueltas individuales de la bobina:

Ф = Ф1 + Ф2 + Ф3 + Ф4 + Ф5 + Ф6 + Ф7 + Ф8 si hay 8 vueltas en la bobina.

Para el ejemplo de devanado simétrico que se muestra en la figura anterior:

F giros superiores = 4 + 4 + 6 + 8 = 22;

F vueltas más bajas = 4 + 4 + 6 + 8 = 22.

Ф total = Ф giros superiores + Ф giros inferiores = 44.

Aquí es donde se introduce el concepto de "conexión de flujo". Conexión de transmisión El flujo magnético total asociado con todas las vueltas de la bobina, numéricamente igual a la suma de los flujos magnéticos asociados con sus vueltas individuales:

Фm es el flujo magnético creado por la corriente a través de una revolución de la bobina; wэ — número efectivo de vueltas en la bobina;

El enlace de flujo es un valor virtual porque en realidad no hay una suma de flujos magnéticos individuales, pero hay un flujo magnético total. Sin embargo, cuando se desconoce la distribución real del flujo magnético sobre las vueltas de la bobina, pero se conoce la relación de flujo, entonces la bobina se puede reemplazar por una equivalente calculando el número de vueltas idénticas equivalentes requeridas para obtener la cantidad requerida. de flujo magnético.