Flux magnetic - Magnetic flux

Articole despre
Electromagnetismul
Electricitate Magnetism Istorie Manuale
Electrostatică Incarcare electrica Legea lui Coulomb Conductor Densitatea încărcării Permitivitate Moment dipol electric Câmp electric Potential electric Flux electric  / energie potențială Descarcare electrostatica Legea lui Gauss Inducţie Izolator Densitatea de polarizare Electricitate statica Triboelectricitate
Magnetostatice Legea lui Ampère Legea Biot – Savart Legea lui Gauss pentru magnetism Camp magnetic Flux magnetic Moment dipol magnetic Permeabilitate magnetică Potențial scalar magnetic Magnetizare Forța magnetomotorie Potențial magnetic magnetic Regula mâinii drepte
Electrodinamică Legea forței Lorentz Inductie electromagnetica Legea lui Faraday Legea lui Lenz Curent de deplasare Ecuațiile lui Maxwell Câmp electromagnetic Pulsul electromagnetic Radiatie electromagnetica Tensorul Maxwell Vector Poynting Potențialul Liénard – Wiechert Ecuațiile lui Jefimenko Curent turbionar Ecuațiile de la Londra Descrieri matematice ale câmpului electromagnetic
Rețea electrică Curent alternativ Capacitate Curent continuu Curent electric Electroliză Densitatea curentă Încălzire Joule Forta electromotoare Impedanță Inductanţă Legea lui Ohm Circuit paralel Rezistenţă Cavități rezonante Circuit în serie Voltaj Ghiduri de undă
Formulare Covariantă Tensor electromagnetic ( tensor tensiune-energie ) Patru curent Cu patru potențiale electromagnetice
Oamenii de știință Amper Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Heaviside Henry Hertz Joule Lenz Lorentz Maxwell Ørsted Ohm Ritchie Savart Cântăreaţă Tesla Volta Weber
v t e

În fizică , în special electromagnetismul , fluxul magnetic printr-o suprafață este integralul de suprafață al componentei normale a câmpului magnetic B peste acea suprafață. Acesta este de obicei notată Φ sau Φ _B . SI Unitatea de flux magnetic este Weber (Wb, în unități derivate, volt-secunde), iar CGS unitatea este Maxwell . Fluxul magnetic este de obicei măsurat cu un fluxmetru, care conține bobine de măsurare și electronice , care evaluează schimbarea de tensiune în bobinele de măsurare pentru a calcula măsurarea fluxului magnetic.

Descriere

Fluxul magnetic printr-o suprafață - atunci când câmpul magnetic este variabil - se bazează pe împărțirea suprafeței în elemente de suprafață mici, peste care câmpul magnetic poate fi considerat constant local. Fluxul total este apoi o însumare formală a acestor elemente de suprafață (a se vedea integrarea suprafeței ).

Fiecare punct de pe o suprafață este asociat cu o direcție, numită suprafață normală ; fluxul magnetic printr-un punct este apoi componenta câmpului magnetic de-a lungul acestei direcții.

Interacțiunea magnetică este descrisă în termeni de câmp vectorial , în care fiecare punct din spațiu este asociat cu un vector care determină ce forță ar experimenta o sarcină în mișcare în acel punct (a se vedea forța Lorentz ). Deoarece un câmp vector este destul de dificil de vizualizat la început, în fizica elementară se poate vizualiza acest câmp cu linii de câmp . Fluxul magnetic printr-o anumită suprafață, în această imagine simplificată, este proporțional cu numărul de linii de câmp care trec prin acea suprafață (în unele contexte, fluxul poate fi definit ca fiind exact numărul de linii de câmp care trec prin acea suprafață; deși este înșelător din punct de vedere tehnic , această distincție nu este importantă). Fluxul magnetic este numărul net de linii de câmp care trec prin acea suprafață; adică numărul care trece într-o direcție minus numărul care trece în cealaltă direcție (vezi mai jos pentru a decide în ce direcție liniile câmpului poartă un semn pozitiv și în care poartă un semn negativ). În fizica mai avansată, analogia liniei de câmp este abandonată și fluxul magnetic este definit în mod corespunzător ca integrala de suprafață a componentei normale a câmpului magnetic care trece printr-o suprafață. Dacă câmpul magnetic este constant, fluxul magnetic care trece printr-o suprafață a zonei vectoriale S este

${\ displaystyle \ Phi _ {B} = \ mathbf {B} \ cdot \ mathbf {S} = BS \ cos \ theta,}$

unde B este magnitudinea câmpului magnetic (densitatea fluxului magnetic) având unitatea de Wb / m ² ( tesla ), S este aria suprafeței și θ este unghiul dintre liniile câmpului magnetic și normal (perpendicular ) la S . Pentru un câmp magnetic variabil, considerăm mai întâi fluxul magnetic printr-un element de zonă infinitesimală d S , unde putem considera câmpul constant:

${\ displaystyle d \ Phi _ {B} = \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {S}.}$

O suprafață generică, S , poate fi apoi divizată în elemente infinitezimale, iar fluxul magnetic total prin suprafață este apoi integralul suprafeței

${\ displaystyle \ Phi _ {B} = \ iint _ {S} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {S}.}$

Din definiția potențialului magnetic magnetic A și din teorema fundamentală a buclei , fluxul magnetic poate fi definit și ca:

${\ displaystyle \ Phi _ {B} = \ oint _ {\ partial S} \ mathbf {A} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}},}$

unde integralei linia este preluată limita suprafeței S , care este notată ∂ S .

Flux magnetic printr-o suprafață închisă

Câteva exemple de suprafețe închise (stânga) și suprafețe deschise (dreapta). Stânga: Suprafața unei sfere, suprafața unui tor , suprafața unui cub. Dreapta: Suprafața discului , suprafața pătrată, suprafața unei emisfere. (Suprafața este albastră, limita este roșie.)

Legea lui Gauss pentru magnetism , care este una dintre cele patru ecuații ale lui Maxwell , afirmă că fluxul magnetic total printr-o suprafață închisă este egal cu zero. (O „suprafață închisă” este o suprafață care cuprinde complet un volum (volume) fără găuri.) Această lege este o consecință a observației empirice că monopolurile magnetice nu au fost găsite niciodată.

Cu alte cuvinte, legea lui Gauss pentru magnetism este afirmația:

${\ displaystyle \ Phi _ {B} = \, \!}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle S}$ ${\ displaystyle \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {S} = 0}$

pentru orice suprafață închisă S .

Flux magnetic printr-o suprafață deschisă

Pentru o suprafață deschisă Σ, forța electromotivă de -a lungul limitei suprafeței, ∂Σ, este o combinație a mișcării limitei, cu viteza v , printr-un câmp magnetic B (ilustrat de câmpul F generic din diagramă) și câmpul electric indus cauzată de schimbarea câmpului magnetic.

În timp ce fluxul magnetic printr-o suprafață închisă este întotdeauna zero, fluxul magnetic printr-o suprafață deschisă nu trebuie să fie zero și este o cantitate importantă în electromagnetism.

Atunci când se determină fluxul magnetic total printr-o suprafață, trebuie definită doar limita suprafeței, forma reală a suprafeței este irelevantă și integralul asupra oricărei suprafețe care are aceeași limită va fi egal. Aceasta este o consecință directă a fluxului de suprafață închis fiind zero.

Schimbarea fluxului magnetic

De exemplu, o modificare a fluxului magnetic care trece printr-o buclă de sârmă conductivă va provoca o forță electromotivă și, prin urmare, un curent electric, în buclă. Relația este dată de legea lui Faraday :

${\ displaystyle {\ mathcal {E}} = \ oint _ {\ partial \ Sigma} \ left (\ mathbf {E} + \ mathbf {v \ times B} \ right) \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell} } = - {d \ Phi _ {B} \ peste dt},}$

Unde

${\ displaystyle {\ mathcal {E}}}$este forța electromotivă ( CEM ),

Φ _B este fluxul magnetic prin suprafața deschisă Σ,

∂Σ este limita suprafeței deschise Σ; suprafața, în general, poate fi în mișcare și deformare, și așa este în general o funcție a timpului. Forța electromotivă este indusă de-a lungul acestei limite.

d ℓ este un element vector infinitesimal al conturului ∂Σ,

v este viteza limitei ∂Σ,

E este câmpul electric ,

B este câmpul magnetic .

Cele două ecuații pentru EMF sunt, în primul rând, lucrarea pe unitate de sarcină efectuată împotriva forței Lorentz în deplasarea unei sarcini de test în jurul limitei suprafeței (posibil în mișcare) ∂Σ și, în al doilea rând, ca schimbare a fluxului magnetic prin suprafața deschisă Σ . Această ecuație este principiul din spatele unui generator electric .

Zona definită de o bobină electrică cu trei spire.

Comparație cu fluxul electric

Prin contrast, legea lui Gauss pentru câmpurile electrice, o altă dintre ecuațiile lui Maxwell , este

${\ displaystyle \ Phi _ {E} = \, \!}$ ${\ displaystyle \ scriptstyle S}$ ${\ displaystyle \ mathbf {E} \ cdot d \ mathbf {S} = {\ frac {Q} {\ varepsilon _ {0}}} \, \!}$

Unde

E este câmpul electric ,

S este orice suprafață închisă ,

Q este sarcina electrică totală în interiorul suprafeței S ,

ε ₀ este constanta electrică (o constantă universală, numită și „ permitivitatea spațiului liber”).

Fluxul de E printr - o suprafață închisă este nu întotdeauna zero; aceasta indică prezența „monopolurilor electrice”, adică a unor sarcini pozitive sau negative libere .

Parte dintr-o serie pe
Circuite magnetice
Modele
Modelul rezistență-reticență Modelul Gyrator – condensator
Variabile
Forța magnetomotorie ${\ displaystyle {\ mathcal {F}}}$ Flux magnetic ${\ displaystyle \ Phi}$
Elemente
Permeabilitate Reticența magnetică ${\ displaystyle {\ mathcal {R}}}$ Impedanță magnetică ${\ displaystyle Z _ {\ mathrm {M}}}$ Inductanța magnetică ${\ displaystyle L _ {\ mathrm {M}}}$
Portalul de fizică
v t e

Vezi si

• Circuitul magnetic este o cale închisă în care curge fluxul magnetic
• Cuanticul fluxului magnetic este cuanticul fluxului magnetic care trece printr-un supraconductor
• Flux linkage , o extensie a conceptului de flux magnetic.

Referințe

Articole externe

• Medii legate de fluxul magnetic la Wikimedia Commons
• US 6720855 , Vicci, „Conducte cu flux magnetic”, emis în 2003 
• Flux magnetic printr-o buclă de sârmă de Ernest Lee, Wolfram Demonstrations Project .
• Conversie Flux magnetic Φ în nWb per metru lățime a pistei până la nivelul fluxului în dB - Nivele de operare a benzii și nivelurile de aliniere a benzii
• wikt: flux magnetic