ฟลักซ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออะไร? มันน่าสนใจที่จะรู้

กฎมือขวาหรือสว่าน:

ทิศทางของสายไฟ สนามแม่เหล็กและทิศทางของการสร้างกระแสนั้นเชื่อมโยงกันด้วยกฎมือขวาหรือลูกเล่นที่รู้จักกันดีซึ่ง D. Maxwell แนะนำและแสดงด้วยภาพวาดต่อไปนี้:

น้อยคนที่รู้ว่าสว่านเป็นเครื่องมือสำหรับเจาะรูบนไม้ ดังนั้นจึงเป็นที่เข้าใจได้มากกว่าที่จะเรียกกฎนี้ว่ากฎของสกรูสกรูหรือเหล็กไขจุก แต่การคว้าสายไฟตามภาพบางครั้งก็เป็นอันตรายถึงชีวิตได้!

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B:

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก- เป็นลักษณะพื้นฐานหลักของสนามแม่เหล็ก คล้ายกับเวกเตอร์ความเข้ม สนามไฟฟ้าอี. เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมีทิศทางสัมผัสกับเส้นแม่เหล็กเสมอ และจะแสดงทิศทางและความแรงของเส้นแม่เหล็ก หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กใน B = 1T ถือเป็นการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สนามเครื่องแบบซึ่งสำหรับส่วนของตัวนำที่มีความยาวเท่ากับ ล= 1 ม. โดยมีความแรงกระแสไฟเข้า ฉัน= 1 A กระทำจากด้านข้างของสนาม แรงสูงสุด แอมแปร์ - เอฟ= 1 H ทิศทางของแรงแอมแปร์ถูกกำหนดโดยกฎมือซ้าย ในระบบ CGS การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจะวัดเป็นเกาส์ (G) ในระบบ SI - ในเทสลา (T)

ความแรงของสนามแม่เหล็ก H:

ลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กอีกประการหนึ่งก็คือ ความเครียดซึ่งเป็นอะนาล็อกของเวกเตอร์การกระจัดทางไฟฟ้า D ในไฟฟ้าสถิต กำหนดโดยสูตร:

ความแรงของสนามแม่เหล็กเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งเป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของสนามแม่เหล็กและไม่ได้ขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติทางแม่เหล็กสิ่งแวดล้อม. ในระบบ CGS ความแรงของสนามแม่เหล็กจะวัดเป็นเออร์สเตด (Oe) ในระบบ SI มีหน่วยเป็นแอมแปร์ต่อเมตร (A/m)

สนามแม่เหล็กฉ:

ฟลักซ์แม่เหล็ก Ф คือปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ที่แสดงลักษณะของจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรปิด ลองพิจารณาดู กรณีพิเศษ. ใน สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำซึ่งเท่ากับ ∣B ∣ จะถูกวางไว้ วงปิดแบนพื้นที่ S เส้นตั้งฉาก n ไปยังระนาบเส้นขอบทำให้มุม α มีทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิวคือปริมาณ Ф ซึ่งกำหนดโดยความสัมพันธ์:

โดยทั่วไป ฟลักซ์แม่เหล็กถูกกำหนดให้เป็นอินทิกรัลของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ผ่านพื้นผิวจำกัด S

เป็นที่น่าสังเกตว่าฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดใดๆ จะเป็นศูนย์ (ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนามแม่เหล็ก) ซึ่งหมายความว่าเส้นสนามแม่เหล็กจะไม่ขาดออกจากที่ใดเลย เช่น สนามแม่เหล็กมีลักษณะเป็นกระแสน้ำวน และเป็นไปไม่ได้เลยที่ประจุแม่เหล็กจะมีอยู่ซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กในลักษณะเดียวกับ ค่าไฟฟ้าสร้าง สนามไฟฟ้า. ใน SI หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือ Weber (Wb) ในระบบ CGS คือ Maxwell (Mx) 1 Wb = 10 8 ไมโครวินาที

คำจำกัดความของการเหนี่ยวนำ:

ตัวเหนี่ยวนำ - สัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่าง ไฟฟ้าช็อตไหลในวงจรปิดบางวงจร และฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ผ่านพื้นผิว ขอบของวงจรนี้คือวงจรนี้

มิฉะนั้น ตัวเหนี่ยวนำจะเป็นค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนในสูตรการเหนี่ยวนำตัวเอง

ในหน่วย SI ความเหนี่ยวนำจะวัดเป็นเฮนรี่ (H) วงจรมีค่าความเหนี่ยวนำเท่ากับ 1 เฮนรี่ ถ้ากระแสเปลี่ยนแปลง 1 แอมแปร์ต่อวินาที a แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองหนึ่งโวลต์

คำว่า "การเหนี่ยวนำ" ถูกเสนอโดย Oliver Heaviside นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษที่เรียนรู้ด้วยตนเองในปี พ.ศ. 2429 พูดง่ายๆ ก็คือ ตัวเหนี่ยวนำเป็นคุณสมบัติของตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่เพื่อสะสมพลังงานในสนามแม่เหล็ก ซึ่งเทียบเท่ากับความจุของสนามไฟฟ้า มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแส แต่ขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของตัวนำที่จ่ายกระแสไฟฟ้าเท่านั้น เพื่อเพิ่มความเหนี่ยวนำ ตัวนำจะถูกพันเข้า คอยส์การคำนวณซึ่งเป็นสิ่งที่โปรแกรมทุ่มเทให้กับ

ในบรรดาปริมาณทางกายภาพ ฟลักซ์แม่เหล็กครอบครองสถานที่สำคัญ บทความนี้จะอธิบายว่ามันคืออะไรและจะกำหนดขนาดของมันได้อย่างไร

Formula-magnitnogo-potoka-600x380.jpg?x15027" alt="สูตรฟลักซ์แม่เหล็ก" width="600" height="380">!}

สูตรฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กคืออะไร

ซึ่งเป็นปริมาณที่กำหนดระดับของสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิว ถูกกำหนดให้เป็น "FF" และขึ้นอยู่กับความแรงของสนามและมุมที่สนามผ่านพื้นผิวนี้

คำนวณตามสูตร:

FF=B⋅S⋅cosα โดยที่:

• FF – ฟลักซ์แม่เหล็ก;
• B คือขนาดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
• S คือพื้นที่ผิวที่สนามนี้ผ่านไป
• cosαคือโคไซน์ของมุมระหว่างตั้งฉากกับพื้นผิวและการไหล

หน่วยวัด SI คือ "เวเบอร์" (Wb) 1 เวเบอร์ถูกสร้างขึ้นโดยสนาม 1 เทสลาที่ผ่านตั้งฉากกับพื้นผิวที่มีพื้นที่ 1 ตารางเมตร

ดังนั้นการไหลจะสูงสุดเมื่อทิศทางตรงกับแนวตั้งและเท่ากับ "0" หากขนานกับพื้นผิว

น่าสนใจ.สูตรฟลักซ์แม่เหล็กคล้ายกับสูตรที่ใช้คำนวณการส่องสว่าง

แม่เหล็กถาวร

แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กอย่างหนึ่งคือแม่เหล็กถาวร พวกเขาเป็นที่รู้จักมานานหลายศตวรรษ เข็มเข็มทิศทำจากเหล็กแม่เหล็กและเข้า กรีกโบราณมีตำนานเกี่ยวกับเกาะแห่งหนึ่งที่ดึงดูดชิ้นส่วนโลหะของเรือ

มีแม่เหล็กถาวร รูปทรงต่างๆและทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน:

• เหล็กมีราคาถูกที่สุด แต่มีแรงดึงดูดน้อยกว่า
• นีโอไดเมียม - ทำจากโลหะผสมของนีโอดิเมียมเหล็กและโบรอน
• Alnico คือโลหะผสมของเหล็ก อลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์

แม่เหล็กทั้งหมดเป็นแบบไบโพลาร์ สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนที่สุดในอุปกรณ์แบบก้านและเกือกม้า

ถ้าห้อยจากตรงกลางหรือวางบนท่อนไม้หรือโฟมที่ลอยอยู่ มันจะหมุนไปในทิศเหนือ-ใต้ ขั้วที่ชี้ไปทางเหนือเรียกว่าขั้วเหนือและ เครื่องมือในห้องปฏิบัติการทาสีใน สีฟ้าและเขียนแทนด้วย "N" ฝั่งตรงข้ามหันหน้าไปทางทิศใต้เป็นสีแดงและมีป้าย "S" แม่เหล็กที่มีขั้วเหมือนกันจะดึงดูด และแม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้ามจะผลักกัน

ในปี พ.ศ. 2394 ไมเคิล ฟาราเดย์ ได้เสนอแนวคิดเรื่องเส้นเหนี่ยวนำแบบปิด เส้นเหล่านี้ออกมา ขั้วโลกเหนือแม่เหล็กทะลุพื้นที่โดยรอบเข้าทางทิศใต้แล้วกลับไปทางทิศเหนือภายในเครื่อง เส้นและความแรงของสนามอยู่ใกล้เสามากที่สุด แรงดึงดูดก็สูงขึ้นเช่นกัน

หากคุณวางกระจกลงบนอุปกรณ์แล้วโรยตะไบเหล็กด้านบนเป็นชั้นบาง ๆ พวกมันจะอยู่ตามแนวเส้นสนามแม่เหล็ก เมื่อมีการวางอุปกรณ์หลายชิ้นไว้ใกล้ ๆ ขี้เลื่อยจะแสดงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอุปกรณ์เหล่านั้น: การดึงดูดหรือแรงผลัก

Magnit-i-zheleznye-opilki-600x425.jpeg?x15027" alt="ตะไบแม่เหล็กและเหล็ก" width="600" height="425">!}

ตะไบแม่เหล็กและเหล็ก

สนามแม่เหล็กโลก

ดาวเคราะห์ของเราสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นแม่เหล็กซึ่งมีแกนเอียง 12 องศา จุดตัดของแกนนี้กับพื้นผิวเรียกว่าขั้วแม่เหล็ก เช่นเดียวกับแม่เหล็กอื่นๆ เส้นแรงของโลกวิ่งจากขั้วโลกเหนือไปทางทิศใต้ ใกล้กับเสาพวกมันจะตั้งฉากกับพื้นผิวดังนั้นเข็มของเข็มทิศจึงไม่น่าเชื่อถือและต้องใช้วิธีอื่น

อนุภาคของ "ลมสุริยะ" มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ พวกมัน สนามแม่เหล็กจะปรากฏขึ้น ทำปฏิกิริยากับสนามของโลกและควบคุมอนุภาคเหล่านี้ตามแนวแรง ดังนั้นฟิลด์นี้จึงปกป้อง พื้นผิวโลกจากรังสีคอสมิก อย่างไรก็ตาม ใกล้กับขั้ว เส้นเหล่านี้ตั้งฉากกับพื้นผิว และอนุภาคที่มีประจุเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดแสงเหนือ

แม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี ค.ศ. 1820 Hans Oersted ขณะทำการทดลอง ได้เห็นผลกระทบของตัวนำซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข็มของเข็มทิศ ไม่กี่วันต่อมา Andre-Marie Ampere ค้นพบแรงดึงดูดระหว่างกันของสายไฟสองเส้นซึ่งมีกระแสไหลไปในทิศทางเดียวกัน

น่าสนใจ.ในระหว่างการเชื่อมด้วยไฟฟ้า สายเคเบิลที่อยู่ใกล้เคียงจะเคลื่อนที่เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง

แอมแปร์เสนอในภายหลังว่านี่เป็นเพราะการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของกระแสที่ไหลผ่านสายไฟ

ในขดลวดที่พันด้วยลวดหุ้มฉนวนซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน สนามของตัวนำแต่ละตัวจะเสริมกำลังซึ่งกันและกัน เพื่อเพิ่มแรงดึงดูด ขดลวดจะถูกพันบนแกนเหล็กแบบเปิด แกนนี้ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กและดึงดูดชิ้นส่วนที่เป็นเหล็กหรืออีกครึ่งหนึ่งของแกนในรีเลย์และคอนแทคเตอร์

Elektromagnit-1-600x424.jpg?x15027" alt="แม่เหล็กไฟฟ้า" width="600" height="424">!}

แม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จะเกิดกระแสไฟฟ้าในเส้นลวด ข้อเท็จจริงนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้: การกระจัด แม่เหล็กถาวรการเคลื่อนที่ของเส้นลวดหรือการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในตัวนำใกล้เคียง

ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดยไมเคิล ฟาราเดย์เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 การทดลองของเขาแสดงให้เห็นว่า EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ที่ปรากฏในวงจรที่ล้อมรอบด้วยตัวนำนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ที่ผ่านพื้นที่ของวงจรนี้

สำคัญ!เพื่อให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้น สายไฟจะต้องข้ามสายไฟ เมื่อเคลื่อนไปตามเส้นไม่มี EMF

หากขดลวดที่เกิด EMF เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในขดลวด ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำ

กฎมือขวา

เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กนั้น ทิศทางของมันขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นลวด วิธีการกำหนดทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเรียกว่า "วิธีทางขวา"

Pravilo-pravoj-ruki-600x450.jpg?x15027" alt="กฎมือขวา" width="600" height="450">!}

กฎมือขวา

การคำนวณขนาดของสนามแม่เหล็กเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบ เครื่องจักรไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า

วีดีโอ

ตามที่การทดลองของเออร์สเตดแสดงให้เห็น หากกระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก แล้วสนามแม่เหล็กจะไม่สามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำได้หรือไม่ นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามค้นหาคำตอบสำหรับคำถามนี้ด้วยความช่วยเหลือของการทดลอง แต่ Michael Faraday (1791 - 1867) เป็นคนแรกที่แก้ปัญหานี้
ในปี พ.ศ. 2374 ฟาราเดย์ค้นพบว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง กระแสนี้ถูกเรียกว่า กระแสเหนี่ยวนำ
กระแสเหนี่ยวนำในขดลวดลวดโลหะเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กถูกดันเข้าไปในขดลวดและเมื่อแม่เหล็กถูกดึงออกจากขดลวด (รูปที่ 192)

และเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนแปลงในขดลวดที่สอง สนามแม่เหล็กที่ทะลุผ่านขดลวดแรก (รูปที่ 193)

ปรากฏการณ์ของการเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรตัวนำแบบปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรเรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ทะลุผ่านวงจรบ่งชี้ถึงการกระทำของแรงภายนอกที่มีลักษณะไม่เกิดไฟฟ้าสถิตในวงจรหรือการเกิดขึ้นของ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคำอธิบายเชิงปริมาณของปรากฏการณ์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับบนพื้นฐานของการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและ ปริมาณทางกายภาพ, เรียกว่า สนามแม่เหล็ก.
สนามแม่เหล็ก.สำหรับวงจรแบนที่อยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ (รูปที่ 194) ฟลักซ์แม่เหล็ก เอฟผ่านพื้นที่ผิว สเรียกว่าปริมาณเท่ากับผลคูณของขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและพื้นที่ สและโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์กับเส้นปกติกับพื้นผิว:

กฎของเลนซ์ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในวงจรขึ้นอยู่กับว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรเพิ่มขึ้นหรือลดลงหรือไม่ รวมถึงทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับวงจร กฎทั่วไปในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในวงจรก่อตั้งในปี พ.ศ. 2376 โดย E. H. Lenz
กฎของ Lenz สามารถแสดงได้อย่างชัดเจนด้วย ด้วยความช่วยเหลือของปอดแหวนอลูมิเนียม (รูปที่ 195)

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการใส่แม่เหล็กถาวร วงแหวนจะถูกผลักออกจากมัน และเมื่อถอดออก วงแหวนจะดึงดูดเข้ากับแม่เหล็ก ผลการทดลองไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้วของแม่เหล็ก
แรงผลักและแรงดึงดูดของวงแหวนทึบอธิบายได้จากการปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำในวงแหวนเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงแหวนเปลี่ยนไปและผลกระทบต่อ กระแสเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก. เห็นได้ชัดว่าเมื่อแม่เหล็กถูกผลักเข้าไปในวงแหวน กระแสเหนี่ยวนำในวงแหวนนั้นมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้จะต่อต้านสนามแม่เหล็กภายนอก และเมื่อแม่เหล็กถูกดึงออกมา กระแสเหนี่ยวนำในนั้นจะมี ทิศทางที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นพร้อมกันในทิศทางกับการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กภายนอกของเวกเตอร์
ถ้อยคำทั่วไป กฎของ Lenz:กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดมีทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กสร้างขึ้นผ่านพื้นที่ที่วงจรจำกัดมีแนวโน้มที่จะชดเชยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสนี้
กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การศึกษาเชิงทดลองการพึ่งพาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำต่อการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กนำไปสู่การจัดตั้ง กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า:แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดจะเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวง
ใน SI หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกเลือกเพื่อให้สัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเท่ากับความสามัคคี โดยที่ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีสูตรดังนี้: แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดเท่ากับโมดูลัสของอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ถูกจำกัดโดยวงรอบ:

เมื่อคำนึงถึงกฎของ Lenz กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกเขียนดังนี้:

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดหากการเปลี่ยนแปลงที่เหมือนกันของฟลักซ์แม่เหล็กเกิดขึ้นในวงจรที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรเหล่านั้นจะเท่ากับผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในแต่ละวงจร ดังนั้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปในขดลวดที่ประกอบด้วย nการหมุนของเส้นลวดที่เหมือนกัน แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำทั้งหมดเข้า nคูณแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรเดียว:

สำหรับสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอตามสมการ (54.1) จะตามมาว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเท่ากับ 1 T หากฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรที่มีพื้นที่ 1 m 2 เท่ากับ 1 Wb:

.

สนามไฟฟ้าวอร์เท็กซ์กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (54.3) จากอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทราบช่วยให้เราสามารถค้นหาค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรและตามค่าที่ทราบ ความต้านทานไฟฟ้าวงจรคำนวณกระแสในวงจร อย่างไรก็ตาม ความหมายทางกายภาพของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังไม่เป็นที่เปิดเผย ลองพิจารณาปรากฏการณ์นี้โดยละเอียด

การเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดบ่งชี้ว่าเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเจาะวงจรเปลี่ยนแปลง แรงจะกระทำต่อประจุไฟฟ้าอิสระในวงจร สายไฟไม่มีการเคลื่อนที่ ประจุไฟฟ้าอิสระในนั้นถือว่าไม่เคลื่อนที่ ประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งจะได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้าเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบ สนามไฟฟ้าจึงปรากฏขึ้น สนามไฟฟ้านี้จะทำให้เกิดประจุไฟฟ้าที่ไม่มีการเคลื่อนไหวในวงจร ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเรียกว่า สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน

การทำงานของแรงของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเพื่อเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าเป็นงานของแรงภายนอกซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนแตกต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตตรงที่ไม่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้า เส้นตึงของมันคือเส้นปิด การทำงานของแรงของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตาม สายปิดอาจจะแตกต่างจากศูนย์

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังสังเกตได้ในกรณีที่สนามแม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของตัวนำวงจรในสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ สาเหตุของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่ใช่สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน แต่เป็นแรงลอเรนซ์

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก - คือความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ณ จุดที่กำหนดในสนาม หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเทสลา(1 ตัน = 1 วัตต์/ตร.ม.)

เมื่อกลับไปที่นิพจน์ที่ได้รับก่อนหน้านี้ (1) เราสามารถกำหนดเชิงปริมาณได้ ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวบางอย่างเป็นผลคูณของปริมาณประจุที่ไหลผ่านตัวนำรวมกับขอบเขตของพื้นผิวนี้โดยที่สนามแม่เหล็กและความต้านทานหายไปโดยสิ้นเชิง วงจรไฟฟ้าซึ่งประจุเหล่านี้ไหลไปตามนั้น

ในการทดลองที่อธิบายไว้ข้างต้นด้วยขดลวดทดสอบ (วงแหวน) มันจะเคลื่อนตัวออกไปเป็นระยะทางที่สนามแม่เหล็กทั้งหมดหายไป แต่คุณสามารถเคลื่อนย้ายขดลวดนี้ภายในสนามได้ และในขณะเดียวกันประจุไฟฟ้าก็จะเคลื่อนที่เข้าไปด้วย เรามาดูส่วนที่เพิ่มขึ้นในนิพจน์ (1) กันดีกว่า

โดยที่ Δ Ф และ Δ ถาม- เพิ่มการไหลและจำนวนประจุ สัญญาณต่าง ๆ ของการเพิ่มขึ้นนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าประจุบวกในการทดลองที่มีการกำจัดเทิร์นนั้นสอดคล้องกับการหายตัวไปของสนามเช่น การเพิ่มขึ้นเชิงลบของฟลักซ์แม่เหล็ก

เมื่อใช้การหมุนทดสอบ คุณสามารถสำรวจพื้นที่ทั้งหมดรอบๆ แม่เหล็กหรือขดลวดด้วยกระแสและสร้างเส้น ทิศทางของเส้นสัมผัสกันซึ่งในแต่ละจุดจะสอดคล้องกับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บี(รูปที่ 3)

เส้นเหล่านี้เรียกว่า เส้นเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก หรือ เส้นแม่เหล็ก .

พื้นที่ของสนามแม่เหล็กสามารถแบ่งทางจิตได้ด้วยพื้นผิวท่อที่เกิดจากเส้นแม่เหล็ก และสามารถเลือกพื้นผิวในลักษณะที่ฟลักซ์แม่เหล็กภายในแต่ละพื้นผิว (ท่อ) ดังกล่าวมีตัวเลขเท่ากับหนึ่งและเส้นแนวแกนของสิ่งเหล่านี้ หลอดสามารถแสดงเป็นกราฟิกได้ ท่อดังกล่าวเรียกว่าท่อเดี่ยวและเรียกว่าเส้นของแกน เส้นแม่เหล็กเส้นเดียว . รูปภาพของสนามแม่เหล็กที่ปรากฎโดยใช้เส้นเดี่ยวไม่เพียงให้เชิงคุณภาพเท่านั้น แต่ยังให้แนวคิดเชิงปริมาณด้วยเพราะ ในกรณีนี้ขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเท่ากับจำนวนเส้นที่ผ่านพื้นผิวหน่วย เวกเตอร์ปกติ บี, ก จำนวนเส้นที่ผ่านพื้นผิวใด ๆ เท่ากับค่าของฟลักซ์แม่เหล็ก .

เส้นแม่เหล็กมีความต่อเนื่องและหลักการนี้สามารถแสดงได้ทางคณิตศาสตร์ดังนี้

เหล่านั้น. ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิวปิดใดๆ จะเป็นศูนย์ .

นิพจน์ (4) ใช้ได้กับพื้นผิว สรูปร่างใดก็ได้ หากเราพิจารณาฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิวที่เกิดจากการหมุนของขดลวดทรงกระบอก (รูปที่ 4) ก็สามารถแบ่งออกเป็นพื้นผิวที่เกิดจากการหมุนแต่ละครั้งได้เช่น ส=ส 1 +ส 2 +...+ส 8. ยิ่งไปกว่านั้น ในกรณีทั่วไป ฟลักซ์แม่เหล็กที่แตกต่างกันจะผ่านพื้นผิวของวงเลี้ยวที่ต่างกัน ดังนั้นในรูป 4 มีเส้นแม่เหล็กเส้นเดียวแปดเส้นผ่านพื้นผิวของวงโคจรตรงกลางของขดลวด และมีเพียงสี่เส้นเท่านั้นที่ผ่านพื้นผิวของวงโคจรด้านนอก

เพื่อกำหนดฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดที่ผ่านพื้นผิวของวงเลี้ยวทั้งหมด จำเป็นต้องรวมฟลักซ์ที่ผ่านพื้นผิวของแต่ละวงหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือประสานกับวงเลี้ยวแต่ละวง ตัวอย่างเช่น ฟลักซ์แม่เหล็กประสานกับสี่รอบบนของขดลวดในรูป 4 จะเท่ากัน: Ф 1 =4; Ф 2 =4; Ф 3 =6; Ф 4 =8 นอกจากนี้กระจกยังสมมาตรกับส่วนล่างอีกด้วย

การเชื่อมโยงฟลักซ์ - ฟลักซ์แม่เหล็กเสมือน (จินตภาพทั่วไป) Ψ ซึ่งประกบกับขดลวดทุกรอบเป็นตัวเลข เท่ากับผลรวมกระแสที่เชื่อมต่อกับแต่ละรอบ: Ψ = วอีเอฟ มโดยที่ F ม- สนามแม่เหล็ก, ปัจจุบันสร้างขึ้นผ่านไปตามขดลวดและ ว e คือจำนวนการหมุนของคอยล์ที่เท่ากันหรือมีประสิทธิผล ความหมายทางกายภาพของการเชื่อมต่อฟลักซ์คือการมีเพศสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กของการหมุนของขดลวด ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ (หลายหลาก) ของการเชื่อมต่อฟลักซ์ เค= Ψ/Ф = วจ.

นั่นคือสำหรับกรณีที่แสดงในรูป ขดลวดสองส่วนที่สมมาตรของกระจก:

ความเสมือนจริงนั่นคือธรรมชาติจินตภาพของการเชื่อมโยงฟลักซ์นั้นแสดงออกมาในความจริงที่ว่ามันไม่ได้เป็นตัวแทนของฟลักซ์แม่เหล็กจริงซึ่งไม่มีการเหนี่ยวนำใด ๆ ที่สามารถคูณได้ แต่พฤติกรรมของอิมพีแดนซ์ของคอยล์นั้นดูเหมือนว่าฟลักซ์แม่เหล็ก เพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณของจำนวนรอบที่มีประสิทธิผล แม้ว่าในความเป็นจริง มันเป็นการโต้ตอบกันอย่างง่าย ๆ ของเทิร์นในสนามเดียวกัน หากขดลวดเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กโดยการเชื่อมต่อฟลักซ์ มันจะสามารถสร้างตัวคูณสนามแม่เหล็กบนขดลวดได้แม้ว่าจะไม่มีกระแสไฟฟ้าก็ตาม เนื่องจากการเชื่อมต่อฟลักซ์ไม่ได้หมายความถึงวงจรปิดของขดลวด แต่เพียงเรขาคณิตข้อต่อของความใกล้ชิดเท่านั้น ของการเลี้ยว

บ่อยครั้งที่ไม่ทราบการกระจายที่แท้จริงของการเชื่อมต่อฟลักซ์ข้ามรอบของขดลวด แต่สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีความสม่ำเสมอและเหมือนกันสำหรับทุกเทิร์น ถ้าขดลวดจริงถูกแทนที่ด้วยอันที่เท่ากันโดยมีจำนวนรอบต่างกัน ว e ในขณะที่รักษาค่าการเชื่อมโยงฟลักซ์ Ψ = วอีเอฟ มโดยที่ F ม- ฟลักซ์ประสานกับการหมุนภายในของคอยล์และ ว e คือจำนวนการหมุนของคอยล์ที่เท่ากันหรือมีประสิทธิผล สำหรับอันที่พิจารณาในรูป 4 กรณี วอี = Ψ/Ф 4 =48/8=6

ในบรรดาคำจำกัดความและแนวคิดมากมายที่เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็ก ควรกล่าวถึงเป็นพิเศษเกี่ยวกับฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งมีทิศทางที่แน่นอน คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้า ในการออกแบบเครื่องมือและอุปกรณ์ตลอดจนการคำนวณวงจรต่างๆ

แนวคิดเรื่องฟลักซ์แม่เหล็ก

ก่อนอื่น จำเป็นต้องสร้างสิ่งที่เรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กให้แน่ชัด ควรพิจารณาค่านี้ร่วมกับสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ เป็นเนื้อเดียวกันทุกจุดในพื้นที่ที่กำหนด สนามแม่เหล็กจะได้รับผลกระทบจากพื้นผิวบางพื้นที่ซึ่งกำหนดด้วยสัญลักษณ์ S เส้นสนามจะกระทำบนพื้นผิวนี้และตัดกัน

ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ที่ตัดผ่านพื้นผิวด้วยพื้นที่ S ประกอบด้วยเส้นจำนวนหนึ่งที่ตรงกับเวกเตอร์ B และผ่านพื้นผิวนี้

พารามิเตอร์นี้สามารถค้นหาและแสดงในรูปแบบของสูตร Ф = BS cos α โดยที่ α คือมุมระหว่างทิศทางปกติกับพื้นผิว S และเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B จากสูตรนี้ เป็นไปได้ที่จะกำหนด ฟลักซ์แม่เหล็กที่มีค่าสูงสุดซึ่ง cos α = 1 และตำแหน่งของเวกเตอร์ B จะขนานกับตั้งฉากปกติกับพื้นผิว S และในทางกลับกัน ฟลักซ์แม่เหล็กจะมีน้อยที่สุดหากเวกเตอร์ B อยู่ในแนวตั้งฉากกับ ปกติ.

ในเวอร์ชันนี้ เส้นเวกเตอร์เพียงเลื่อนไปตามระนาบและไม่ได้ตัดกัน นั่นคือฟลักซ์จะถูกนำมาพิจารณาตามเส้นของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ตัดกับพื้นผิวเฉพาะเท่านั้น

ในการค้นหาค่านี้ ให้ใช้เวเบอร์หรือโวลต์-วินาที (1 Wb = 1 V x 1 s) พารามิเตอร์นี้สามารถวัดได้ในหน่วยอื่น ค่าที่น้อยกว่าคือ Maxwell ซึ่งก็คือ 1 Wb = 10 8 μs หรือ 1 μs = 10 -8 Wb

พลังงานสนามแม่เหล็กและฟลักซ์แม่เหล็ก

หากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ จะเกิดสนามแม่เหล็กที่มีพลังงานล้อมรอบตัวนำนั้น ต้นกำเนิดของมันเกี่ยวข้องกับพลังงานไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน ซึ่งถูกใช้ไปบางส่วนเพื่อเอาชนะแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจร นี่คือสิ่งที่เรียกว่าพลังงานตนเองของกระแสเนื่องจากมันถูกสร้างขึ้น นั่นคือสนามและพลังงานกระแสจะเท่ากัน

ค่าพลังงานของกระแสไฟฟ้าแสดงโดยสูตร W = (L x I 2)/2 คำจำกัดความนี้ถือว่าเท่ากับงานที่ทำโดยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่เอาชนะการเหนี่ยวนำได้ นั่นคือแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองและสร้างกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าหยุดทำงาน พลังงานของสนามแม่เหล็กจะไม่หายไปอย่างไร้ร่องรอย แต่จะถูกปล่อยออกมา เช่น ในรูปของส่วนโค้งหรือประกายไฟ

ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นในสนามเรียกอีกอย่างว่าฟลักซ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่มีค่าบวกหรือลบ ซึ่งมีทิศทางที่กำหนดโดยเวกเตอร์ตามอัตภาพ ตามกฎแล้วการไหลนี้จะผ่านวงจรที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ด้วยทิศทางบวกของเส้นปกติสัมพันธ์กับรูปร่าง ทิศทางของการเคลื่อนที่ของกระแสจะเป็นค่าที่กำหนดตาม ในกรณีนี้ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าและผ่านวงจรนี้จะมีค่ามากกว่าศูนย์เสมอ การวัดผลในทางปฏิบัติยังระบุสิ่งนี้ด้วย

ฟลักซ์แม่เหล็กมักจะวัดเป็นหน่วยที่ระบุ ระบบระหว่างประเทศเอสไอ นี่คือ Weber ที่รู้จักกันดีอยู่แล้วซึ่งแสดงถึงปริมาณการไหลที่ไหลผ่านระนาบที่มีพื้นที่ 1 m2 พื้นผิวนี้วางตั้งฉากกับ สายไฟสนามแม่เหล็กที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ

แนวคิดนี้อธิบายไว้อย่างดีในทฤษฎีบทของเกาส์ มันสะท้อนถึงการไม่มีประจุแม่เหล็ก ดังนั้นเส้นเหนี่ยวนำจึงปรากฏปิดหรือไปไม่มีที่สิ้นสุดเสมอโดยไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด นั่นคือฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิวปิดประเภทใดก็ตามจะเป็นศูนย์เสมอ