ฟลักซ์สูงสุดของสูตรการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ถ้า ไฟฟ้าดังที่การทดลองของเออร์สเตดแสดงให้เห็น ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก แล้วสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำไม่ได้หรือ นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามค้นหาคำตอบสำหรับคำถามนี้ด้วยความช่วยเหลือของการทดลอง แต่ Michael Faraday (1791 - 1867) เป็นคนแรกที่แก้ปัญหานี้
ในปี ค.ศ. 1831 ฟาราเดย์ค้นพบว่าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด สนามแม่เหล็กมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น กระแสนี้ถูกเรียกว่า กระแสเหนี่ยวนำ
กระแสเหนี่ยวนำในขดลวดลวดโลหะเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กถูกดันเข้าไปในขดลวดและเมื่อแม่เหล็กถูกดึงออกจากขดลวด (รูปที่ 192)

และเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนแปลงในขดลวดที่สอง สนามแม่เหล็กที่ทะลุผ่านขดลวดแรก (รูปที่ 193)

ปรากฏการณ์ของการเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรตัวนำแบบปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรเรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ทะลุผ่านวงจรบ่งชี้ถึงการกระทำของแรงภายนอกที่มีลักษณะไม่เกิดไฟฟ้าสถิตในวงจรหรือการเกิดขึ้นของ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคำอธิบายเชิงปริมาณของปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านั้นได้รับบนพื้นฐานของการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่า สนามแม่เหล็ก.
สนามแม่เหล็ก.สำหรับวงจรแบนที่อยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ (รูปที่ 194) ฟลักซ์แม่เหล็ก เอฟผ่านพื้นที่ผิว สเรียกว่าปริมาณเท่ากับผลคูณของขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและพื้นที่ สและโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์กับเส้นปกติกับพื้นผิว:

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

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการเพิ่ม แม่เหล็กถาวรวงแหวนถูกผลักออกจากมัน และเมื่อถอดออก มันก็จะดึงดูดแม่เหล็ก 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:

สำหรับสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอตามสมการ (54.1) จะตามมาว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กมีค่าเท่ากับ 1 T ถ้าฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรที่มีพื้นที่ 1 m 2 เท่ากับ 1 Wb:

.

กระแสน้ำวน สนามไฟฟ้า. กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (54.3) จากอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทราบช่วยให้เราสามารถค้นหาค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรและตามค่าที่ทราบ ความต้านทานไฟฟ้าวงจรคำนวณกระแสในวงจร อย่างไรก็ตาม ความหมายทางกายภาพของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังไม่เป็นที่เปิดเผย ลองพิจารณาปรากฏการณ์นี้โดยละเอียด

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

การทำงานของพลังน้ำวน สนามไฟฟ้าโดยการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้าและเป็นงานของแรงภายนอกซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนแตกต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตตรงที่ไม่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้า เส้นตึงของมันคือเส้นปิด งานที่ทำโดยกองกำลังของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตามเส้นปิดอาจแตกต่างจากศูนย์ได้

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังสังเกตได้ในกรณีที่สนามแม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของตัวนำวงจรในสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ สาเหตุของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่ใช่สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน แต่เป็นแรงลอเรนซ์

วัสดุแม่เหล็กคือวัสดุที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแรงพิเศษ ในทางกลับกัน วัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กจะไม่อยู่ภายใต้หรืออยู่ภายใต้แรงของสนามแม่เหล็กอย่างอ่อน ซึ่งโดยปกติจะแสดงด้วยเส้นแรง (ฟลักซ์แม่เหล็ก) ที่มีบางอย่าง คุณสมบัติ. นอกเหนือจากการสร้างวงปิดอยู่เสมอ พวกมันยังทำตัวราวกับว่าพวกมันยืดหยุ่นได้ นั่นคือในระหว่างการบิดเบือนพวกมันจะพยายามกลับไปยังระยะห่างก่อนหน้าและกลับสู่รูปร่างตามธรรมชาติ

พลังที่มองไม่เห็น

แม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะดึงดูดโลหะบางชนิด โดยเฉพาะเหล็กและเหล็กกล้า เช่นเดียวกับนิกเกิล นิกเกิล โครเมียม และโลหะผสมโคบอลต์ วัสดุที่สร้างแรงดึงดูดคือแม่เหล็ก มีหลายประเภท วัสดุที่สามารถดึงดูดแม่เหล็กได้ง่ายเรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก มันอาจจะแข็งหรืออ่อนก็ได้ วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกอ่อน เช่น เหล็ก จะสูญเสียคุณสมบัติไปอย่างรวดเร็ว แม่เหล็กที่ทำจากวัสดุเหล่านี้เรียกว่าแม่เหล็กชั่วคราว วัสดุแข็งเช่นเหล็กมีคุณสมบัติคงอยู่นานกว่ามากและนำไปใช้อย่างถาวร

ฟลักซ์แม่เหล็ก: ความหมายและคุณลักษณะ

มีสนามแรงบางอย่างอยู่รอบๆ แม่เหล็ก และทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่จะเกิดพลังงาน ฟลักซ์แม่เหล็กเท่ากับผลคูณของสนามแรงเฉลี่ยที่ตั้งฉากกับพื้นผิวที่มันทะลุเข้าไป แสดงด้วยสัญลักษณ์ "Φ" และวัดเป็นหน่วยที่เรียกว่า Webers (WB) ปริมาณกระแสน้ำที่ไหลผ่านพื้นที่ที่กำหนดจะแตกต่างกันไปจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งรอบๆ วัตถุ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจึงเป็นสิ่งที่เรียกว่าการวัดความแรงของสนามแม่เหล็กหรือกระแสไฟฟ้า จำนวนทั้งหมดเส้นแรงที่พุ่งผ่านบริเวณใดบริเวณหนึ่ง

ไขความลึกลับของฟลักซ์แม่เหล็ก

แม่เหล็กทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงรูปร่าง มีสองส่วนที่เรียกว่าขั้วซึ่งสามารถสร้างระบบเส้นแรงที่มองไม่เห็นที่เป็นระเบียบและสมดุลได้ เส้นจากการไหลเหล่านี้ก่อให้เกิดสนามพิเศษ ซึ่งรูปร่างของมันจะดูเข้มกว่าในบางส่วนเมื่อเทียบกับส่วนอื่นๆ ภูมิภาคที่มีแรงดึงดูดมากที่สุดเรียกว่าเสา เส้นสนามเวกเตอร์ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยตาเปล่า เมื่อมองเห็นแล้ว พวกมันจะปรากฏเป็นเส้นแรงโดยมีขั้วที่ชัดเจนอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของวัสดุ โดยที่เส้นจะมีความหนาแน่นมากกว่าและมีความเข้มข้นมากกว่า ฟลักซ์แม่เหล็กคือเส้นที่สร้างการสั่นสะเทือนของแรงดึงดูดหรือแรงผลัก โดยแสดงทิศทางและความรุนแรง

เส้นฟลักซ์แม่เหล็ก

แม่เหล็ก สายไฟถูกกำหนดให้เป็นเส้นโค้งที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่แน่นอนในสนามแม่เหล็ก เส้นสัมผัสเส้นโค้ง ณ จุดใดๆ จะแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก ณ จุดนั้น ลักษณะเฉพาะ:

เส้นการไหลแต่ละเส้นจะมีลักษณะเป็นวงปิด

เส้นเหนี่ยวนำเหล่านี้ไม่เคยตัดกัน แต่มีแนวโน้มว่าจะสั้นลงหรือยืดออก ทำให้มิติของมันเปลี่ยนไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

ตามกฎแล้ว เส้นสนามจะมีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดที่พื้นผิว

นอกจากนี้ยังมีทิศทางเฉพาะจากเหนือลงใต้

เส้นแรงที่อยู่ใกล้กันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง

• เมื่อขั้วที่อยู่ติดกันเท่ากัน (เหนือ-เหนือ หรือ ใต้-ใต้) ก็จะผลักกัน เมื่อขั้วที่อยู่ติดกันไม่อยู่ในแนวเดียวกัน (เหนือ-ใต้ หรือ ใต้-เหนือ) เสาทั้งสองจะถูกดึงดูดเข้าหากัน เอฟเฟกต์นี้ชวนให้นึกถึงคำพูดอันโด่งดังที่ว่าสิ่งตรงข้ามดึงดูดกัน

โมเลกุลแม่เหล็กและทฤษฎีของเวเบอร์

ทฤษฎีของเวเบอร์ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมทั้งหมดมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเนื่องจากพันธะระหว่างอิเล็กตรอนในอะตอม กลุ่มของอะตอมจะรวมตัวกันในลักษณะที่สนามที่อยู่รอบๆ พวกมันหมุนไปในทิศทางเดียวกัน วัสดุประเภทนี้ประกอบด้วยกลุ่มแม่เหล็กขนาดเล็ก (เมื่อดูในระดับโมเลกุล) รอบๆ อะตอม ซึ่งหมายความว่าวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกประกอบด้วยโมเลกุลที่มีแรงดึงดูด สิ่งเหล่านี้เรียกว่าไดโพลและจัดกลุ่มเป็นโดเมน เมื่อวัสดุถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก โดเมนทั้งหมดจะรวมเป็นหนึ่งเดียว วัสดุสูญเสียความสามารถในการดึงดูดและผลักไสหากโดเมนของมันถูกแยกออกจากกัน ไดโพลที่รวมกันก่อตัวเป็นแม่เหล็ก แต่แต่ละไดโพลจะพยายามผลักออกจากขั้วเดียว จึงดึงดูดขั้วตรงข้าม

ทุ่งนาและเสา

ความแรงและทิศทางของสนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยเส้นฟลักซ์แม่เหล็ก พื้นที่ดึงดูดนั้นแข็งแกร่งกว่าเมื่อเส้นอยู่ใกล้กัน เส้นจะอยู่ใกล้กับเสาของฐานคันมากที่สุดซึ่งมีแรงดึงดูดมากที่สุด ดาวเคราะห์โลกเองก็ตั้งอยู่ในสนามพลังอันทรงพลังนี้ มันทำหน้าที่ราวกับว่าแผ่นแถบแม่เหล็กขนาดยักษ์กำลังเคลื่อนผ่านกลางดาวเคราะห์ ขั้วเหนือของเข็มเข็มทิศชี้ไปยังจุดที่เรียกว่าขั้วแม่เหล็กเหนือ และขั้วใต้ชี้ไปทางแม่เหล็กทิศใต้ อย่างไรก็ตาม ทิศทางเหล่านี้แตกต่างจากภูมิศาสตร์ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้

ธรรมชาติของแม่เหล็ก

แม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เพราะหากไม่มีส่วนประกอบเช่นรีเลย์ โซลินอยด์ ตัวเหนี่ยวนำ โช้ค คอยล์ ลำโพง มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลง มิเตอร์ไฟฟ้า ฯลฯ จะไม่ทำงาน แม่เหล็กสามารถพบได้ในธรรมชาติ สภาพธรรมชาติในรูปของแร่แม่เหล็ก มีสองประเภทหลักคือแมกนีไทต์ (หรือที่เรียกว่าเหล็กออกไซด์) และแร่เหล็กแม่เหล็ก โครงสร้างโมเลกุลของวัสดุนี้ในสถานะที่ไม่ใช่แม่เหล็กจะแสดงในรูปแบบของโซ่แม่เหล็กอิสระหรืออนุภาคขนาดเล็กแต่ละชิ้นที่จัดเรียงอย่างอิสระในลำดับแบบสุ่ม เมื่อวัสดุถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก การจัดเรียงโมเลกุลแบบสุ่มนี้จะเปลี่ยนไป และอนุภาคโมเลกุลสุ่มเล็ก ๆ เรียงตัวกันในลักษณะที่พวกมันทำให้เกิดการจัดเรียงแบบชุดทั้งหมด แนวคิดในการจัดตำแหน่งโมเลกุลของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกนี้เรียกว่าทฤษฎีของเวเบอร์

การวัดและการนำไปใช้จริง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปใช้ฟลักซ์แม่เหล็กเพื่อผลิตไฟฟ้า กำลังของมันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องมือที่ใช้วัดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจนี้เรียกว่า ฟลักซ์มิเตอร์ ซึ่งประกอบด้วยขดลวดและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้วัดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าข้ามขดลวด ในวิชาฟิสิกส์ ฟลักซ์เป็นตัวบ่งชี้จำนวนเส้นแรงที่ผ่านพื้นที่หนึ่งๆ ฟลักซ์แม่เหล็กคือการวัดจำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก

บางครั้งแม้แต่วัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กก็สามารถมีคุณสมบัติไดอะแมกเนติกและพาราแมกเนติกได้ ความจริงที่น่าสนใจคือแรงดึงดูดสามารถถูกทำลายได้โดยการให้ความร้อนหรือทุบด้วยค้อนที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน แต่ไม่สามารถทำลายหรือแยกออกจากกันโดยการทำลายชิ้นงานขนาดใหญ่ออกเป็นสองส่วน ชิ้นส่วนที่แตกหักแต่ละชิ้นจะมีขั้วเหนือและขั้วใต้เป็นของตัวเอง ไม่ว่าชิ้นส่วนนั้นจะเล็กแค่ไหนก็ตาม

ตรงนี้ คือเวกเตอร์ตั้งฉากของพื้นที่ ดีเอส, โรงแรม- การฉายภาพเวกเตอร์ ใน ไปยังทิศทางปกติ - มุมระหว่างเวกเตอร์ ใน และ n (รูปที่ 6.28)

ข้าว. 6.28. ฟลักซ์เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านแพด

ฟลักซ์แม่เหล็ก F บีผ่านพื้นผิวปิดโดยพลการ สเท่ากับ

การไม่มีประจุแม่เหล็กในธรรมชาตินำไปสู่ความจริงที่ว่าเส้นเวกเตอร์ ใน ไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด ดังนั้นการไหลของเวกเตอร์ ใน ผ่านพื้นผิวปิดจะต้องเท่ากับศูนย์ ดังนั้นสำหรับสนามแม่เหล็กและพื้นผิวปิดโดยพลการ สเป็นไปตามเงื่อนไข

สูตร (6.28) แสดงออก ทฤษฎีบทออสโตรกราดสกี-เกาส์ สำหรับเวกเตอร์ :

ให้เราเน้นอีกครั้ง: ทฤษฎีบทนี้เป็นการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของความจริงที่ว่าในธรรมชาติไม่มีประจุแม่เหล็กที่เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเริ่มต้นและสิ้นสุด เช่นเดียวกับในกรณีของความแรงของสนามไฟฟ้า อี ค่าธรรมเนียมจุด

คุณสมบัตินี้ทำให้สนามแม่เหล็กแตกต่างจากสนามไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กปิด ดังนั้น จำนวนเส้นที่เข้าสู่ปริมาตรหนึ่งของช่องว่างจะเท่ากับจำนวนเส้นที่ออกจากปริมาตรนี้ หากฟลักซ์ขาเข้าถูกนำมาใช้ด้วยสัญญาณหนึ่งและฟลักซ์ขาออกด้วยสัญญาณอื่น ฟลักซ์รวมของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดจะเท่ากับศูนย์

ข้าว. 6.29. W. Weber (1804–1891) - นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน

ความแตกต่างระหว่างสนามแม่เหล็กและไฟฟ้าสถิตก็แสดงออกมาในค่าของปริมาณที่เราเรียกเช่นกัน การไหลเวียน- อินทิกรัลของสนามเวกเตอร์ตามเส้นทางปิด ในไฟฟ้าสถิต อินทิกรัลจะเท่ากับศูนย์

นำไปตามแนวปิดโดยพลการ นี่เป็นเพราะศักยภาพของสนามไฟฟ้าสถิตนั่นคืองานที่ทำเพื่อเคลื่อนย้ายประจุในสนามไฟฟ้าสถิตไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทาง แต่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น

เรามาดูกันว่าสิ่งต่าง ๆ มีค่าสนามแม่เหล็กใกล้เคียงกันอย่างไร ลองใช้วงปิดที่ครอบคลุมกระแสตรงแล้วคำนวณการไหลเวียนของเวกเตอร์ ใน , นั่นคือ

ตามที่ได้รับข้างต้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยตัวนำตรงที่มีกระแสอยู่ในระยะไกล รจากตัวนำมีค่าเท่ากับ

ลองพิจารณากรณีที่รูปร่างที่ล้อมรอบกระแสตรงอยู่ในระนาบตั้งฉากกับกระแสและเป็นวงกลมที่มีรัศมี รมีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวนำ ในกรณีนี้ การหมุนเวียนของเวกเตอร์ ใน ตามวงกลมนี้ก็เท่ากัน

สามารถแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์ของการไหลเวียนของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการเปลี่ยนรูปอย่างต่อเนื่องของวงจรหากในระหว่างการเปลี่ยนรูปนี้วงจรไม่ตัดกับเส้นปัจจุบัน จากนั้นเนื่องจากหลักการของการทับซ้อนการไหลเวียนของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตามเส้นทางที่ครอบคลุมกระแสหลายกระแสจึงเป็นสัดส่วนกับผลรวมพีชคณิต (รูปที่ 6.30)

ข้าว. 6.30 น. วงปิด (L) พร้อมทิศทางบายพาสที่ระบุ
กระแส I 1, I 2 และ I 3 แสดงให้เห็น ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก
เฉพาะกระแส I 2 และ I 3 เท่านั้นที่มีส่วนช่วยในการไหลเวียนของสนามแม่เหล็กตามแนวเส้น (L)

หากวงจรที่เลือกไม่ครอบคลุมกระแส การไหลเวียนผ่านวงจรนั้นจะเป็นศูนย์

เมื่อคำนวณผลรวมเชิงพีชคณิตของกระแสควรคำนึงถึงเครื่องหมายของกระแส: เราจะพิจารณากระแสที่เป็นบวกซึ่งมีทิศทางที่เกี่ยวข้องกับทิศทางการเคลื่อนที่ตามแนวเส้นตามกฎของสกรูด้านขวา เช่น การบริจาคในปัจจุบัน ฉัน 2 ในการไหลเวียนเป็นลบ และการมีส่วนร่วมในปัจจุบัน ฉัน 3 - บวก (รูปที่ 6.18) โดยใช้อัตราส่วน

ระหว่างความแรงในปัจจุบัน ฉันผ่านพื้นผิวปิดใดๆ สและความหนาแน่นกระแสสำหรับการไหลเวียนของเวกเตอร์ ใน สามารถเขียนลงไปได้

ที่ไหน ส- พื้นผิวปิดใด ๆ ที่วางอยู่บนโครงร่างที่กำหนด ล.

ฟิลด์ดังกล่าวเรียกว่า กระแสน้ำวน. ดังนั้นจึงไม่สามารถนำศักย์ไฟฟ้ามาใช้กับสนามแม่เหล็กได้ เช่นเดียวกับที่ทำกับสนามไฟฟ้าของประจุแบบจุด ความแตกต่างระหว่างสนามศักย์ไฟฟ้าและสนามกระแสน้ำวนสามารถแสดงได้ชัดเจนที่สุดด้วยรูปภาพของเส้นสนาม เส้นสนามไฟฟ้าสถิตเป็นเหมือนเม่น: เริ่มต้นและสิ้นสุดด้วยประจุ (หรือไปยังระยะอนันต์) เส้นสนามแม่เหล็กไม่เคยมีลักษณะคล้ายกับ "เม่น": เส้นสนามแม่เหล็กจะปิดและโอบรับกระแสน้ำอยู่เสมอ

เพื่อแสดงให้เห็นการประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทการไหลเวียน ขอให้เราค้นหาสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์อนันต์ที่ทราบอยู่แล้วด้วยวิธีอื่น ลองใช้รูปทรงสี่เหลี่ยม 1-2-3-4 (รูปที่ 6.31) แล้วคำนวณการไหลเวียนของเวกเตอร์ ใน ตามแนวเส้นนี้

ข้าว. 6.31. การประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทการไหลเวียน B กับการหาค่าสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์

อินทิกรัลที่สองและสี่มีค่าเท่ากับศูนย์เนื่องจากความตั้งฉากของเวกเตอร์และ

เราจำลองผลลัพธ์ (6.20) โดยไม่ต้องรวมสนามแม่เหล็กจากแต่ละรอบ

ผลลัพธ์ที่ได้ (6.35) สามารถใช้ค้นหาสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์วงแหวนบางๆ ได้ (รูปที่ 6.32)

ข้าว. 6.32. ขดลวด Toroidal: เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะถูกปิดภายในขดลวดและก่อตัวเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน พวกมันถูกชี้นำในลักษณะที่เมื่อมองตามพวกมัน เราจะเห็นกระแสน้ำที่หมุนวนตามเข็มนาฬิกา เส้นเหนี่ยวนำเส้นใดเส้นหนึ่งที่มีรัศมี r 1 ≤ r< r 2 изображена на рисунке

ท่ามกลาง ปริมาณทางกายภาพฟลักซ์แม่เหล็กมีบทบาทสำคัญ 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 ได้เสนอแนวคิดเรื่อง เส้นปิดการเหนี่ยวนำ 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 ข้อเท็จจริงนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง: การเคลื่อนที่ของแม่เหล็กถาวร การเคลื่อนที่ของเส้นลวด หรือการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในตัวนำใกล้เคียง

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

สำคัญ!เพื่อให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้น สายไฟจะต้องข้ามสายไฟ เมื่อเคลื่อนไปตามเส้นไม่มี EMF

หากคอยล์ที่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเปิดอยู่ วงจรไฟฟ้าจากนั้นกระแสจะเกิดขึ้นในขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำ

กฎมือขวา

เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กนั้น ทิศทางของมันขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นลวด วิธีการกำหนดทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเรียกว่า "วิธีทางขวา"

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

กฎมือขวา

การคำนวณขนาดของสนามแม่เหล็กเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบ เครื่องจักรไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า

วีดีโอ

เพื่อให้เข้าใจความหมายของแนวคิดใหม่ของ "ฟลักซ์แม่เหล็ก" เราจะวิเคราะห์การทดลองหลายรายการโดยละเอียดด้วยการเหนี่ยวนำ EMF โดยให้ความสนใจกับด้านปริมาณของการสังเกตที่เกิดขึ้น

ในการทดลองของเรา เราจะใช้การตั้งค่าที่แสดงในรูปที่ 1 2.24.

ประกอบด้วยขดลวดขนาดใหญ่หลายรอบพันบนหลอดกระดาษแข็งเคลือบหนา คอยล์ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ผ่านสวิตช์และรีโอสแตทแบบปรับค่า ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ติดตั้งในคอยล์สามารถตัดสินได้ด้วยแอมป์มิเตอร์ (ไม่แสดงในรูปที่ 2.24)

ภายในขดลวดขนาดใหญ่สามารถติดตั้งขดลวดขนาดเล็กอีกอันซึ่งปลายเชื่อมต่อกับอุปกรณ์แมกนีโตอิเล็กทริก - กัลวาโนมิเตอร์

เพื่อความชัดเจนของภาพ ส่วนหนึ่งของคอยล์จะถูกแสดงออกมา ซึ่งจะช่วยให้คุณเห็นตำแหน่งของคอยล์ขนาดเล็ก

เมื่อปิดหรือเปิดสวิตช์ EMF จะถูกเหนี่ยวนำในขดลวดขนาดเล็ก และเข็มกัลวาโนมิเตอร์จะถูกเหวี่ยงออกจากตำแหน่งศูนย์ในช่วงเวลาสั้นๆ

จากการเบี่ยงเบน เราสามารถตัดสินได้ว่าในกรณีใด EMF ที่ใช้จะมากกว่าและน้อยกว่า

ข้าว. 2.24. อุปกรณ์ที่คุณสามารถศึกษาการเหนี่ยวนำ EMF โดยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

เมื่อสังเกตจำนวนการแบ่งที่ลูกศรถูกขว้างออกไป เราสามารถเปรียบเทียบผลกระทบที่เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในเชิงปริมาณได้

การสังเกตครั้งแรก เมื่อใส่อันเล็ก ๆ เข้าไปในคอยล์ใหญ่แล้วเราจะยึดมันให้แน่นและตอนนี้เราจะไม่เปลี่ยนแปลงอะไรในตำแหน่งของพวกเขา

มาเปิดสวิตช์กันและโดยการเปลี่ยนความต้านทานของลิโน่ที่เชื่อมต่ออยู่หลังแบตเตอรี่ให้ตั้งค่ากระแสที่แน่นอนเช่น

ตอนนี้ให้เราปิดสวิตช์ในขณะที่สังเกตกัลวาโนมิเตอร์ ปล่อยให้มันทิ้งไปเท่ากับ 5 ส่วนทางด้านขวา:

เมื่อกระแส 1A ถูกปิด

ลองเปิดสวิตช์อีกครั้งแล้วเปลี่ยนความต้านทานเพิ่มกระแสของคอยล์ใหญ่เป็น 4 A

ปล่อยให้กัลวาโนมิเตอร์สงบลงแล้วปิดสวิตช์อีกครั้งโดยสังเกตกัลวาโนมิเตอร์

หากทิ้งเป็น 5 แผนกเมื่อปิดกระแส 1 A ตอนนี้เมื่อปิด 4 A เราสังเกตว่าการทิ้งเพิ่มขึ้น 4 เท่า:

เมื่อกระแส 4A ถูกปิด

จากการสังเกตดังกล่าวอย่างต่อเนื่อง เป็นเรื่องง่ายที่จะสรุปได้ว่าการปฏิเสธของกัลวาโนมิเตอร์และ EMF ที่เหนี่ยวนำ จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นของกระแสสวิตช์

แต่เรารู้ว่าการเปลี่ยนแปลงของกระแสทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็ก (การเหนี่ยวนำ) ดังนั้นข้อสรุปที่ถูกต้องจากการสังเกตของเราคือ:

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นแปรผันตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

การสังเกตโดยละเอียดเพิ่มเติมยืนยันความถูกต้องของข้อสรุปนี้

การสังเกตครั้งที่สอง มาดูการปฏิเสธของกัลวาโนมิเตอร์ต่อไปโดยปิดกระแสเดิมเช่น 1-4 A แต่เราจะเปลี่ยนจำนวนรอบ N ของคอยล์เล็ก ๆ โดยปล่อยให้ตำแหน่งและขนาดของมันไม่เปลี่ยนแปลง

ให้เราสมมติว่าการปฏิเสธกัลวาโนมิเตอร์

สังเกตได้ที่ (100 รอบบนขดลวดขนาดเล็ก)

การปฏิเสธของกัลวาโนมิเตอร์จะเปลี่ยนไปอย่างไรหากจำนวนรอบเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่า

นี่คือสิ่งที่คาดหวัง

ในความเป็นจริง การหมุนของขดลวดขนาดเล็กทั้งหมดอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กเดียวกัน และจะต้องเหนี่ยวนำให้เกิด EMF เดียวกันในแต่ละเทิร์น

ให้เราแสดง EMF ของเทิร์นหนึ่งด้วยตัวอักษร E จากนั้น EMF ของ 100 รอบที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมหนึ่งต่อกันควรมากกว่า 100 เท่า:

เมื่อครบ 200 รอบ

สำหรับจำนวนเทิร์นอื่นๆ

หากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของจำนวนรอบ มันจะไปโดยไม่บอกว่าการปฏิเสธของกัลวาโนมิเตอร์ก็ควรเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบด้วย

นี่คือสิ่งที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น ดังนั้น,

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นแปรผันตามจำนวนรอบ

เราเน้นย้ำอีกครั้งว่าขนาดของคอยล์ขนาดเล็กและตำแหน่งของคอยล์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการทดลองของเรา ดำเนินไปโดยไม่ได้บอกว่าทำการทดลองในขดลวดขนาดใหญ่เส้นเดียวกันโดยปิดกระแสไฟเดียวกัน

ข้อสังเกตที่สาม หลังจากทำการทดลองหลายครั้งกับขดลวดขนาดเล็กเดียวกันในขณะที่กระแสไฟสวิตซ์ยังคงที่ จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบได้ว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของขดลวดขนาดเล็ก

หากต้องการสังเกตการพึ่งพา EMF ที่เกิดขึ้นกับตำแหน่งของคอยล์ขนาดเล็ก เราจะปรับปรุงการตั้งค่าของเราบ้าง (รูปที่ 2.25)

ที่ปลายด้านนอกของแกนของขดลวดเล็ก ๆ เราติดลูกศรชี้และวงกลมที่มีการหาร (เช่น

ข้าว. 2.25. อุปกรณ์สำหรับหมุนขดลวดขนาดเล็กที่ติดตั้งบนแท่งที่ผ่านผนังของขดลวดขนาดใหญ่ ก้านเชื่อมต่อกับลูกศรชี้ ตำแหน่งของลูกศรบนครึ่งวงกลมที่มีการแบ่งเป็นส่วนต่างๆ แสดงให้เห็นว่าขดลวดเล็กๆ ของขดลวดที่พบในวิทยุนั้นตั้งอยู่อย่างไร)

ด้วยการหมุนแกน ตอนนี้เราสามารถตัดสินจากตำแหน่งของลูกศรชี้ตำแหน่งที่ครอบครองโดยขดเล็กภายในอันใหญ่

ข้อสังเกตแสดงให้เห็นว่า

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะเกิดขึ้นเมื่อแกนของขดลวดขนาดเล็กเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก

กล่าวคือเมื่อแกนของขดลวดใหญ่และเล็กขนานกัน

ข้าว. 2.26. สู่บทสรุปของแนวคิด “ฟลักซ์แม่เหล็ก” สนามแม่เหล็กแสดงด้วยเส้นที่ลากในอัตราสองเส้นต่อ 1 cm2: a - ขดลวดที่มีพื้นที่ 2 cm2 ตั้งอยู่ตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กจะควบคู่กับการหมุนของขดลวดแต่ละรอบ ฟลักซ์นี้แสดงเป็นเส้นสี่เส้นที่พาดผ่านขดลวด b - ขดลวดที่มีพื้นที่ 4 cm2 ตั้งฉากกับทิศทางของสนาม ฟลักซ์แม่เหล็กจะควบคู่กับการหมุนของขดลวดแต่ละรอบ ฟลักซ์นี้แสดงเป็นเส้นแปดเส้นที่พาดผ่านขดลวด c - ขดลวดที่มีพื้นที่ 4 cm2 ตั้งอยู่ในแนวเฉียง ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับแต่ละรอบนั้นแสดงเป็นเส้นสี่เส้น มันเท่ากันตามที่แต่ละบรรทัดแสดงให้เห็น ดังที่เห็นได้จากรูปที่. 2.26, a และ b, กระแส c ฟลักซ์ที่อยู่คู่กับคอยล์จะลดลงเนื่องจากการเอียง

การเรียงตัวของขดลวดเล็กๆ ดังแสดงในรูปนี้ 2.26 ก และ ข เมื่อขดลวดหมุน แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะน้อยลงเรื่อยๆ

ท้ายที่สุด หากระนาบของขดลวดขนาดเล็กขนานกับเส้นสนาม ก็จะไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้น อาจเกิดคำถามว่า จะเกิดอะไรขึ้นกับการหมุนคอยล์เล็กต่อไป?

หากเราหมุนคอยล์มากกว่า 90° (สัมพันธ์กับตำแหน่งเริ่มต้น) สัญญาณของ EMF ที่เหนี่ยวนำจะเปลี่ยนไป เส้นสนามจะเข้าขดลวดจากอีกด้านหนึ่ง

ข้อสังเกตที่สี่. สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตครั้งสุดท้าย

ให้เราเลือกตำแหน่งที่เราจะวางคอยล์เล็ก ๆ

ตัวอย่างเช่นให้เราตกลงที่จะวางไว้ในตำแหน่งที่ EMF เหนี่ยวนำนั้นมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (แน่นอนสำหรับจำนวนรอบที่กำหนดและ มูลค่าที่กำหนดกระแสไฟฟ้าขัดจังหวะ) ลองทำขดลวดเล็กๆ หลายอันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน แต่มีจำนวนรอบเท่ากัน

เราจะวางคอยล์เหล่านี้ไว้ในตำแหน่งเดียวกันและเมื่อปิดกระแสเราจะสังเกตการปฏิเสธของกัลวาโนมิเตอร์

ประสบการณ์จะแสดงให้เราเห็นว่า

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นเป็นสัดส่วนกับพื้นที่หน้าตัดของขดลวด

สนามแม่เหล็ก. ข้อสังเกตทั้งหมดทำให้เราสรุปได้ว่า

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเสมอ

แต่ฟลักซ์แม่เหล็กคืออะไร?

อันดับแรก เราจะพูดถึงฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ราบ S ซึ่งสร้างมุมฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กจะเท่ากับผลคูณของพื้นที่และการเหนี่ยวนำหรือ

ที่นี่ S คือพื้นที่ของเว็บไซต์ของเรา m2;; B - การเหนี่ยวนำ, T; F - ฟลักซ์แม่เหล็ก, Wb

หน่วยของการไหลคือเวเบอร์

แทนสนามแม่เหล็กผ่านเส้น เราสามารถพูดได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับจำนวนเส้นที่เจาะพื้นที่

ถ้าลากเส้นสนามเพื่อให้จำนวนเส้นบนระนาบตั้งฉากเท่ากับการเหนี่ยวนำสนาม B แล้วฟลักซ์จะเท่ากับจำนวนเส้นดังกล่าว

ในรูป 2.26 Magnetic lule in แสดงเป็นเส้นที่ลากในอัตรา 2 เส้นต่อแต่ละเส้น ซึ่งสอดคล้องกับฟลักซ์แม่เหล็กที่มีขนาด

ตอนนี้เพื่อกำหนดขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กก็เพียงพอที่จะนับจำนวนเส้นที่เจาะไซต์แล้วคูณจำนวนนี้ด้วย

ในกรณีของรูปที่. 2.26 และฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นที่ 2 ตารางเซนติเมตร ตั้งฉากกับทิศทางของสนาม

ในรูป 2.26 และบริเวณนี้ถูกแทงด้วยเส้นแม่เหล็กสี่เส้น ในกรณีของรูปที่. 2.26, b ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นที่ตามขวาง 4 cm2 ที่มีการเหนี่ยวนำ 0.2 T

และเราเห็นว่าไซต์นั้นถูกแทงด้วยเส้นแม่เหล็กแปดเส้น

ฟลักซ์แม่เหล็กที่ควบคู่กับขดลวด เมื่อพูดถึง EMF ที่ถูกเหนี่ยวนำ เราต้องคำนึงถึงฟลักซ์ที่ควบคู่กับคอยล์

การไหลควบคู่กับขดลวดคือการไหลที่ทะลุพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยขดลวด

ในรูป 2.26 ฟลักซ์ควบคู่กับแต่ละรอบของคอยล์ ในกรณีดังรูปที่ 1 2.26, a เท่ากับ a ในกรณีของรูปที่ 2.26, b การไหลเท่ากับ

ถ้าแท่นไม่ตั้งฉากแต่เอียงไป เส้นแม่เหล็กดังนั้นจึงไม่สามารถหาฟลักซ์จากผลคูณของพื้นที่และการเหนี่ยวนำอีกต่อไป ฟลักซ์ในกรณีนี้ถูกกำหนดให้เป็นผลคูณของการเหนี่ยวนำและพื้นที่ฉายภาพของเว็บไซต์ของเรา เรากำลังพูดถึงการฉายภาพบนระนาบที่ตั้งฉากกับเส้นสนามหรือเกี่ยวกับเงาที่ทอดมาจากแท่น (รูปที่ 2.27)

อย่างไรก็ตาม สำหรับรูปทรงใดๆ ของไซต์ กระแสน้ำยังคงเป็นสัดส่วนกับจำนวนเส้นที่ผ่าน หรือเท่ากับจำนวนเส้นเดี่ยวที่เจาะไซต์

ข้าว. 2.27. ไปยังเอาต์พุตของการฉายภาพไซต์ เมื่อดำเนินการทดลองโดยละเอียดมากขึ้น และรวมข้อสังเกตที่สามและสี่ของเราเข้าด้วยกัน เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นแปรผันตามพื้นที่ของเงาที่ขดลวดเล็ก ๆ ของเราจะโยนบนระนาบที่ตั้งฉากกับเส้นสนามหากมันถูกส่องสว่างด้วยรังสีของแสง เส้นขนานสาขา เงานี้เรียกว่าการฉายภาพ

ดังนั้นในรูป 2.26 ค่าฟลักซ์ผ่านพื้นที่ 4 cm2 ที่มีการเหนี่ยวนำ 0.2 T เท่ากับเท่านั้น (เส้นราคาที่ ) การแสดงสนามแม่เหล็กด้วยเส้นมีประโยชน์มากในการกำหนดฟลักซ์

ถ้าฟลักซ์ Ф เชื่อมโยงกับแต่ละรอบ N ของขดลวด ผลิตภัณฑ์ NФ สามารถเรียกได้ว่าเป็นการเชื่อมต่อฟลักซ์ที่สมบูรณ์ของขดลวด แนวคิดของการเชื่อมต่อฟลักซ์สามารถใช้งานได้สะดวกเป็นพิเศษเมื่อมีการเชื่อมโยงการไหลที่แตกต่างกันไปยังทางเลี้ยวที่ต่างกัน ในกรณีนี้ การเชื่อมต่อฟลักซ์ทั้งหมดคือผลรวมของฟลักซ์ที่เชื่อมโยงกับแต่ละรอบ

หมายเหตุบางประการเกี่ยวกับคำว่า "ไหล" ทำไมเราถึงพูดถึงการไหล? คำนี้เกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่องการไหลของบางสิ่งที่เป็นแม่เหล็กหรือไม่? ในความเป็นจริง เมื่อเราพูดว่า "กระแสไฟฟ้า" เราจะจินตนาการถึงการเคลื่อนที่ (การไหล) ของประจุไฟฟ้า สถานการณ์จะเหมือนกันในกรณีของฟลักซ์แม่เหล็กหรือไม่?

ไม่ เมื่อเราพูดว่า "ฟลักซ์แม่เหล็ก" เราหมายถึงเพียงการวัดเฉพาะของสนามแม่เหล็ก (พื้นที่คูณด้วยความแรงของสนาม) คล้ายกับการวัดที่ใช้โดยวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาการเคลื่อนที่ของของไหล เมื่อน้ำเคลื่อนที่เขาเรียกว่าการไหลของผลคูณของความเร็วของน้ำและพื้นที่ของแท่นที่อยู่ตามขวาง (การไหลของน้ำในท่อเท่ากับความเร็วของมันโดยพื้นที่หน้าตัดของ ​ท่อ)

แน่นอนว่าสนามแม่เหล็กเองซึ่งเป็นสสารประเภทหนึ่งก็เกี่ยวข้องกับรูปแบบการเคลื่อนที่พิเศษเช่นกัน เรายังไม่มีแนวคิดและความรู้ที่ชัดเจนเพียงพอเกี่ยวกับธรรมชาติของการเคลื่อนไหวนี้ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่จะรู้มากเกี่ยวกับคุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของพลังงานรูปแบบพิเศษ แต่มาตรการหลักคือ การเหนี่ยวนำ การวัดที่สำคัญมากอีกประการหนึ่งคือฟลักซ์แม่เหล็ก