חוק הזרם הכולל במילים פשוטות

נושא מוכר בשם הנדסת חשמל מכיל בתוכניתו סדרה של חוקים יסודיים המגדירים את עקרונות האינטראקציה הפיזית בשדה מגנטי. הם מרחיבים את השפעתם על אלמנטים שונים של מכשירים חשמליים, כמו גם על המבנים והסביבות שלהם. הפיזיקה של התהליכים המתרחשים בהם קשורה למושגים בסיסיים כמו זרמי חשמל ושדות. חוק הזרם הכולל קובע את הקשר בין תנועת המטענים החשמליים לבין השדה המגנטי שנוצר על ידיו (ליתר דיוק, עוצמתו). המדע המודרני טוען כי היישום שלו משתרע כמעט לכל הסביבות.

מהות החוק

החוק הנחשב החל במעגלים מגנטיים קובע את הקשר הכמותי הבא בין מרכיביו המרכיבים. זרימת וקטור השדה המגנטי בלולאה סגורה פרופורציונלית לסכום הזרמים החודרים אליו. כדי להבין את המשמעות הפיזית של חוק הזרם הכולל, יהיה עליכם להכיר את הייצוג הגרפי של התהליכים המתוארים על ידו.

מן הדמות ניתן לראות כי כשני מוליכים עם זרמים I1 ו- I2 הזורמים דרכם, נוצר שדה מוגבל על ידי המעגל L. הוא מוצג כדמות סגורה מדומיינת מנטאלית, שהמטוס שלה מנוקב על ידי מוליכים עם מטענים נעים. במילים פשוטות, ניתן לבטא חוק זה באופן הבא. בנוכחות מספר זרימות חשמל דרך המשטח הדמיוני המדומה המכוסה על ידי קווי המתאר L, נוצר בתוכו שדה מגנטי עם חלוקת עוצמה קבועה מראש.

לכיוון החיובי של הווקטור בהתאם לחוק המתאר של המעגל המגנטי נבחר עם כיוון השעון. ניתן להעלות על הדעת גם את זה.

הגדרה כזו של שדה המעורה שנוצר על ידי הזרמים מציעה כי הכיוון של כל אחד מהזרמים יכול להיות שרירותי.

להשוואה! יש להבדיל בין מבנה השדה המוצג לבין המנגנון המתאר אותו, לבין זרימת הווקטור האלקטרוסטטי "E", שתמיד שווה לאפס עוקף את המעגל. כתוצאה מכך, תחום כזה מתייחס למבנים פוטנציאליים. זרימת הווקטור "B" של השדה המגנטי לעולם אינה אפס. לכן זה נקרא "מערבולת".

מושגי יסוד

בהתאם לחוק הנדון, הגישה הפשוטה הבאה משמשת לחישוב שדות מגנטיים. הזרם הכולל מיוצג כסכום של מספר רכיבים הזורמים במשטח המכוסה על ידי מעגל סגור L. ניתן לייצג את החישובים התיאורטיים כדלקמן:

1. הזרם החשמלי הכולל הזורם במעגלים Σ I הוא הסכום הווקטורי של I1 ו- I2.
2. בדוגמה זו, כדי לקבוע אותה, השתמש בנוסחה:
   ΣI = I1 - I2 (מינוס לפני המונח השני פירושו כיווני הזרמים מנוגדים).
3. הם, בתורם, נקבעים על פי החוק הידוע בהנדסת חשמל (כלל) גימלט.

השדה המגנטי לאורך קווי המתאר מחושב על בסיס החישובים המתקבלים בטכניקות מיוחדות. כדי למצוא אותו, יש צורך לשלב פרמטר זה על L באמצעות משוואת מקסוול המוצגת באחת מהטפסים.ניתן ליישם אותו בצורה דיפרנציאלית, אך הדבר יסבך מעט את החישובים.

גישה משולבת מפושטת

אם אנו משתמשים בייצוג הדיפרנציאלי, ביטוי החוק של הזרם הכולל בצורה מפושט יהיה קשה מאוד (במקרה זה יש להכניס לתוכו רכיבים נוספים). נוסיף לכך ששדה המערבולת המגנטית הנוצרת על ידי הזרמים הנעים במעגל נקבע במקרה זה תוך התחשבות בזרם ההטיה, התלוי בקצב השינוי של אינדוקציה חשמלית.

לכן בפועל, ב- TOE, הצגת הנוסחאות לזרמים מלאים בצורה של סיכום קטעים מיקרוסקופיים קטנים במעגל עם שדות מפותלים שנוצרו בהם פופולרית יותר. גישה זו כוללת יישום של משוואת מקסוול בצורה אינטגרלית. כאשר הוא מיושם, קווי המתאר מחולקים לקטעים קטנים הנחשבים לפשוטים בקירוב הראשון (על פי החוק ההנחה היא שהשדה המגנטי אחיד). ערך זה, המוגדר כ- Um עבור קטע בודד באורך ΔL של השדה המגנטי הפועל בוואקום, מוגדר כדלקמן:

אום = HL * ΔL

המתח הכולל לאורך קווי המתאר המלא L, המוצג בקצרה בצורה אינטגרלית, נמצא על ידי הנוסחה הבאה:

UL = Σ HL * ΔL.

החוק של הזרם הכולל לוואקום

במתכונתו הסופית, שנוסחה על פי כל כללי השילוב, החוק של הזרם הכולל נראה כך. ניתן לייצג זרימת הווקטור "B" בלולאה סגורה כתוצר של הקבוע המגנטי M בכמות הזרמים:

האינטגרל של B מעל dL = האינטגרל של Bl מעל dL = M Σ בתוך

כאשר n הוא המספר הכולל של המוליכים עם זרמים רב כיווניים המכוסים על ידי מעגל L מדומה נפשית בעל צורה שרירותית.

כל זרם נלקח בחשבון בנוסחה זו פעמים רבות ככל שהוא מכוסה לחלוטין על ידי מעגל זה.

הצורה הסופית של החישובים המתקבלים לחוק הזרם הכולל מושפעת במידה רבה מה המדיום בו פועל הכוח (השדה) האלקטרומגנטי המושרה.

השפעה על הסביבה

היחסים הנחשבים לחוק הזרמים והשדות הפועלים לא בוואקום, אלא במדיום מגנטי, לובשים צורה מעט שונה. במקרה זה, בנוסף למרכיבי הזרם העיקריים, מוצג המושג של זרמים מיקרוסקופיים העולים במגנט, למשל, או בכל חומר הדומה לו.

הקשר ההכרחי נגזר במלואו מהמשפט על מחזור הווקטור של אינדוקציה מגנטית B. במילים פשוטות, הוא בא לידי ביטוי בצורה הבאה. הערך הכולל של הווקטור B כשהוא משולב במעגל שנבחר שווה לסכום זרמי המאקרו המכוסים על ידיו כפול המקדם של הקבוע המגנטי.

כתוצאה מכך הנוסחה של "B" בחומר נקבעת על ידי הביטוי:

האינטגרל של B מעל dL = האינטגרל של Bl מעל dL = M(אני+אני1)

איפה: dL הוא האלמנט הדיסקרטי של המעגל המכוון לאורך המעקף שלו, Bl הוא הרכיב בכיוון המשיק בנקודה שרירותית, bI ו- I1 הם זרם ההולכה והזרם המיקרוסקופי (המולקולרי).

אם השדה פועל בסביבה המורכבת מחומרים שרירותיים, יש לקחת בחשבון את הזרמים המיקרוסקופיים האופייניים למבנים אלה.

חישובים אלה נכונים גם לגבי השדה שנוצר בסולנואיד או בכל מדיום אחר עם חדירות מגנטית סופית.

להשוואה

במערכת המדידה השלמה והמקיפה ביותר של GHS, חוזק השדה המגנטי מיוצג ב- Oersteds (E). במערכת קיימת אחרת (SI) היא מתבטאת באמפר למטר (A / meter). כיום מוחלפים בהדרגה על ידי מכשיר יחידה נוחה יותר בפעולה - אמפר למטר.בעת תרגום תוצאות המדידות או החישובים מ- SI ל- GHS, נעשה שימוש ביחס הבא:

1 e = 1000 / (4π) A / m ≈ 79.5775 אמפר / מטר.

בחלקו האחרון של הסקירה נציין כי לא משנה מה נעשה שימוש בנוסח חוק הזרמים המלאים, מהותו נותרה בעינה. במילים שלו, ניתן לייצג זאת באופן הבא: זה מבטא את הקשר בין הזרמים החודרים למעגל זה לבין השדות המגנטיים שנוצרו בחומר.

לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון וידאו שימושי בנושא המאמר:

חומרים קשורים:

• מהו שדה חשמלי
• התנגדות מוליכים מול טמפרטורה
• התגליות הגדולות ביותר של ניקולה טסלה