Magnētiskā plūsma (bieži apzīmēta ar Φ) ir lauka kvantitatīvs raksturojums, kas atspoguļo, cik daudz magnētiskās indukcijas laukam B “šķērso” dotu virsmu. Matemātiski to definē kā virsmas integrāli Φ = ∫ B · dA (tātad laukvērtības vektora B un neliela virsmas elementa dA skalārais reizinājums, integrēts pāri virsmai). Ja lauks ir vienmērīgs un perpendikulārs plaknei, tad vienkāršs aprēķins ir Φ = B · A.

Fiziska būtība

Klasiskajā elektromagnētismā magnētiskā lauka avots ir kustība lādiņu (elektriskie strāvas pagriezieni) un pastāvīgie magnētiskie dipoli (piem., atomu magnētiskie momenti). Feromagnētiskos materiālos magnētisms rodas galvenokārt no elektronu spina un orbitālā leņķiskā momenta orientācijas, ko savstarpēji stabilizē kvantu mehānikas apmaiņas mijiedarbība. Kvantu līmenī elektromagnētiskās mijiedarbības kvantus var saistīt ar fotoniem, taču ikdienas un inženiertehniskajos aprēķinos magnētisko lauku apraksta kā laukus, nevis atsevišķus fotonus.

Īpatnības un likumi

  • Gaussa likums magnētismam: magnētiskās plūsmas caur jebkuru slēgtu virsmu vienmēr ir nulle (∮ B · dA = 0). Tas atspoguļo to, ka nav novērots magnētiskais monopols.
  • Plūsmas saistība ar tinumu: tinuma ar N vijumiem plūsmas saistība (flux linkage) ir Ψ = NΦ.
  • Faradeja indukcijas likums: elektromotoriskā spēka (EMF) inducētais spriegums tinumā ir proporcionāls plūsmas izmaiņu ātrumam: emf = − d(NΦ)/dt. Zīme norāda uz Lenca likumu (inducētā EMF virziens pretgaitā plūsmas izmaiņām).

Mērvienības un pārvērtības

Magnētiskās plūsmas SI mērvienība ir Vēbers (Wb). Vēberu var izteikt arī kā teslu reizinātu ar kvadrātmetru (1 Wb = 1 T·m²) vai kā voltsekundi (1 Wb = 1 V·s) — tas atbilst Faradeja likuma vienībām. CGS sistēmā plūsmas mērvienība ir Maxwell, un pārvēršana ir: 1 Wb = 10^8 maxwell.

Mērīšana un aprēķināšana

Magnētisko plūsmu var noteikt tieši ar fluxmetriem vai netieši, mērot magnētiskās indukcijas laukus (piemēram, ar Gaussmetru/teslametru) un integrējot pa virsmu. Inženieri bieži izmanto:

  • meklētā spoles (search coil) metodes, lai izmērītu inducēto spriegumu un pēc tam aprēķinātu plūsmu;
  • numeriskās metodes (piem., beigu elementu metodes), lai modelētu lauku sadalījumu un plūsmas ceļus sarežģītās magnētiskajās ķēdēs;
  • magnētiskos kodolus un plūsmas koncentratorus, lai pielāgotu un palielinātu plūsmu konkrētās ierīcēs.

Pielietojumi

Magnētisko plūsmu izmanto daudzās inženierijas un fizikas jomās. Tipiski piemēri:

  • transformatori un induktori — kodolu dizains tiek optimizēts, lai nodrošinātu nepieciešamo plūsmu un izvairītos no pārlēkšanās (saturācijas);
  • elektromotori un ģeneratori — plūsmas radošā un savstarpējā mijiedarbība nosaka efektivitāti un momentu;
  • elektromagnēti un magnētiskie slēdži — plūsma nosaka spēku un piesaisti (elektromagnētiem);
  • mērījumu ierīces un sensorsistēmas, piemēram, fluxmetri, fluxgate magnetometri, spoles mērīšanai;
  • dynamometriskās ierīces un momenta mērījumi (dinamometrus);
  • liela mēroga zinātniskā aparatūra, piemēram, magnētiskie lauki daļiņu paātrinātājos (daļiņu paātrinātājus.).

Magnētiskās plūsmas izpratne un precīza aprēķināšana ir būtiska gan teorētiskajai fizikai, gan praktiskajai elektroinženierijai, jo tā tieši ietekmē indukcijas efektus, ierīču veiktspēju un drošību.