Magnetinis srautas yra magnetinio lauko kiekis, kuris prasiskverbia į plotą stačiu kampu. Paprastoje situacijoje, kai laukas eina stačiu kampu per plokščią paviršių, šis dydis yra magnetinio lauko stiprumas, padaugintas iš paviršiaus ploto. Tačiau daugumoje realių situacijų reikia atsižvelgti į kitus veiksnius. Magnetinis srautas yra svarbi sąvoka daugelyje mokslo sričių, susijusių su elektros varikliais, generatoriais ir Žemės magnetinio lauko tyrimais. Fizikoje jis vaizduojamas graikiška raide phi, φ.
Gauso dėsnis
Juostinis magnetas turi du polius, pavadintus šiauriniu ir pietu, atsižvelgiant į tai, kaip jie reaguoja į Žemės magnetinį lauką, kuris yra maždaug šiaurės-pietų kryptimi. Tai mokslinis susitarimas, kad magnetinės jėgos linijos teka iš šiaurės į pietus. Jei žmogus paima dvimatį stačiakampį paviršių šiauriniame strypo magneto gale, jis turi magnetinį srautą, kaip ir paviršius pietiniame poliuje. Tačiau magnetas kaip visuma neturi srauto, nes šiaurinis ir pietinis galai yra vienodo stiprumo, o laukas „teka“ iš šiaurinio ašigalio į pietų ašigalį, sudarydamas uždarą kilpą.
Gauso magnetizmo dėsnis teigia, kad uždaro paviršiaus, pavyzdžiui, rutulio, kubo ar strypo magneto, magnetinis srautas visada yra lygus nuliui. Tai dar vienas būdas pasakyti, kad objektas, nesvarbu, koks mažas, turintis šiaurės ašigalį, visada turi turėti vienodo stiprumo pietinį ašigalį ir atvirkščiai. Viskas, kas turi magnetinį lauką, yra dipolis, tai reiškia, kad jis turi du polius. Kai kurie mokslininkai spėliojo, kad gali egzistuoti magnetiniai monopoliai, tačiau jų niekada nebuvo aptikta. Jei jie būtų rasti, Gauso dėsnį tektų keisti.
Faradėjaus dėsnis
Faradėjaus dėsnis teigia, kad magnetinio srauto pasikeitimas vielos ritėje sukurs įtampą arba elektrovaros jėgą (EMF). Tai pasieksite tiesiog perkeldami magnetą šalia vielos ritės, taip pat pasikeis magnetinio lauko stiprumas. Pagamintą įtampą galima nustatyti pagal magnetinio srauto kitimo greitį ir ritės apsisukimų skaičių.
Tai yra elektros generatorių principas, kai judėjimą sukuria, pavyzdžiui, tekantis vanduo, vėjas arba variklis, varomas iškastiniu kuru. Magnetai ir vielos ritės paverčia šį judėjimą elektros energija pagal Faradėjaus dėsnį. Elektros varikliai demonstruoja tą pačią idėją atvirkščiai: kintamoji elektros srovė vielos ritėse sąveikauja su magnetais, kad sukurtų judėjimą.
Magnetinės medžiagos
Medžiagų reakcija į magnetinius laukus skiriasi. Feromagnetinės medžiagos sukuria stipresnį savo magnetinį lauką ir šis laukas gali išlikti pašalinus išorinį lauką, palikdamas nuolatinį magnetą. Geležis yra geriausiai žinomas šio tipo elementas, tačiau šį poveikį demonstruoja ir kiti metaliniai elementai, tokie kaip kobaltas, nikelis, gadolinis ir disprosis. Labai galingi magnetai gali būti pagaminti iš retųjų žemių metalų neodimio ir samariumo lydinių.
Paramagnetinės medžiagos sukuria magnetinį lauką, reaguodamos į išorinį, sukurdamos santykinai silpną trauką, kuri nėra nuolatinė. Varis ir aliuminis yra pavyzdžiai. Kitas pavyzdys – deguonis; šiuo atveju efektas geriausiai parodomas naudojant skystą elementą.
Diamagnetinės medžiagos sukuria magnetinį lauką, kuris yra priešingas išoriniam laukui ir sukelia atstūmimą. Visoms medžiagoms būdingas toks poveikis, tačiau jis paprastai yra labai silpnas ir visada silpnesnis už feromagnetizmą ar paramagnetizmą. Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, anglies forma, vadinama pirolitiniu grafitu, poveikis yra pakankamai stiprus, kad mažas tokio tipo medžiagos gabalėlis galėtų plūduriuoti ore tiesiai virš stiprių magnetų išdėstymo.
Srauto apskaičiavimas ir matavimas
Apskaičiuoti srautą plokščiam paviršiui stačiu kampu magnetinio lauko krypčiai yra nesudėtinga. Tačiau dažnai reikia apskaičiuoti vielos ritės, dar vadinamos solenoidu, kiekį. Darant prielaidą, kad laukas yra statmenas vielai, bendras srautas yra magnetinio lauko stiprumas, padaugintas iš ploto, per kurį jis praeina, padaugintas iš ritės apsisukimų skaičiaus. Jei laukas nėra stačiu kampu paviršiaus atžvilgiu, reikia atsižvelgti į kampą, kurį magnetinio lauko linijos sudaro statmenai, ir sandauga padauginama iš šio kampo kosinuso.
Lauko kiekiui matuoti naudojamas prietaisas, vadinamas fluxmeter. Jis remiasi tuo, kad magnetinis laukas sukurs elektros srovę laidoje, jei jie judės vienas kito atžvilgiu. Šią srovę galima išmatuoti srautui nustatyti.
Magnetinis srautas geologijoje
Magnetinio srauto matavimas įvairiuose Žemės paviršiaus taškuose leidžia mokslininkams stebėti planetos magnetinį lauką. Šis laukas, kurį, kaip manoma, sukuria elektros srovės Žemės geležies šerdyje, nėra statinis, bet laikui bėgant kinta. Tiesą sakant, magnetiniai poliai praeityje buvo daug kartų apsisukę ir greičiausiai tai darys ateityje. Ašigalių apsisukimo pasekmės gali būti rimtos, nes pasikeitus lauko stiprumas sumažėtų didelėje planetos dalyje. Žemės magnetinis laukas apsaugo gyvybę planetoje nuo saulės vėjo – elektra įkrautų dalelių srauto iš Saulės, kuris būtų žalingas.
Matavimo vienetai
Magnetinio lauko stiprumas arba magnetinio srauto tankis matuojamas Teslas – vienetu, pavadintu elektros inžinieriaus Nikola Tesla vardu. Srautas matuojamas Webers, pavadintas fiziko Wilhelmo Eduardo Weberio vardu. Weber yra 1 Tesla, padauginta iš 1 kvadratinio metro, o Tesla yra 1 Weber vienam kvadratiniam metrui.