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Voltsekunde

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For a more complex case when the area is planar surface and it is not normal to the magnetic field, we can use the expression.

From this expression, it can be seen that if the test surface is placed parallel to the magnetic field lines, the resulting magnetic flux will be zero.

At the same time, the greatest flux can be obtained if the surface is perpendicular to the magnetic field lines.

If our test area is not planar and the shape of magnetic field lines is complex then we can define the magnetic flux as the integral of magnetic field B over the area of the test surface:.

This expression shows that any device for measuring magnetic flux must contain a mechanical or electronic integrator. We will discuss devices for measure the magnetic flux later in this article.

Magnetic flux is a useful tool for description of the effects of magnetic forces on objects occupying a given area, for example, transformers, electric generators or solenoids.

It is used by electrical engineers to make calculations for systems with electromagnets and generators and by physicists designing particle accelerators.

Note also that we can use area of any size and orient it in any way relative to the magnetic field. If the field lines are passing through the given area at an angle, only part of the magnetic field will contribute to the magnetic flux.

Only the part of the field, which is normal to our test area, is included into the calculation of the magnetic flux. The main discoveries related to electromagnetism occurred in the first half of the 19th century.

An understanding of relationships between electricity and magnetism began with works of a Danish physicist and chemist Hans Christian Oersted who discovered that electric currents create magnetic fields.

While giving a lecture at the University of Copenhagen in , he discovered that a compass needle was rotating near a wire when an electric current in this wire was turned on and off.

He applied mathematics to better understand this phenomenon. The best-known and the simplest example of this law states that the mutual action of the two parallel wires with electric current is proportional to their lengths and to the magnitudes of current in them.

An English scientist Michael Faraday made an important contribution to the study of electromagnetism. In he invented a homopolar motor, the first rotational device, which converted electric energy into circular motion.

Later he discovered mutual induction using two insulated coils wrapped around an iron ring. The device resembled a modern toroidal transformer.

When a current was flown in one coil, a momentary current was induced in the other coil. Subsequently, he found that if a magnet was moved through a coil or a coil was moved over a magnet, an electric current was noticed in that coil.

That is, a changing magnetic field produces an electric field. During his experiments in , Faraday invented the homopolar generator, which was the first prototype of modern electrical generators.

The homopolar generator demonstrated the possibility of generating electric power using magnetism. A basic law of electromagnetism describing how a magnetic field will interact with an electric current to produce an electromotive force was formulated by Michael Faraday in The law states that the induced electromotive force in any closed circuit is equal to the negative of the time rate of change of the magnetic flux enclosed by the circuit.

It was not published until after his death. In the mids, a Scottish scientist in the field of mathematical physics James Clerk Maxwell studied electricity and magnetism and their relationship.

These equations describe the behaviour of both electric and magnetic fields and their interactions with matter.

Later Maxwell calculated the speed of propagation of an electromagnetic field. He realized that light and magnetism had the same nature and that the light is an electromagnetic field.

Electromagnetism is continuing to be developed in the 21st century. Over the last several decades the standard model of particle physics was developed.

It is based on gauge theories, of which the first theory was quantum electrodynamics, which described interactions between charged particles e.

Later, electroweak theory appeared describing electromagnetic and the weak nuclear interactions.

Finally, throughout the latter half of the 20th century, the Standard Model of particle physics was developed.

This theory is describing the electromagnetic, weak and strong nuclear interactions and classifying all the subatomic particles known.

The discovery of the Higgs boson in at CERN, which was postulated by the British physicist almost half a century ago, in , was the final capstone of the model.

As you can see, electromagnetism is incorporated in all these theories. The device used to measure magnetic flux is called a fluxmeter.

It is based on the magnetic induction law in its integral form. In the past, mechanical devices were used for measuring magnetic flux.

The mechanical fluxmeter was one of such devices. It was a special type of ballistic galvanometer in which the controlling torque was very small and the electromagnetic damping was very heavy.

Its measuring coil is suspended without any restoring forces. A search coil the coil that was testing a magnetic field was placed into the changing magnetic field and a fluxmeter detected voltage in the coil, which was proportional to the rate of change of the flux.

This type of fluxmeter was employed by Wilhelm Eduard Weber to study the direction of the Earth magnetic field.

Mechanical fluxmeters were also used to determine ship magnetism in naval degaussing stations. A modern fluxmeter consists of coils and electronics, which evaluates and integrates the voltage change in the coil to measure the magnetic flux.

The measurement of the change of the magnetic flux requires integration of the measuring coil voltage over the time interval during measurement.

Such integration of the coil voltage can be performed using either analog integration usually an integrating operational amplifier or an analog-digital or numerical integrator.

The measuring coil in a fluxmeter can be stationary or moving. Mechanical stiffness and low thermal expansion of the support on which the coil is wound are important to achieve good results.

A coil winding technique is also very important for producing stable and highly repeatable results. Coils used in electronic fluxmeters can be classified as point coils, line and area coils and harmonic coils.

All coils need to be properly calibrated because the main source of error in any fluxmeter is the uncertain sensitivity of the measuring coil.

Coils are calibrated using reference magnets with well known properties. Point coils are used for measuring the magnetic field at a small point in space.

They are usually wound around a small core. Such coils are often made in the form of a ball. Line coils are designed to measure the integrated value of the magnetic field along a straight line.

Their width is much smaller than their length. Line coils usually sample a small area of space being measured. Area coils are designed to sample large area of space.

Long rectangular coils are often used for particle accelerator measurements. Harmonic coils are used to measure only selected harmonics of the field.

This is achieved by means of the shaping the coil windings or by interconnecting several coils placed in the measuring space.

Different methods are used to measure a flux variation generated from one of several field measuring coils. During measurement, a coil can be moved from the region where the field exist to a region where the field is zero.

Another method is switching off the field during measurement. Yet another method is rotating the coil to have a double reading.

To measure, for example, the magnetic flux of a permanent magnet for quality control purposes using an electronic fluxmeter the following procedure is used.

Dieser Artikel wurde von Anatoly Zolotkov verfasst. Haben Sie Schwierigkeiten, eine Messung in eine andere Sprache zu übersetzen? Hier erhalten Sie Hilfe!

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