Magnetodinamika

Magnetodinamika je nauka o kretanju magnetizma.

Kretanje magnetizma (linija magnetnog polja) u kolu čini magnetnu struju.

Elementi magnetnog kola jesu reluktor, permeator, rezistor (otpornik), induktor, kapacitor (kondenzator), memristor, konduktor (provodnik), remanentor, susceptor, permitor, žirator, tranzistor, transformator, izolator, cirkulator, generator (izvor).

Magnetno kolo

Solenoid

Solenoid se sastoji od namotaja kroz kojeg prolazi struja i magneta. Kada magnet uđe u krug namotaja povećava se broj linija fluksa.

Torus

Torus sa gvozdenim jezgrom

Oko torusnog kalema nalazi se namotaj kroz koji protiče struja. Promenom struje menja se magnetni fluks. Jačina struje i brzina kretanja toroidalnog magnetnog polja proširuju torus i izdužuju linije fluksa. Magnetno polje u torusu od homogenog, gustog postaje heterogeno, retko.

Torus sa vazdušnim jezgrom

Linije kružeći velikom brzinom u vazdušnom jezgru nestaju.

Torus sa magnetnim jezgrom

Torus je kružni kalem koji se sastoji od namotaja i magnetnog jezgra sa unutrašnjim magnetnim poljem. Kroz namotaj oko jezgra protiče struja. Sabijanjem namotaja povećava se induktivnost, a razdvajanjem smanjuje. Oko namotaja torus kruži u magnetnom polju. Linije fluksa kružeći velikom brzinom u polju se skupljaju, a torus se sužava.

Torus sa magnetnim vazdušnim jezgrom

Torus sa vakuumski jezgrom

Torus sa magnetnim vakuumskim jezgrom

Kalem ili zavojnica

Magnetno kolo se sastoji od magnetnog jezgra sa dva procepa kroz koji se kreće magnetni fluks i jednog ili više namotaja kroz koji protiče stalna struja. Struja u namagnetisanom jezgru stvara magnetno polje. Stalna struja stvara stalan fluks. Promenljiva struja stvara dinamičan fluks. U jezgru se kreće unutrašnje magnetno polje ili unutrašnji fluks, oko namotaja nastaje statičan spoljašnji fluks. Ukupan fluks je jednak zbiru statičnog spoljašnjeg fluksa oko namotaja i dinamičnog unutrašnjeg fluksa u jezgru i procepima.

Linije fluksa izlaze iz jezgra iznad i ispod namotaja. Deo linija fluksa iznad dodiruju linije ispod namotaja stvarajući krug. Ova pojava jeste Magnetno curenje (Magnetic leakage).

Vakuumski procep se nalazi u gvozdenom magnetnom jezgru i linije se moraju kretati kroz vakuum. Zbog otpora na izlazu neke linije ne ulaze u vakuumski procep. Zbog otpora u vakuumu linije se sporo kreću. Od velikog broja nastaje mali broj linija magnetnog fluksa jer se linije skupljaju u vakuumskom procepu unutar jezgra. Ova pojava jeste Magnetna praznina (Magnetic vacuum). U unutrašnjem procepu gustina magnetnog fluksa je velika.

Ako je prekid gvozdenog jezgra spolja (vazdušni procep), linije magnetne indukcije moraju kretati kroz vazduh jer se ne mogu prekinuti. Zbog velike otpornost linije sa zakašnjenjem izlaze iz magnetnog jezgra. Od jedne linije nastaju više linija fluksa. Magnetne linije fluksa se odbijaju dok prolaze kroz vazdušni procep. Kada linije fluksa prelaze u vazdušni otvor one imaju tendenciju da se izboče napolju. Ova pojava je poznata kao Magnetna granica (Magnetic fringing). Veliki broj linija znači povećanje količine fluksa, a izbočenje linija znači smanjenje gustine magnetnog fluksa u vazdušnom otvoru. Fringing zavisi od visine, širine, dužine i propustljivosti vazdušnog procepa. Da bi se gustina fluksa smanjila, dužina vazdušnog procepa mora biti manja. Efekat fringinga može se zanemariti ako je dužina vazdušnog jaza vrlo mala u poređenju sa njegovom širinom.

Linije magnetnog polja se iskrivljuju udarajući u zid nepropustljivog metala. Ova pojava jeste Magnetno iskrivljenje (Magnetic shielding).

Fizičke veličine magnetnog kola

Fizičke veličine

• Magnetopokretačka sila

${\mathcal {F}}=\Phi {\mathcal {R}},$

• Magnetni fluks

$\Phi _{m}=\int \!\!\!\!\int _{S}\mathbf {B} \cdot \operatorname {d} \mathbf {S}$

• Magnetna reluktansa

${\mathcal {R}}={\frac {\mathcal {F}}{\Phi }}$

ili

${\mathcal {R}}={\frac {l}{\mu \cdot {A}}}$

• Magnetna permeansa

${\mathcal {P}}={\frac {1}{\mathcal {R}}}$

ili

${\mathcal {P}}={\frac {\Phi _{B}}{NI}}$

• Magnetna rezistansa

$P=r_{\mathrm {M} }I_{\mathrm {M} }^{2}$

• Magnetna impedansa

$z_{\mathrm {M} }={\frac {N}{I_{\mathrm {M} }}}={\frac {N_{\mathrm {m} }}{I_{\mathrm {Mm} }}}$

• Magnetna induktansa

$x_{\mathrm {L} }=\omega L_{\mathrm {M} }$

• Magnetna kapasitansa

$C_{\mathrm {M} }=\mu _{\mathrm {r} }\mu _{0}{\frac {S}{l}}$

• Magnetna memristansa

$M(q)={\frac {\mathrm {d} \Phi _{m}}{\mathrm {d} q}}$

• Magnetna konduktansa

$\Lambda =\mu \cdot {\frac {S}{l}}$

• Magnetna remanensa
• Magnetna susceptansa

${\mathcal {X}}={\frac {M}{\mathcal {H}}}$

• Magnetna permitansa
• Magnetna reaktansa

Amperov zakon za magnetno kolo

${\mathcal {F}}=NI$

Omov zakon za magnetno kolo

${\mathcal {F}}=\Phi {\mathcal {R}}$