سطحی را در نظر بگیرید که تخت یا غیرتخت است و بوسیله حلقه بسته‌ای احاطه شده است. تعداد خطوط مغناطیسی گذرنده از این سطح را شار مغناطیسی نامیده و با фB نشان می‌‌دهیم. اندیس اشاره به مغناطیسی بودن شار دارد.

مقدمه

واژه شار به معنی جریان یا سیال می‌‌باشد و هرگاه در مقابل جریان یک کمیت سطحی قرار داده شود، مقدار جریان گذرنده از سطح را شار آن کمیت یا جریان می‌‌گویند. مثلا در مورد میدان الکتریکی خطوط میدان که از سطح عمود بر مسیر خطوط عبور می‌‌کنند را شار الکتریکی و در مورد جریان آب ، مقدار آبی را که از داخل سطح عبور می‌‌کند، شار آب می‌‌گویند و به همین صورت در مورد هر ماده سیال و جاری شونده‌ای می‌‌توان شار مربوطه به آن را تعریف کرد.

میدان مغناطیسی نیز از این قاعده مستثنی نمی‌‌باشد. چون میدان مغناطیسی را به وسیله خطوط میدان نشان می‌‌دهیم، بطوری که چگالی خطوط بیانگر مقیاسی از قدرت میدان است، لذا می‌‌توان در مورد میدان مغناطیسی نیز سطحی در محل میدان در نظر گرفت و خطوط میدان گذرنده از آن را به عنوان شار مغناطیسی تعریف کرد.

محاسبه شار مغناطیسی

سطح تختی به مساحت A را در نظر بگیرید که به وسیله یک حلقه رسانا احاطه شده است. حال اگر با نزدیک کردن یک آهنربا (یا هر وسیله دیگری که یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌‌کند)، به این حلقه می‌‌توان در این حلقه نیروی محرکه القایی و جریان القایی ایجاد نمود. ایجاد جریان القایی یا نیروی محرکه القایی با استفاده از قانون القای فاراده قابل توجیه است، یعنی با نزدیک کردن یا دور کردن آهنربا به حلقه تعداد خطوط میدان مغناطیسی که از سطح حلقه می‌‌گذرند، تغییر می‌‌کند.

اگر چنانچه میدان مغناطیسی را با B و سطح حلقه را با A نشان دهیم، در این صورت مقدار شار مغناطیسی از رابطه محاسبه شده و بر اساس قانون القای فاراده چون نیروی محرکه القایی از تغییر شار مغناطیسی حاصل می‌‌شود، لذا اگر ε بیانگر نیروی محرکه القایی باشد، در این صورت خواهد بود.

کوانتش شار مغناطیسی

همانگونه که بار الکتریکی یک کمیت کوانتیده است و به صورت مضربهای درستی از بار الکترون () وجود دارد، شار مغناطیسی گذرنده از یک حلقه ابر رسانا نیز چنین است. خاصیت ابر رسانایی ، حالتی است که در آن مقاومت الکتریکی ماده به صفر تنزل پیدا می‌‌کند. کوانتوم شار مغناطیسی h/2e (که h ثابت پلانک است) و برابر است. این مقدار بسیار کم شار و حتی کسرهای کوچکتر از آن را می‌‌توان به وسیله اثر جوزفسون آشکار کرد.

البته کوانتومی ‌بودن شار مغناطیسی در ابر رسانا قابل اثبات است و در مکانیک کوانتومی ‌با استفاده از محاسبات ریاضی عالی محاسبه می‌‌شود که در اینجا به خاطر جلوگیری از پیچیدگی مطلب از آوردن آن خودداری می‌‌کنیم.

یکای شار مغناطیسی

شار مغناطیسی را به صورت حاصلضرب مساحت سطح عمود بر مسیر میدان مغناطیسی در میدان مغناطیسی B تعریف کردیم. از طرف دیگر ، چون یکای میدان مغناطیسی ، تسلا می‌‌باشد، بنابراین یکای شار مغناطیسی برابر تسلا در مترمربع خواهد بود که مترمربع یکای مساحت می‌‌باشد. به صورت نمادی یکای شار مغناطیسی به صورت بیان می‌‌شود.

مباحث مرتبط با عنوان

• آهنربا
• ابر رسانا
• اثر جوزفسون
• جریان القایی
• خطوط میدان
• شار الکتریکی
• قانون القای فاراده
• میدان الکتریکی
• میدان مغناطیسی
• نیروی محرکه القایی

شار مغناطيسی

بر اثر اختلاف پتانسيل الكتريكی ميان دو سر رسانا جريان الكتريكي (ميدان الكتريكی در رسانا) ايجاد مي شود، و يا بر اثر تغيير شار مغناطيسي كه از يك مدار كامل مي گذرد، جريان الكتريكي در مدار ايجاد مي شود. و همچنين اگر در يك مدار جريان الكتريكي بر قرار شود، ميدان مغناطيسی در اطراف آن ايجاد مي شود. در اطراف يك آهنربا ميدان مغناطيسي نيز ايجاد مي شود. پس ميدان مغناطيسي و ميدان الكتريكي با هم تناسب دارند. نظريه ماكسول كه بر اساس آزمايش ها و نظريات مايكل فارادی، اورستد و ... مي باشد، چنين مي گويد كه : بر اثر تغيير ميدان مغناطيسي در فضا، ميدان الكتريكي بدون آنكه بار الكتريكي به وجود آيد، ايجاد مي شود. و همچنين بر اثر تغيير ميدان الكتريكي در فضا، ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود.
آزمايش هايي كه مايكل فارادي انجام داد، نشان مي دهد كه اگر شدت ميدان مغناطيسي كه از يك مدار كامل و بدون جريان، مي گذرد، تغيير كند(B)، و يا مساحت مدار در ميدان مغناطيسي تغيير كند(A) و يا زاويه بين ميدان مغناطيسي و سطح عمود بر مدار دچار تغيير شود(COS t)، نيرو محركه اي در اين مدار ايجاد مي شود كه به آن، نيرو محركه القايي و به جرياني كه بر اثر اين نيرو محركه در مدار بر قرار مي شود، جريان القايي مي گويند. به حاصلضرب شدت ميدان مغناطيسي گذرا از مدار و مساحت مدار كامل و كسينوس زاويه بين خط عمود بز سطح مدار و ميدان مغناطيسي، را شار مغناطيسي گذرا از مدار مي گويند.



تغيير شار مغناطيسي باعث ايجاد نيرو محركه القايي در مدار مي شود. طبق قانون مايكل فارادي، نيرو محركه القايي در مدار با آهنگ تغيير شار مغناطيسي را بطه مستقيم دارد.
اگر N تعداد دور سيم در ميدان مغناطيسي باشد، آنگاه نيرو محركه القايي از طريق زير محاسبه مي شود:


علت منفی بنا به قانون لنز است.