Magnetski tok je količina magnetskog polja koja prodire u područje pod pravim kutom na njega. U jednostavnoj situaciji kada polje prolazi pod pravim kutom kroz ravnu površinu, ta je veličina jačina magnetskog polja pomnožena s površinom površine. U većini situacija u stvarnom životu, međutim, moraju se uzeti u obzir drugi čimbenici. Magnetski tok je važan koncept u mnogim područjima znanosti, s primjenama koje se odnose na električne motore, generatore i proučavanje Zemljinog magnetskog polja. U fizici je predstavljen grčkim slovom phi, φ.
Gaussov zakon
Šipčasti magnet ima dva pola, nazvana sjeverni i južni zbog načina na koji reagiraju na Zemljino magnetsko polje, koje je usmjereno otprilike sjever-jug. Znanstvena je konvencija da linije magnetske sile teku od sjevera prema jugu. Ako osoba uzme dvodimenzionalnu pravokutnu površinu na sjevernom kraju šipkastog magneta, ona ima magnetski tok, kao i površina na južnom polu. Magnet kao cjelina, međutim, nema tok, jer su sjeverni i južni kraj jednake snage i polje “teče” sa sjevernog pola na južni pol, tvoreći zatvorenu petlju.
Gaussov zakon za magnetizam kaže da je za zatvorenu površinu, kao što je kugla, kocka ili šipkasti magnet, magnetski tok uvijek jednak nuli. Drugi je način da se kaže da objekt, bez obzira koliko mali, sa sjevernim polom uvijek mora imati južni pol jednake snage i obrnuto. Sve što ima magnetsko polje je dipol, što znači da ima dva pola. Neki znanstvenici nagađaju da bi magnetski monopoli mogli postojati, ali nijedan nikada nije otkriven. Ako se nađu, morao bi se promijeniti Gaussov zakon.
Faradayev zakon
Faradayev zakon kaže da će promjena magnetskog toka stvoriti napon, ili elektromotornu silu (EMF), unutar zavojnice žice. Jednostavnim pomicanjem magneta blizu svitka žice to će se postići, kao i promjena jačine magnetskog polja. Proizvedeni napon može se odrediti iz brzine promjene magnetskog toka i broja zavoja u svitku.
To je princip koji stoji iza generatora električne energije, gdje kretanje stvara, na primjer, tekuća voda, vjetar ili motor koji pokreće fosilna goriva. Magneti i zavojnice žice pretvaraju ovo kretanje u električnu energiju, u skladu s Faradayjevim zakonom. Električni motori pokazuju istu ideju obrnuto: izmjenična električna struja u zavojnicama žice u interakciji s magnetima stvara kretanje.
Magnetski materijali
Materijali se razlikuju po reakcijama na magnetska polja. Feromagnetske tvari stvaraju vlastito jače magnetsko polje i to polje može postojati kada se vanjsko polje ukloni, ostavljajući trajni magnet. Željezo je najpoznatiji element ove vrste, ali drugi metalni elementi, kao što su kobalt, nikal, gadolinij i disprozij, također pokazuju taj učinak. Vrlo snažni magneti mogu se napraviti od legura rijetkih zemnih metala neodima i samarija.
Paramagnetski materijali proizvode magnetsko polje kao odgovor na vanjsko, stvarajući relativno slabu privlačnost koja nije postojana. Primjeri su bakar i aluminij. Drugi primjer je kisik; u ovom slučaju, učinak se najbolje pokazuje s elementom u tekućem obliku.
Dijamagnetske tvari stvaraju magnetsko polje koje je suprotno vanjskom polju, stvarajući odbojnost. Sve tvari pokazuju ovaj učinak, ali on je inače vrlo slab i uvijek slabiji od feromagnetizma ili paramagnetizma. U nekoliko slučajeva, kao što je oblik ugljika koji se zove pirolitički grafit, učinak je dovoljno jak da omogući malom komadu materijala ove vrste da lebdi u zraku neposredno iznad rasporeda jakih magneta.
Izračunavanje i mjerenje fluksa
Izračunavanje toka za ravnu površinu pod pravim kutom u odnosu na smjer magnetskog polja je jednostavno. Međutim, često je potrebno izračunati količinu zavojnice žice, također poznatog kao solenoid. Uz pretpostavku da je polje okomito na žicu, ukupni tok je jakost magnetskog polja pomnožena s površinom kroz koju ono prolazi pomnožena s brojem zavoja u zavojnici. Gdje polje nije pod pravim kutom u odnosu na površinu, mora se uzeti u obzir kut koji čine linije magnetskog polja prema okomici, a umnožak se množi s kosinusom tog kuta.
Za mjerenje količine polja koristi se instrument koji se zove fluksmetar. Oslanja se na činjenicu da će magnetsko polje stvoriti električnu struju u žici ako se pomiču jedno u odnosu na drugo. Ta se struja može izmjeriti kako bi se odredio tok.
Magnetski tok u geologiji
Mjerenje magnetskog toka na različitim točkama na površini Zemlje omogućuje znanstvenicima praćenje magnetskog polja planeta. Ovo polje, za koje se smatra da ga stvaraju električne struje u Zemljinoj željeznoj jezgri, nije statičko, već se pomiče tijekom vremena. Magnetski polovi su se, zapravo, mnogo puta preokrenuli u prošlosti i vjerojatno će to učiniti opet u budućnosti. Učinci preokreta polova mogu biti ozbiljni, budući da bi se tijekom promjene jačina polja smanjila na većem dijelu planeta. Zemljino magnetsko polje štiti život na planetu od sunčevog vjetra, struje električno nabijenih čestica sa Sunca koje bi bile štetne.
Mjerne jedinice
Jačina magnetskog polja, odnosno gustoća magnetskog toka, mjeri se u Tesli, jedinici koja nosi ime po inženjeru elektrotehnike Nikoli Tesli. Tok se mjeri u Webersu, nazvanom po fizičaru Wilhelmu Eduardu Weberu. Weber je 1 Tesla pomnožen s 1 četvornim metrom, a Tesla je 1 Weber po kvadratnom metru.