Hoe beïnvloedt de oriëntatie van een spoel de magnetische flux?

De oriëntatie van een spoel ten opzichte van een magnetisch veld heeft een directe invloed op de magnetische flux die door de spoel gaat. Magnetische flux ($\Phi$) is een maat voor het aantal magnetische veldlijnen dat loodrecht door een bepaald oppervlak (zoals dat van een spoel) gaat. De formule hiervoor is:

$\Phi = B \cdot A \cdot \cos \alpha$

Hierin is:

• $B$ de sterkte van het magnetisch veld (in Tesla, T).
• $A$ de oppervlakte van de spoel (in vierkante meter, m²).
• $\alpha$ de hoek tussen de magnetische veldlijnen en de normaal op het oppervlak van de spoel. De normaal is een denkbeeldige lijn die loodrecht op het oppervlak van de spoel staat.

Wanneer is de magnetische flux nul? De magnetische flux is nul wanneer er geen magnetische veldlijnen door het oppervlak van de spoel heen gaan. Dit gebeurt in twee hoofdgevallen:

1. Er is geen magnetisch veld aanwezig ($B=0$).
2. De magnetische veldlijnen lopen parallel aan het oppervlak van de spoel.

Laten we het tweede geval nader bekijken. Als de magnetische veldlijnen parallel aan het oppervlak van de spoel lopen, staan ze loodrecht op de normaal van dat oppervlak. Dit betekent dat de hoek $\alpha$ in de formule $90^\circ$ is. Omdat $\cos(90^\circ) = 0$, wordt de hele flux nul:

$\Phi = B \cdot A \cdot \cos(90^\circ) = B \cdot A \cdot 0 = 0$

Voorbeeld van parallelle oriëntatie (flux is nul): Stel je voor dat je een vel papier (dit is je spoel) horizontaal houdt. De magnetische veldlijnen bewegen ook horizontaal, van links naar rechts, langs het papier. Ze gaan niet door het papier heen, maar erlangs. In dit geval is de hoek tussen de veldlijnen en de normaal (die recht omhoog of omlaag wijst) $90^\circ$, en is de magnetische flux nul.

Wat betekent 'parallel'? Twee lijnen of vlakken zijn parallel als ze overal dezelfde afstand tot elkaar hebben en elkaar nooit snijden. Denk aan de rails van een treinspoor: die lopen parallel aan elkaar. In de context van magnetische flux betekent het dat de magnetische veldlijnen en het oppervlak van de spoel in dezelfde richting liggen, zonder elkaar te kruisen, waardoor er geen veldlijnen door het oppervlak heen gaan.

Wanneer is er wel flux (maar niet maximaal)? Als de spoel gekanteld is ten opzichte van het magnetisch veld, maar niet zodanig dat de veldlijnen er volledig parallel aan lopen, is er wel degelijk een magnetische flux. De hoek $\alpha$ ligt dan ergens tussen $0^\circ$ en $90^\circ$. In dit geval heeft $\cos \alpha$ een waarde tussen 0 en 1 (exclusief 0 en 1). Er gaan dan nog steeds veldlijnen door de spoel, maar minder dan wanneer de spoel perfect loodrecht op de veldlijnen staat (waarbij $\alpha = 0^\circ$ en $\cos(0^\circ) = 1$, wat resulteert in maximale flux).

Samenvattend: de oriëntatie van de spoel bepaalt de hoek $\alpha$, en daarmee de waarde van $\cos \alpha$, wat direct de grootte van de magnetische flux beïnvloedt.