Vilken fysisk storhet kallas magnetiskt flöde. Magnetfältsinduktionsflöde
Bland fysiska kvantiteter upptas en viktig plats av magnetiskt flöde. Den här artikeln förklarar vad det är och hur man bestämmer dess värde.
Formula-magnitnogo-potoka-600x380.jpg?x15027" alt="(!LANG:Magnetiskt flödesformel" width="600" height="380">!}
Magnetisk flödesformel
Vad är magnetiskt flöde
Detta är värdet som bestämmer nivån magnetiskt fält passerar genom ytan. Betecknas "FF" och beror på fältets styrka och fältets passagevinkel genom denna yta.
Det beräknas enligt formeln:
FF=B⋅S⋅cosα, där:
- FF - magnetiskt flöde;
- B är värdet på magnetisk induktion;
- S är den yta genom vilken detta fält passerar;
- cosα är cosinus för vinkeln mellan vinkelrät mot ytan och flödet.
SI-måttenheten är "weber" (Wb). 1 weber skapas av ett 1 T-fält som passerar vinkelrätt mot en yta på 1 m².
Således är flödet maximalt när dess riktning sammanfaller med vertikalen och är lika med "0" om det är parallellt med ytan.
Intressant. Formeln för det magnetiska flödet liknar formeln med vilken belysningen beräknas.
permanentmagneter
En av källorna till fältet är permanentmagneter. De har varit kända i århundraden. Kompassnålen var gjord av magnetiserat järn, och in Antikens Grekland det fanns en legend om en ö som lockade till sig metalldelarna på fartyg.
Det finns permanentmagneter olika former och är gjorda av olika material:
- järn - det billigaste, men har mindre attraktiv kraft;
- neodym - från en legering av neodym, järn och bor;
- Alnico är en legering av järn, aluminium, nickel och kobolt.
Alla magneter är bipolära. Detta är mest märkbart i spö- och hästskoanordningar.
Om stången hängs i mitten eller placeras på en flytande träbit eller skum, kommer den att vända i nord-sydlig riktning. Polen som pekar norrut kallas för nordpolen och är målad i laboratorieinstrument. blå färg och betecknas med "N". Den motsatta, som pekar söderut, är röd och markerad med "S". Liksom poler drar till sig magneter, medan motsatta poler stöter bort.
1851 föreslog Michael Faraday konceptet med stängda induktionslinjer. Dessa linjer lämnar magnetens nordpol, passerar genom det omgivande utrymmet, går in i söder och inuti enheten går tillbaka till norr. De närmaste linjerna och fältstyrkorna är nära polerna. Även här är attraktionskraften högre.
Om du lägger en bit glas på enheten, och ovanpå tunt lager häll järnspån, då kommer de att placeras längs magnetfältets linjer. När flera enheter är placerade bredvid varandra kommer sågspånet att visa interaktionen mellan dem: attraktion eller avstötning.
Magnit-i-zheleznye-opilki-600x425.jpeg?x15027" alt="(!LANG:Magnet- och järnspån" width="600" height="425">!}
Magnet och järnspån
Jordens magnetfält
Vår planet kan representeras som en magnet, vars axel lutar 12 grader. Skärningspunkterna mellan denna axel och ytan kallas magnetiska poler. Som vilken magnet som helst, löper jordens kraftlinjer från nordpolen till söder. Nära polerna löper de vinkelrätt mot ytan, så kompassnålen är opålitlig där, och andra metoder måste användas.
Partiklarna i "solvinden" har en elektrisk laddning, så när man rör sig runt dem uppstår ett magnetfält som interagerar med jordens fält och riktar dessa partiklar längs kraftlinjerna. Detta fält skyddar således jordens yta från kosmisk strålning. Men nära polerna är dessa linjer vinkelräta mot ytan, och laddade partiklar kommer in i atmosfären, vilket orsakar norrsken.
Elektromagneter
År 1820 såg Hans Oersted, medan han utförde experiment, effekten av en ledare genom vilken elektricitet, på kompassnålen. Några dagar senare upptäckte André-Marie Ampere den ömsesidiga attraktionen av två ledningar, genom vilka en ström gick i samma riktning.
Intressant. Vid elektrisk svetsning rör sig närliggande kablar när strömmen ändras.
Ampère föreslog senare att detta berodde på den magnetiska induktionen av strömmen som flödade genom ledningarna.
I en spole lindad med en isolerad tråd genom vilken en elektrisk ström flyter, förstärker de enskilda ledarnas fält varandra. För att öka dragkraften lindas spolen på en öppen stålkärna. Denna kärna blir magnetiserad och drar till sig järndelar eller den andra halvan av kärnan i reläer och kontaktorer.
Elektromagnit-1-600x424.jpg?x15027" alt="(!LANG:Elektromagneter" width="600" height="424">!}
Elektromagneter
Elektromagnetisk induktion
När det magnetiska flödet ändras induceras en elektrisk ström i tråden. Detta faktum beror inte på vad som orsakar denna förändring: förskjutningen permanentmagnet, rörelsen av en tråd eller en förändring av strömstyrkan i en närliggande ledare.
Detta fenomen upptäcktes av Michael Faraday den 29 augusti 1831. Hans experiment visade att EMF (elektromotorisk kraft) som uppträder i en krets begränsad av ledare är direkt proportionell mot förändringshastigheten för flödet som passerar genom området för denna krets.
Viktig! För uppkomsten av EMF måste tråden korsa kraftlinjerna. När man rör sig längs linjerna finns det ingen EMF.
Om spolen i vilken EMF uppstår ingår i den elektriska kretsen, uppstår en ström i lindningen, som skapar sitt eget elektromagnetiska fält i induktorn.
Högerhandsregel
När en ledare rör sig i ett magnetfält induceras en EMF i den. Dess riktning beror på trådens rörelseriktning. Metoden genom vilken riktningen för magnetisk induktion bestäms kallas "metoden höger hand».
Pravilo-pravoj-ruki-600x450.jpg?x15027" alt="(!LANG:Högerhandsregel" width="600" height="450">!}
Högerhandsregel
Beräkningen av magnetfältets storlek är viktig för konstruktionen av elektriska maskiner och transformatorer.
Video
Låt det finnas ett magnetfält i ett litet område av rymden, som kan anses vara homogent, det vill säga i detta område är den magnetiska induktionsvektorn konstant, både i storlek och riktning.
Välj ett litet område ∆S, vars orientering ges av enhetens normalvektor n(Fig. 445).
ris. 445
Magnetiskt flöde genom denna dyna ΔФ m definieras som produkten av platsytan och den normala komponenten av magnetfältsinduktionsvektorn
Var 
prickprodukt av vektorer B och n;
B n− normal till platskomponenten för den magnetiska induktionsvektorn.
I ett godtyckligt magnetfält bestäms det magnetiska flödet genom en godtycklig yta enligt följande (Fig. 446): 
ris. 446
− ytan är uppdelad i små ytor ∆S i(som kan anses platt);
− induktionsvektorn bestäms B i på den platsen (som kan anses vara permanent inom platsen);
− summan av flöden genom alla områden som ytan är indelad i beräknas
Detta belopp kallas flöde av magnetfältsinduktionsvektorn genom en given yta (eller magnetiskt flöde).
Observera att vid beräkning av flödet utförs summeringen över observationspunkterna i fältet, och inte över källorna, som när man använder superpositionsprincipen. Därför är det magnetiska flödet en integrerad egenskap hos fältet, som beskriver dess genomsnittliga egenskaper över hela den aktuella ytan.
Svårt att hitta fysisk mening magnetiskt flöde, såväl som för andra fält, är detta en användbar fysikalisk hjälpstorhet. Men till skillnad från andra flöden är det magnetiska flödet så vanligt i applikationer att det i SI-systemet tilldelades en "personlig" måttenhet - Weber 2: 1 Weber− magnetiskt flöde av ett homogent magnetiskt induktionsfält 1 Töver torget 1 m 2 orienterad vinkelrätt mot den magnetiska induktionsvektorn.
Låt oss nu bevisa en enkel men extremt viktig sats om det magnetiska flödet genom en sluten yta.
Tidigare har vi fastställt att krafterna i vilket magnetfält som helst är stängda, det följer redan av detta att det magnetiska flödet genom en stängd yta noll-.
Vi ger dock ett mer formellt bevis för denna sats.
Först och främst noterar vi att superpositionsprincipen är giltig för ett magnetiskt flöde: om ett magnetfält skapas av flera källor, är fältflödet som skapas av ett system av strömelement lika med summan av fältet för vilken yta som helst. flöden som skapas av varje aktuellt element separat. Detta uttalande följer direkt av principen om superposition för induktionsvektorn och direkt proportionellt förhållande mellan det magnetiska flödet och den magnetiska induktionsvektorn. Därför är det tillräckligt att bevisa satsen för fältet som skapas av det nuvarande elementet, vars induktion bestäms av Biot-Savarre-Laplace-lagen. Här är fältets struktur, som har axiell cirkulär symmetri, viktig för oss, värdet på induktionsvektorns modul är obetydligt.
Vi väljer som en stängd yta ytan på en stång utskuren, som visas i fig. 447. 
ris. 447
Det magnetiska flödet skiljer sig från noll endast genom dess två sidoytor, men dessa flöden har motsatta tecken. Kom ihåg att för en stängd yta är den yttre normalen vald, därför är flödet positivt på en av de angivna ytorna (framsidan) och på baksidan negativt. Dessutom är modulerna för dessa flöden lika, eftersom fördelningen av fältinduktionsvektorn på dessa ytor är densamma. Detta resultat beror inte på den aktuella barens position. En godtycklig kropp kan delas upp i oändligt små delar, som var och en liknar den övervägda stapeln.
Till sist formulerar vi en till viktig egendom flödet av alla vektorfält. Låt en godtyckligt sluten yta begränsa någon kropp (bild 448). 
ris. 448
Låt oss dela upp denna kropp i två delar som begränsas av delar av den ursprungliga ytan Ω 1 och Ω2, och stäng dem med ett gemensamt gränssnitt för kroppen. Summan av flödena genom dessa två slutna ytor är lika med flödet genom den ursprungliga ytan! Faktum är att summan av flöden genom gränsen (en gång för en kropp, en annan gång för en annan) är lika med noll, eftersom det i varje fall är nödvändigt att ta olika, motsatta normaler (varje gång externa). På liknande sätt kan man bevisa påståendet för en godtycklig uppdelning av kroppen: om kroppen är uppdelad i ett godtyckligt antal delar, då är flödet genom kroppens yta lika med summan av flödena genom alla delars ytor av kroppens skiljevägg. Detta uttalande är uppenbart för vätskeflöde.
Faktum är att vi har bevisat att om flödet av ett vektorfält är lika med noll genom någon yta som begränsar en liten volym, så är detta flöde lika med noll genom vilken sluten yta som helst.
Så för alla magnetfält är magnetflödessatsen giltig: det magnetiska flödet genom en stängd yta är lika med noll Ф m = 0.
Tidigare har vi ansett flödessatser för vätskehastighetsfältet och det elektrostatiska fältet. I dessa fall bestämdes flödet genom en sluten yta helt av punktkällor i fältet (vätskekällor och sänkor, punktladdningar). I det allmänna fallet indikerar närvaron av ett flöde som inte är noll genom en stängd yta närvaron av fältets punktkällor. Därav, det fysiska innehållet i magnetflödessatsen är påståendet om frånvaron av magnetiska laddningar.
Om du är väl insatt i det här numret och kan förklara och försvara din åsikt, kan du formulera magnetflödessatsen så här: "Ingen har ännu hittat Dirac-monopolen."
Det bör särskilt betonas att, på tal om frånvaron av fältkällor, menar vi just punktkällor, liknande elektriska laddningar. Om vi drar en analogi med fältet för en rörlig vätska, är elektriska laddningar som punkter från vilka vätska strömmar ut (eller strömmar in), ökar eller minskar dess mängd. Uppkomsten av ett magnetfält på grund av rörelsen av elektriska laddningar liknar rörelsen av en kropp i en vätska, vilket leder till uppkomsten av virvlar som inte ändrar den totala mängden vätska.
Vektorfält för vilka flödet genom en stängd yta är lika med noll fick ett vackert, exotiskt namn − solenoidal. En solenoid är en trådspole genom vilken en elektrisk ström kan ledas. En sådan spole kan skapa starka magnetfält, så termen solenoid betyder "liknande fältet för en solenoid", även om sådana fält skulle kunna kallas enklare - "magnetliknande". Slutligen kallas sådana fält också virvel, som hastighetsfältet för en vätska som bildar alla typer av turbulenta virvlar i sin rörelse.
Det magnetiska flödessatsen har stor betydelse, det används ofta för att bevisa olika egenskaper hos magnetiska interaktioner, vi kommer att möta det upprepade gånger. Till exempel bevisar magnetflödesteoremet att magnetfältsinduktionsvektorn som genereras av ett element inte kan ha en radiell komponent, annars skulle flödet genom en cylindrisk koaxial yta med ett strömelement vara likt noll.
Låt oss nu illustrera tillämpningen av magnetflödessatsen på beräkningen av magnetfältsinduktionen. Låt magnetfältet skapas av en ring med en ström, som kännetecknas av ett magnetiskt moment kl. Betrakta fältet nära ringens axel på avstånd z från mitten, mycket större än ringens radie (bild 449). 
ris. 449
Tidigare fick vi en formel för magnetfältsinduktionen på axeln för stora avstånd från ringens centrum 
Vi kommer inte att göra ett stort misstag om vi antar att den vertikala (låt ringens axel är vertikal) komponenten i fältet har samma värde inom en liten ring med radie r, vars plan är vinkelrät mot ringens axel. Eftersom den vertikala komponenten av fältet ändras med avståndet, måste radiella fältkomponenter oundvikligen vara närvarande, annars kommer magnetflödessatsen inte att hålla! Det visar sig att denna sats och formel (3) är tillräckliga för att hitta denna radiella komponent. Välj en tunn cylinder med tjocklek Az och radie r, vars nedre bas är på avstånd z från mitten av ringen, koaxiell med ringen, och applicera magnetflödessatsen på ytan av denna cylinder. Det magnetiska flödet genom den nedre basen är (observera att induktions- och normalvektorerna är motsatta här) 
var Bz(z) z;
flödet genom den övre basen är
var Bz (z + Δz)− värdet på den vertikala komponenten av induktionsvektorn på höjden z + z;
flöda genom sidoyta(det följer av den axiella symmetrin att modulen för den radiella komponenten av induktionsvektorn B r på denna yta är konstant): 
Enligt den bevisade satsen är summan av dessa flöden lika med noll, alltså ekvationen
från vilket vi bestämmer det önskade värdet
Det återstår att använda formeln (3) för den vertikala komponenten av fältet och utföra de nödvändiga beräkningarna 3 
Faktum är att en minskning av fältets vertikala komponent leder till utseendet av horisontella komponenter: en minskning av utflödet genom baserna leder till ett "läckage" genom sidoytan.
Sålunda har vi bevisat "kriminalsatsen": om mindre strömmar ut genom ena änden av röret än vad som hälls in i det från den andra änden, så stjäl de någonstans genom sidoytan.
1 Det räcker att ta texten med definitionen av flödet av spänningsvektorn elektriskt fält och ändra notationen (vilket görs här).
2 Uppkallad efter den tyske fysikern (medlem av St. Petersburgs vetenskapsakademi) Wilhelm Eduard Weber (1804 - 1891)
3 De mest läskunniga kan se derivatan av funktionen (3) i det sista bråket och helt enkelt beräkna det, men vi måste använda den ungefärliga formeln (1 + x) β ≈ 1 + βx igen.
Högerhands- eller gimletregel:
Riktningen för de magnetiska fältlinjerna och riktningen för strömmen som skapar den är sammankopplade av den välkända regeln för höger hand eller gimlet, som introducerades av D. Maxwell och illustreras av följande figurer:
Få människor vet att en gimlet är ett verktyg för att borra hål i ett träd. Därför är det mer förståeligt att kalla denna regel regeln för en skruv, skruv eller korkskruv. Men att ta tag i tråden som i figuren är ibland livsfarligt!
Magnetisk induktion B:
Magnetisk induktion- är den huvudsakliga grundläggande egenskapen hos magnetfältet, liknande vektorn för elektrisk fältstyrka E . Den magnetiska induktionsvektorn är alltid riktad tangentiellt mot magnetlinjen och visar dess riktning och styrka. Enheten för magnetisk induktion i B = 1 T är den magnetiska induktionen enhetligt fält, i vilken på en sektion av ledaren med en längd av l\u003d 1 m, med en strömstyrka i den jag\u003d 1 A, den maximala amperekraften verkar från sidan av fältet - F\u003d 1 H. Riktningen för Ampères kraft bestäms av vänsterhandens regel. I CGS-systemet mäts fältets magnetiska induktion i gauss (Gs), i SI-systemet - i tesla (Tl).
Magnetisk fältstyrka H:
En annan egenskap hos magnetfältet är spänning, som är analog med den elektriska förskjutningsvektorn D i elektrostatik. Bestäms av formeln:
Magnetfältets styrka är en vektorkvantitet, den är en kvantitativ egenskap hos magnetfältet och beror inte på magnetiska egenskaper miljö. I CGS-systemet mäts den magnetiska fältstyrkan i oersted (Oe), i SI-systemet - i ampere per meter (A / m).
Magnetflöde F:
Magnetiskt flöde Ф är en skalär fysisk storhet som kännetecknar antalet magnetiska induktionslinjer som penetrerar en sluten slinga. 
Överväga specialfall. PÅ enhetligt magnetfält, vars induktionsvektormodul är lika med ∣В ∣, placeras platt sluten slinga area S. Normalen n till konturplanet bildar en vinkel α med riktningen för den magnetiska induktionsvektorn B . Det magnetiska flödet genom ytan är värdet Ф, bestämt av sambandet:
I det allmänna fallet definieras det magnetiska flödet som integralen av den magnetiska induktionsvektorn B genom den ändliga ytan S.
Det är värt att notera att det magnetiska flödet genom valfri stängd yta är noll (Gauss sats för magnetfält). Detta gör att magnetfältets kraftlinjer inte går sönder någonstans, d.v.s. magnetfältet har en virvelkaraktär, och även att det är omöjligt för förekomsten av magnetiska laddningar som skulle skapa ett magnetfält på samma sätt som elektriska laddningar skapar elektriskt fält. I SI är enheten för magnetiskt flöde Weber (Wb), i CGS-systemet - maxwell (Mks); 1 Wb = 108 µs.
Definition av induktans:
Induktans är proportionalitetskoefficienten mellan den elektriska strömmen som flyter i en sluten krets och det magnetiska flödet som skapas av denna ström genom ytan, vars kant är denna krets.
Annars är induktansen proportionalitetsfaktorn i självinduktionsformeln.
I SI-systemet mäts induktansen i henries (H). Kretsen har en induktans på en Henry om, när strömmen ändras med en ampere per sekund, EMF självinduktion till en volt.
Termen "induktans" föreslogs av Oliver Heaviside, en engelsk självlärd forskare 1886. Enkelt uttryckt är induktans egenskapen hos en strömförande ledare att lagra energi i ett magnetfält, motsvarande kapacitans för ett elektriskt fält. Det beror inte på strömmens storlek, utan bara på formen och storleken på den strömförande ledaren. För att öka induktansen lindas ledaren in spolar, vars beräkning är programmet
DEFINITION
Flux av magnetisk induktionsvektor(eller magnetiskt flöde) (dФ) i det allmänna fallet kallas genom ett elementärt område en skalär fysisk kvantitet, vilket är lika med:
var är vinkeln mellan riktningen för den magnetiska induktionsvektorn () och riktningen för den normala vektorn () till platsen dS ().
Baserat på formel (1) beräknas det magnetiska flödet genom en godtycklig yta S (i det allmänna fallet) som:
Det magnetiska flödet av ett enhetligt magnetfält genom en plan yta kan hittas som:
För ett enhetligt fält, en plan yta placerad vinkelrätt mot den magnetiska induktionsvektorn, är det magnetiska flödet lika med:
Den magnetiska induktionsvektorns flöde kan vara negativt och positivt. Detta beror på valet av en positiv riktning. Mycket ofta är flödet av den magnetiska induktionsvektorn associerat med en krets genom vilken ström flyter. I det här fallet är den positiva riktningen för normalen mot konturen relaterad till strömflödesriktningen enligt regeln för höger gimlet. Då är det magnetiska flödet, som skapas av en strömförande krets, genom ytan som begränsas av denna krets, alltid större än noll.
Måttenheten för flödet av magnetisk induktion in internationella systemet enheter (SI) är weber (Wb). Formel (4) kan användas för att bestämma enheten för magnetiskt flöde. En Weber kallas ett magnetiskt flöde som passerar genom en plan yta, en yta varav 1 kvadratmeter, placerad vinkelrätt mot kraftlinjerna för ett enhetligt magnetfält:
Gauss teorem för magnetfält
Gauss-satsen för ett magnetfältsflöde återspeglar det faktum att det inte finns några magnetiska laddningar, varför linjerna för magnetisk induktion alltid är stängda eller går till oändlighet, de har ingen början och slut.
Gauss-satsen för det magnetiska flödet är formulerat enligt följande: Det magnetiska flödet genom valfri sluten yta (S) är lika med noll. I matematisk form är denna sats skriven enligt följande:
Det visar sig att Gauss-satserna för flöden av den magnetiska induktionsvektorn () och styrkan hos det elektrostatiska fältet (), genom en stängd yta, skiljer sig fundamentalt.
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Träning | Beräkna flödet av den magnetiska induktionsvektorn genom en solenoid som har N varv, kärnlängd l, area tvärsnitt S, kärnans magnetiska permeabilitet. Strömmen som flyter genom solenoiden är I. |
| Beslut | Inuti solenoiden kan magnetfältet anses vara enhetligt. Den magnetiska induktionen är lätt att hitta med hjälp av magnetfältets cirkulationssats och att välja en rektangulär krets som en sluten krets (cirkulationen av vektorn längs vilken vi kommer att betrakta (L)) en rektangulär krets (den kommer att täcka alla N varv). Sedan skriver vi (vi tar hänsyn till att utanför solenoiden är magnetfältet noll, dessutom, där konturen L är vinkelrät mot linjerna för magnetisk induktion B = 0): I det här fallet är det magnetiska flödet genom ett varv av solenoiden (): Det totala flödet av magnetisk induktion som går genom alla varv: |
| Svar |  |
EXEMPEL 2
| Träning | Vad blir flödet av magnetisk induktion genom en fyrkantig ram, som är i vakuum i samma plan med en oändligt lång rak ledare med ström (Fig. 1). Ramens två sidor är parallella med tråden. Längden på ramens sida är b, avståndet från en av ramens sidor är c. |
| Beslut | Uttrycket med vilket det är möjligt att bestämma induktionen av magnetfältet kommer att anses vara känt (se exempel 1 i avsnittet "Magnetisk induktionsmåttenhet"):
|
Om den elektriska strömmen, som Oersteds experiment visade, skapar ett magnetfält, kan då inte magnetfältet i sin tur inducera en elektrisk ström i ledaren? Många forskare försökte med hjälp av experiment hitta svaret på denna fråga, men Michael Faraday (1791 - 1867) var den första som löste detta problem.
År 1831 upptäckte Faraday att en elektrisk ström uppstår i en sluten ledande krets när magnetfältet förändras. Denna ström kallas induktionsström.
Induktionsström i en spole av metall tråd inträffar när magneten trycks in i spolen och när magneten dras ut ur spolen (bild 192),
och även när strömstyrkan ändras i den andra spolen, vars magnetfält penetrerar den första spolen (fig. 193).
Fenomenet att en elektrisk ström uppstår i en sluten ledande krets med förändringar i magnetfältet som penetrerar kretsen kallas elektromagnetisk induktion.
Utseendet av en elektrisk ström i en sluten krets med förändringar i magnetfältet som penetrerar kretsen indikerar verkan av externa krafter av icke-elektrostatisk natur i kretsen eller förekomsten EMF av induktion. Kvantitativ beskrivning av fenomenet elektromagnetisk induktion ges på basis av att upprätta ett samband mellan induktions-emk och en fysisk storhet som kallas magnetiskt flöde.
magnetiskt flöde. För en platt krets belägen i ett enhetligt magnetfält (fig. 194), det magnetiska flödet F genom en yta S kalla värdet lika med produkten av modulen för den magnetiska induktionsvektorn och arean S och med cosinus för vinkeln mellan vektorn och normalen till ytan:
Lenz regel. Erfarenheten visar att riktningen för den induktiva strömmen i kretsen beror på om det magnetiska flödet som penetrerar kretsen ökar eller minskar, samt på magnetfältets induktionsvektors riktning relativt kretsen. Allmän regel, som gör det möjligt att bestämma induktionsströmmens riktning i kretsen, etablerades 1833 av E. X. Lenz.
Lenz regel kan visualiseras med med hjälp av en lunga aluminiumring (bild 195).
Erfarenheten visar att när en permanentmagnet införs stöts ringen bort från den, och när den tas bort dras den till magneten. Resultatet av experimenten beror inte på magnetens polaritet.
Repulsionen och attraktionen av en solid ring förklaras av förekomsten av en induktionsström i ringen med förändringar i det magnetiska flödet genom ringen och verkan på induktionsström magnetiskt fält. Uppenbarligen, när magneten trycks in i ringen, har induktionsströmmen i den en sådan riktning att magnetfältet som skapas av denna ström motverkar det externa magnetfältet, och när magneten trycks ut har induktionsströmmen i den en sådan riktning att induktionsvektorn för dess magnetfält sammanfaller i riktning med vektorns externa fältinduktion.
Allmän formulering Lenz regler: induktionsströmmen som uppstår i en sluten krets har en sådan riktning att det magnetiska flödet som skapas av den genom det område som begränsas av kretsen tenderar att kompensera för förändringen i det magnetiska flödet som orsakar denna ström.
Lagen om elektromagnetisk induktion. Pilot studie beroende av induktions-emk på förändringen i det magnetiska flödet ledde till etableringen lagen för elektromagnetisk induktion: Induktions-emk i en sluten slinga är proportionell mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet genom ytan som begränsas av slingan.
I SI är enheten för magnetiskt flöde vald så att proportionalitetskoefficienten mellan induktions-emk och förändringen i magnetiskt flöde är lika med ett. Vart i lagen om elektromagnetisk induktion formuleras enligt följande: Induktions-emk i en sluten slinga är lika med modulen för förändringshastigheten för det magnetiska flödet genom ytan som begränsas av slingan:
Med hänsyn till Lenz-regeln skrivs lagen om elektromagnetisk induktion enligt följande:
EMF för induktion i spolen. Om identiska förändringar i det magnetiska flödet inträffar i seriekopplade kretsar, är induktions-EMK i dem lika med summan av induktions-EMK i var och en av kretsarna. Därför, vid ändring av det magnetiska flödet i spolen, bestående av n identiska trådvarv, den totala induktions-EMK in n gånger mer EMF-induktion i en enda krets:
För ett enhetligt magnetfält, på basis av ekvation (54.1), följer att dess magnetiska induktion är 1 T om det magnetiska flödet genom en 1 m 2 krets är 1 Wb:
.
Vortex elektriskt fält. Lagen för elektromagnetisk induktion (54.3) enligt känd hastighet förändringar i det magnetiska flödet gör att du kan hitta värdet på induktions-EMK i kretsen och vid känt värde elektrisk resistans slinga beräkna strömmen i slingan. Den fysiska innebörden av fenomenet elektromagnetisk induktion förblir dock okänd. Låt oss överväga detta fenomen mer detaljerat.
Förekomsten av en elektrisk ström i en sluten krets indikerar att när det magnetiska flödet som penetrerar kretsen ändras, verkar krafter på fria elektriska laddningar i kretsen. Ledningen i kretsen är orörlig, fria elektriska laddningar i den kan anses vara orörliga. Endast ett elektriskt fält kan verka på stationära elektriska laddningar. Därför, med varje förändring i magnetfältet i det omgivande rymden, uppstår ett elektriskt fält. Detta elektriska fält sätter igång fria elektriska laddningar i kretsen, vilket skapar en elektrisk induktionsström. Det elektriska fältet som uppstår när magnetfältet förändras kallas vortex elektriskt fält.
Arbetet med krafterna från det elektriska virvelfältet på rörelsen av elektriska laddningar är arbetet med externa krafter, källan till induktions-EMK.
Ett elektriskt virvelfält skiljer sig från ett elektrostatiskt fält genom att det inte är relaterat till elektriska laddningar, dess spänningslinjer är slutna linjer. Arbetet med krafterna i det elektriska virvelfältet under rörelsen av en elektrisk laddning längs stängd linje kan skilja sig från noll.
EMF för induktion i rörliga ledare. Fenomenet elektromagnetisk induktion observeras också i de fall där magnetfältet inte förändras med tiden, men det magnetiska flödet genom kretsen förändras på grund av kretsledarnas rörelse i magnetfältet. I detta fall är orsaken till induktions-EMK inte det elektriska virvelfältet, utan Lorentz-kraften.
Vi rekommenderar också
Läser in...