§ 31. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции
После опытов Эрстеда и Ампера стало понятно, что электрические и магнитные поля имеют одни и те же источники: движущиеся электрические заряды. Это позволило предположить, что они каким-то образом связаны друг с другом. Фарадей был абсолютно уверен в единстве электрических и магнитных явлений. Вскоре после открытия Эрстеда в своём дневнике в декабре 1821 г. Фарадей записал: «Превратить магнетизм в электричество». На решение этой фундаментальной задачи ему понадобилось десять лет. После многочисленных экспериментов Фарадей сделал эпохальное открытие — замыкая и размыкая электрическую цепь одной катушки, он в замкнутой цепи другой катушки получил электрический ток. Наблюдаемое явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией.
Магнитный поток. Индукция магнитного поля характеризует магнитное поле в конкретной точке пространства. Чтобы охарактеризовать магнитное поле во всех точках поверхности, ограниченной замкнутым контуром, ввели физическую величину, которую назвали магнитным потоком (потоком индукции магнитного поля).
Магнитный поток через плоскую поверхность, находящуюся в однородном магнитном поле, — физическая скалярная величина, равная произведению модуля индукции магнитного поля, площади поверхности и косинуса угла между направлениями нормали к этой поверхности и индукции магнитного поля ( рис. 173 ):
Единицей магнитного потока в СИ является вебер (Вб). 1 Вб — магнитный поток однородного магнитного поля индукцией 1 Тл через плоскую поверхность, расположенную перпендикулярно индукции магнитного поля, площадь которой 1 м 2 .
Формула (31.1) позволяет сделать вывод, что магнитный поток зависит от взаимной ориентации линий индукции магнитного поля и нормали к плоской поверхности. Магнитный поток максимален, если α = 0, т. е. если поверхность перпендикулярна линиям индукции магнитного поля:
Если плоская поверхность параллельна линиям индукции (α = 90°), то магнитный поток через неё равен нулю.
На практике часто встречаются ситуации, когда линии индукции магнитного поля пересекают поверхности, ограниченные не одним контуром, а несколькими. Так, например, линии индукции могут пересекать поверхности, ограниченные витками соленоида, которые «параллельны» друг другу и имеют одинаковую площадь поверхности. В этом случае магнитный поток определяют по формуле
где N — число витков соленоида; S — площадь поверхности, ограниченной каждым витком.
Изменить магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, можно, изменяя: 1) индукцию магнитного поля, в котором находится контур; 2) размеры этого контура; 3) ориентацию контура в магнитном поле.
От теории к практике
Квадратная проволочная рамка со стороной длиной а = 4 см помещена в однородное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости рамки, а модуль индукции В = 0,5 Тл. Какова убыль магнитного потока через поверхность, ограниченную рамкой, при её повороте на угол β = 90°?
Явление электромагнитной индукции. В 1831 г. Фарадей провёл серию опытов, которые позволили установить следующие факты:
1) при движении постоянного магнита относительно катушки, подключённой к гальванометру, в катушке возникал электрический ток (стрелка гальванометра отклонялась). Причём направление тока изменялось на противоположное при изменении направления движения магнита. Это же явление происходило, если магнит был неподвижен, а двигали катушку ( рис. 174 );
2) в катушке, подключённой к гальванометру, возникал электрический ток, если относительно неё двигали другую катушку, которая была подключена к источнику постоянного тока ( рис. 175 );
3) если две катушки намотаны на общий каркас и одну подключали к гальванометру, а другую – к источнику тока, то ток в первой катушке возникал при изменении тока во второй ( рис. 176 ).
Во всех рассмотренных случаях электрический ток в цепи гальванометра возникал только при изменении магнитного потока через поверхности, ограниченные витками катушки, подключённой к гальванометру ( рис. 177 ). Причём значение силы тока, возникающего в контуре, не зависело от способа изменения магнитного потока, а определялось только скоростью его изменения. Назвали такой ток индукционным током.
Индукционный ток — электрический ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
Для существования тока в замкнутой электрической цепи необходимо, чтобы на свободные заряженные частицы действовали сторонние силы, т. е. в цепи должен быть источник ЭДС. Очевидно, что в опытах Фарадея источником этих сторонних сил являлся изменяющийся магнитный поток, который создавал в цепи ЭДС. Эту ЭДС назвали электродвижущей силой индукции или ЭДС индукции. Если цепь замкнута, ЭДС индукции создаёт индукционный ток, т. е. возникновение индукционного тока является вторичным эффектом.
Электромагнитная индукция — явление возникновения ЭДС индукции в контуре, который либо покоится в изменяющемся во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле так, что магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, меняется.
От теории к практике
1. Что изменилось бы в опытах Фарадея, если бы он использовал катушки с большим количеством витков?
2. Отличается ли электрический ток, индуцированный в проводнике, от электрического тока, создаваемого любым другим источником, например гальваническим элементом?
Из истории физики
Один из историков науки писал: «…работы других учёных — Кулона, Гальвани, Эрстеда, Араго, Ампера — представляли собой отдельные пики, тогда как Фарадей воздвиг “горную цепь” из взаимосвязанных работ».
1. Что называют магнитным потоком? Что является единицей магнитного потока в СИ?
2. Какими способами можно изменить магнитный поток через поверхность?
3. При каких условиях в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток?
4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?
5. В каком случае в замкнутом проводящем прямоугольном контуре, находящемся в однородном магнитном поле, индуцируется электрический ток: а) контур движется поступательно; б) контур вращается вокруг оси, проходящей через одну из сторон? Почему?
Физика. 10 класс
§ 31. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции
После опытов Эрстеда и Ампера стало понятно, что электрические и магнитные поля имеют одни и те же источники: движущиеся электрические заряды. Это позволило предположить, что они каким-то образом связаны друг с другом. Фарадей был абсолютно уверен в единстве электрических и магнитных явлений. Вскоре после открытия Эрстеда в своём дневнике в декабре 1821 г. Фарадей записал: «Превратить магнетизм в электричество». На решение этой фундаментальной задачи ему понадобилось десять лет. После многочисленных экспериментов Фарадей сделал эпохальное открытие — замыкая и размыкая электрическую цепь одной катушки, он в замкнутой цепи другой катушки получил электрический ток. Наблюдаемое явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией.
Магнитный поток. Индукция магнитного поля характеризует магнитное поле в конкретной точке пространства. Чтобы охарактеризовать магнитное поле во всех точках поверхности, ограниченной замкнутым контуром, ввели физическую величину, которую назвали магнитным потоком (потоком индукции магнитного поля).
Магнитный поток через плоскую поверхность, находящуюся в однородном магнитном поле, — физическая скалярная величина, равная произведению модуля индукции магнитного поля, площади поверхности и косинуса угла между направлениями нормали к этой поверхности и индукции магнитного поля ( рис. 173 ):
Единицей магнитного потока в СИ является вебер (Вб). 1 Вб — магнитный поток однородного магнитного поля индукцией 1 Тл через плоскую поверхность, расположенную перпендикулярно индукции магнитного поля, площадь которой 1 м 2 .
Формула (31.1) позволяет сделать вывод, что магнитный поток зависит от взаимной ориентации линий индукции магнитного поля и нормали к плоской поверхности. Магнитный поток максимален, если α = 0, т. е. если поверхность перпендикулярна линиям индукции магнитного поля:
Если плоская поверхность параллельна линиям индукции (α = 90°), то магнитный поток через неё равен нулю.
На практике часто встречаются ситуации, когда линии индукции магнитного поля пересекают поверхности, ограниченные не одним контуром, а несколькими. Так, например, линии индукции могут пересекать поверхности, ограниченные витками соленоида, которые «параллельны» друг другу и имеют одинаковую площадь поверхности. В этом случае магнитный поток определяют по формуле
где N — число витков соленоида; S — площадь поверхности, ограниченной каждым витком.
Изменить магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, можно, изменяя: 1) индукцию магнитного поля, в котором находится контур; 2) размеры этого контура; 3) ориентацию контура в магнитном поле.
От теории к практике
Квадратная проволочная рамка со стороной длиной а = 4 см помещена в однородное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости рамки, а модуль индукции В = 0,5 Тл. Какова убыль магнитного потока через поверхность, ограниченную рамкой, при её повороте на угол β = 90°?
Магнитный поток и единицы его измерения: все, что нужно знать
Добро пожаловать в Polaridades, блог, где мы исследуем тайны и чудеса науки. По этому случаю мы окунемся в увлекательный мир магнитного потока и его единиц измерения. Вы когда-нибудь задумывались, как работает намагничивание объектов или что на самом деле означает термин «Гаусс»? В этой статье мы раскроем все тайны этой невидимой, но могущественной силы. Приготовьтесь погрузиться в путешествие открытий и понять, как магнитный поток влияет на нашу повседневную жизнь. Не пропусти это!
Магнитный поток и его единица измерения: полное введение
Магнитный поток является фундаментальным свойством магнитных полей и играет решающую роль в физике и технике. В этом подробном введении мы узнаем, что такое магнитный поток, как он рассчитывается и какова его единица измерения.
Магнитный поток — это количество силовых линий магнитного поля, которые проходят через данную поверхность. Это похоже на концепцию потока воды через трубу: чем больше воды течет, тем больше поток. В случае магнитного потока силовые линии представляют направление и силу магнитного поля.
Для расчета магнитного потока используется уравнение:
Где Φ представляет собой магнитный поток, B — плотность магнитного поля, а A — площадь поверхности, через которую проходит поток. Плотность магнитного поля измеряется в Теслах (Т), а площадь — в квадратных метрах (м²).
Единицей измерения магнитного потока является вебер (Вб), в честь немецкого физика Вильгельма Эдуарда Вебера. Вебер определяется как магнитный поток, который проходит через поверхность площадью 1 квадратный метр, когда плотность магнитного поля равна 1 Тесла.
Важно отметить, что магнитный поток является скалярной величиной, то есть он имеет только величину и не имеет направления. Это контрастирует с линиями магнитного поля, которые имеют направление и значение.
Магнитный поток находит применение в различных областях, таких как медицина (магнитно-резонансная томография), промышленность (электромагнитные двигатели) и физика (изучение магнитных полей).
Применение магнитного потока: где используется эта мощная сила природы?
Магнитный поток — это мощная сила природы, которая находит широкое применение в нашей повседневной жизни. Ниже я познакомлю вас с некоторыми основными областями, где используется эта магнитная сила.
1. Электродвигатели: Электродвигатели — это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую за счет использования магнитного потока. Магнитный поток, создаваемый электрическим током в катушке с проводом, индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем магнита, создавая таким образом вращательное движение.
2. Трансформаторы: Трансформаторы – это устройства, позволяющие изменять напряжение электрического тока. Они работают за счет использования магнитного потока. Когда ток проходит через первичную катушку, генерируется магнитное поле, которое индуцирует ток во вторичной катушке, что позволяет увеличивать или уменьшать напряжение тока.
3. Жесткие диски: Жесткие диски, используемые в компьютерах и других электронных устройствах, также используют магнитный поток. В этих устройствах магнитный поток используется для хранения и считывания информации в виде магнитных полей на дисках.
4. МРТ: МРТ — это метод медицинской визуализации, который использует магнитные поля и радиоволны для получения детальных изображений внутренних органов человеческого тела. В этом случае магнитный поток используется для создания магнитного поля, необходимого для получения изображений.
Вы заинтересованы в: Анализ размерностей: фундаментальный инструмент в физике
5. Электрогенераторы: Электрические генераторы – это устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую. Они работают за счет использования магнитного потока. При перемещении катушки с проводом в магнитном поле в катушке индуцируется электрический ток, генерирующий таким образом электрическую энергию.
6. Электромагнетизм: Электромагнетизм — раздел физики, изучающий взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. Магнитный поток имеет основополагающее значение в этой области, поскольку позволяет понять и объяснить, как магнитные поля взаимодействуют с электрическими токами.
Понятие магнитного потока и его определение физиками
Магнитный поток является фундаментальным понятием в физике и используется для описания величины магнитного поля, проходящего через данную поверхность. По мнению экспертов-физиков, магнитный поток определяется как произведение магнитного поля B на площадь A, через которую он проходит.
Другими словами, магнитный поток можно рассчитать по формуле:
Магнитный поток (Φ) = B * A
Где B — напряженность магнитного поля, а A — площадь, перпендикулярная магнитному полю. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб), что эквивалентно Тесле на квадратный метр (Tm^2).
Понятие магнитного потока очень важно в различных разделах физики, таких как электромагнетизм и теория поля. Это позволяет понять и описать такие явления, как электромагнитная индукция, закон Фарадея и закон Гаусса для магнетизма.
Чтобы лучше понять концепцию магнитного потока, полезно думать о линиях магнитного поля. Линии магнитного поля — это воображаемые линии, которые представляют направление и величину магнитного поля в данной точке. Магнитный поток пропорционален количеству силовых линий магнитного поля, проходящих через данную поверхность.
В случае плоской поверхности, перпендикулярной магнитному полю, магнитный поток максимален, поскольку все силовые линии магнитного поля полностью проходят через поверхность. С другой стороны, если поверхность параллельна магнитному полю, магнитный поток равен нулю, поскольку через нее не проходит линия магнитного поля.
Важно отметить, что магнитный поток является консервативной величиной, то есть его полная величина не меняется в закрытой системе. Это связано с законом сохранения магнитного потока, который гласит, что магнитный поток через замкнутую поверхность всегда постоянен, даже если магнитное поле меняется во времени.
Вот и все, поляризованные друзья! Мы подошли к концу этого магнетического путешествия! Надеюсь, что теперь вы более просвещены, чем сверхновая, о магнитном потоке и единицах его измерения.
Но не волнуйтесь, я не собираюсь проводить викторину! Я просто хочу напомнить вам, что магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) и что он так же важен, как сыр на пицце.
Итак, вы знаете, в следующий раз, когда вы столкнетесь с магнитом, вы сможете произвести впечатление на всех, рассказав о Вебере и его магнитном потоке. И если кто-то спросит вас, почему это так важно, вы просто ответите ему, что это своего рода секретный соус физики, ингредиент, благодаря которому все работает идеально.
Что ж, я надеюсь, что этой «привлекательной» информацией я занял немного места в ваших притягательных сердцах. До встречи в следующей статье «Полярности», где мы продолжим исследовать увлекательный мир полярностей.
До новых встреч, противоположности притягиваются!
3. При какой ориентации контура по отношению к линиям магнитной индукции магнитный поток, пронизывающий площадь этого контура, максимален? равен нулю?
3. При какой ориентации контура по отношению к линиям магнитной индукции магнитный поток, пронизывающий площадь этого контура, максимален? равен нулю?
3. Магнитный поток максимален, если плоскость контура перпендикулярна к направлению магнитных линий и равен нулю, если плоскость контура параллельна магнитным линиям.
Источник:
Решебник по физике за 9 класс (А.В.Перышкин, Е.М.Гутник, 2009 год),
задача №3
к главе «Глава III Электромагнитное поле. §47. Магнитный поток. Ответы на вопросы».