Магнитный поток от чего зависит

  • Общие
  • Предмет физика
  • Единицы измерения
  • Физические явления
  • Астрономия
  • Механическое движение
  • Равномерное прямолинейное движение
  • Равноускоренное движение
  • Равномерное движение по окружности
  • Путь при неравномерном движении
  • Первый закон Ньютона
  • Масса и плотность
  • Второй и третий законы Ньютона
  • Сила упругости
  • Сила тяготения
  • Сила трения
  • Статика твёрдого тела
  • Статика жидкостей и газов
  • Импульс
  • Энергия
  • Простые механизмы
  • Механические колебания
  • Механические волны
  • Основные положения МКТ
  • Основные формулы молекулярной физики
  • Температура
  • Уравнение состояния идеального газа
  • Изопроцессы
  • Насыщенный пар
  • Внутренняя энергия
  • Количество теплоты
  • Фазовые переходы
  • Первый закон термодинамики
  • Тепловые машины
  • Второй закон термодинамики
  • Электрический заряд
  • Конденсатор. Энергия электрического поля
  • Постоянный ток
  • Закон Ома
  • Соединения проводников
  • Работа и мощность тока
  • ЭДС. Закон Ома для полной цепи
  • Электрический ток в металлах
  • Электрический ток в электролитах
  • Электрический ток в газах
  • Полупроводники
  • Магнитное поле. Линии
  • Магнитное поле. Силы
  • Электромагнитная индукция
  • Самоиндукция
  • Электромагнитные колебания
  • Переменный ток
  • Мощность переменного тока
  • Электроэнергия
  • Электромагнитное поле
  • Электромагнитные волны
  • Световые лучи
  • Отражение света
  • Преломление света
  • Линзы. Ход лучей
  • Тонкие линзы. Ход лучей
  • Тонкие линзы. Построение изображений
  • Глаз человека
  • Оптические приборы
  • Принцип Гюйгенса
  • Интерференция волн
  • Интерференция света
  • Дифракция света
  • Дисперсия света
  • Принцип относительности Галилея
  • Принципы СТО
  • Релятивистская кинематика
  • Релятивистская динамика
  • Фотоэффект
  • Фотоны
  • Корпускулярно-волновой дуализм
  • Линейчатые спектры
  • Строение атома
  • Атом Бора
  • Лазер
  • Строение ядра
  • Радиоактивность
  • Энергия связи ядра
  • Ядерные реакции

От чего зависит магнитный поток?

магнитный поток зависит от индукции магнитного поля

магнитный поток обозначается Ф, измеряется в Вебер

B-вектор магнитной индукции

S- площадь контура, через которую проходит поток

из формулы видно от чего зависит

чем больше В или S тем больше поток и наоборот.

ОТ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ И ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ, ЧЕРЕЗ КОТОРУЮ ОН ПРОХОДИТ

ПОХОЖИЕ ЗАДАНИЯ:

  • Закон Ома
  • Конденсатор. Энергия электрического поля
  • Магнитное поле. Силы
  • Переменный ток
  • Постоянный ток
  • Работа и мощность тока
  • Соединения проводников
  • ЭДС. Закон Ома для полной цепи
  • Электрический заряд
  • Электрический ток в газах
  • Электрический ток в металлах
  • Электрический ток в электролитах
  • Электромагнитная индукция
  • Электромагнитное поле
  • Электромагнитные волны
  • Электромагнитные колебания

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

Майкл Фарадей провел ряд опытов, которые помогли открыть явление электромагнитной индукции.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется вдвигается (выдвигается) относительно катушки

опыт

Вот, что показали эти опыты:

  1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
  2. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.
  3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС.

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Выберите идеального репетитора по физике
15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения

Выберите идеального репетитора по физике

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) звучит так:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Математически его можно описать формулой:

Закон Фарадея

закон Фарадея

Ɛi — ЭДС индукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре всегда направлен так, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

Если контур состоит из ​N витков (то есть он — катушка), то ЭДС индукции будет вычисляться следующим образом.

Закон Фарадея для контура из N витков

закон Фарадея для контура

Ɛi — ЭДС индукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

N — количество витков [-]

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением ​R​:

Закон Ома для проводящего контура

Закон Ома

Ɛi — ЭДС индукции [В]

I — сила индукционного тока [А]

R — сопротивление контура [Ом]

Если проводник длиной l будет двигаться со скоростью ​v​ в постоянном однородном магнитном поле с индукцией ​B​ ЭДС электромагнитной индукции равна:

ЭДС индукции для движущегося проводника

ЭДС индукции

Ɛi — ЭДС индукции [В]

B — магнитная индукция [Тл]

v — скорость проводника [м/с]

l — длина проводника [м]

Возникновение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество теплоты в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

  • вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле
  • вследствие изменения во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея

Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной:

  • в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца
  • в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Магнитный поток, пронизывающий контур

Физическая величина, соответствующая количеству линий магнитной индукции (B), проходящих сквозь контур площадью (S), по которой делают вывод о силе магнитного поля, имеет название «магнитный поток Φ ».

Рис. (1). Изображение различных физических ситуаций
Сравним магнитные потоки на иллюстрациях.

1. Φ 2 ( б ) (>) Φ 1 ( а ), так как B 2 (>) B 1 .
Большему модулю вектора магнитной индукции соответствует больший магнитный поток.

2. Φ ′ ( в ) (>) Φ 1 ( а ), так как S ′ (>) (S).
С увеличением площади контура возрастает магнитный поток.

3. Магнитный поток достигает максимальной величины, если угол между плоскостью контура и линиями магнитной индукции составляет (90°). Если контур поворачивать вокруг оси O O ′ , то магнитный поток, который пронизывает его, постепенно сокращаясь, достигнет нуля в случае параллельности плоскости контура и линий магнитной индукции (рис. г ).

Обрати внимание!

Площадь контура, модуль вектора магнитной индукции, их взаимное расположение обуславливают численное значение магнитного потока, проходящего через контур.

При условии перпендикулярности плоскости контура и вектора магнитной индукции магнитный поток вычисляется по формуле: Φ (=) (BS).

Магнитный поток, который пронизывает площадь (1) м², ограниченную контуром, установленным в однородном поле с индукцией (1) Тл перпендикулярно вектору магнитной индукции, принимают за единицу измерения (1) Вб (вебер).

Площадь сечения магнитопровода

На величину магнитного потока влияет не только напряженность поля, но и площадь поперечного сечения магнитопровода. Чем больше площадь, тем больше поток при одинаковой напряженности.

Поэтому сердечники электромагнитов и трансформаторов делают с большим поперечным сечением, чтобы увеличить магнитный поток в них.

Направление тока в проводнике

Направление магнитного потока напрямую зависит от направления электрического тока в проводнике. Для определения направления потока используют правило буравчика.

Меняя направление тока в катушке, можно менять направление магнитного потока. Это используется в электродвигателях постоянного тока для изменения направления вращения ротора.

Магнитный поток

Физика

Магни́тный пото́к, поток вектора магнитной индукции B boldsymbol B через поверхность S S S , который определяется в соответствии с математическим понятием потока произвольного вектора выражением Φ = ∫ S B n d S = ∫ S B n cos ⁡ α d S , Phi = intlimits_S boldsymbolboldsymboldS = intlimits_S Bncosalpha dS, Φ = S ∫ ​ B n d S = S ∫ ​ B n cos α d S , где Φ Phi Φ – магнитный поток, d S dS d S – элемент поверхности S S S , через которую определяется поток, n boldsymbol n – единичный вектор, направленный по нормали к d S dS d S (от выбора направления вектора n boldsymbol n зависит знак потока), α alpha α – угол между векторами B boldsymbol B и n boldsymbol n . Элемент поверхности d S dS d S должен быть настолько малым, чтобы на поверхности d S dS d S вектор B boldsymbol B можно было считать постоянным по величине и направлению, а сам элемент поверхности d S dS d S можно было бы принять за часть плоскости.

Для произвольной замкнутой поверхности справедливо соотношение Φ = 0 , Phi = 0, Φ = 0 , которое является одним из уравнений Максвелла и означает отсутствие в природе одиночных магнитных зарядов как источников магнитного поля (в природе наблюдаются только магнитные диполи ). Магнитный поток входит в закон электромагнитной индукции Фарадея (также соответствующий одному из уравнений Максвелла), согласно которому изменение магнитного потока во времени приводит к возникновению переменного электрического поля.

Замкнутый кольцевой ток (как и всякий электрический ток ) создаёт магнитное поле B , boldsymbol, B , магнитный поток которого через любую поверхность, ограниченную контуром тока, не зависит от формы этой поверхности. Магнитный поток Φ , Phi, Φ , создаваемый проводником с током, определяется выражением: Φ = L I , Phi = LI, Φ = L I , где I I I – сила тока в проводнике, L L L – индуктивность (или коэффициент самоиндукции) проводника, значение которой зависит от размеров и формы проводника. Если же ток протекает по сверхпроводящему кольцу произвольной формы, размеры которого превышают глубину проникновения δ delta δ магнитного поля внутрь сверхпроводника (для чистых металлов, находящихся в сверхпроводящем состоянии, δ ∼ 1 0 – 7 – 1 0 – 8 delta sim 10^ text 10^ δ ∼ 1 0 –7 – 1 0 –8 м), то магнитный поток, вызванный таким сверхпроводящим током, может принимать только дискретные значения, кратные кванту магнитного потока Φ 0 = h / 2 e ≅ 2 , 1 ⋅ 1 0 – 15 Phi_0 = h/2e cong 2,1 cdot 10^ Φ 0 ​ = h /2 e ≅ 2 , 1 ⋅ 1 0 –15 Вб, где h h h – постоянная Планка , e e e – элементарный электрический заряд .

Единицей измерения магнитного потока в Международной системе единиц СИ (SI) является вебер (1 Вб = 1 Н·м/А = 1 Дж/А); в системе единиц СГС – максвелл (1 Мкс = 1 0 – 8 10^ 1 0 –8 Вб).

Опубликовано 8 ноября 2022 г. в 11:14 (GMT+3). Последнее обновление 27 июля 2023 г. в 18:59 (GMT+3). Связаться с редакцией

Проводящая рамка в магнитном поле

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что при изменении поля, пронизывающего проводящую рамку или катушку, в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС):

Электромагнитная индукция, опыт Фарадея

Энергия используемого в этом опыте магнитного поля характеризуется магнитной индукцией. Однако, при попытке описать наблюдаемое явление выяснилось, что одной этой величины мало.

Если выписать в таблицу значения ЭДС, наводимые магнитным полем, имеющим одну и ту же плотность магнитных линий, в разных условиях, то окажется, что ЭДС, возникающая в квадратной рамке, имеет гораздо большее значение, чем ЭДС в длинной узкой рамке (при одном периметре).

А наибольшая ЭДС возникает в круглом витке.

Причиной этого оказался разный «охват поля» рамкой. Площадь длинной узкой рамки невелика, она «охватывает» малое «количество поля», и ЭДС в ней также мала. У квадратной рамки площадь при одинаковом периметре больше, а у круглого витка – она наибольшая, в результате рамка «охватывает» большее «количество поля», и ЭДС в такой рамке тоже получается больше.

Не менее важной оказалась ориентация рамки по отношению к направлению магнитного поля. Наибольшая ЭДС возникает, если проводящая рамка перпендикулярна линиям магнитной индукции. Если плоскость рамки параллельна этим линиям – то независимо от ее площади и силы магнитного поля ЭДС в рамке не возникнет.

Понятие магнитного потока

Таким образом, для описания явления электромагнитной индукции было введено понятие «магнитный поток», характеризующее «охват поля» рамкой. В этом понятии объединяются все величины, от которых зависит наведенная в рамке ЭДС – индукция поля, площадь и ориентация рамки. Для обозначения используется большая греческая буква Ф (фи):

Таким образом, магнитный поток – это величина, равная произведению индукции магнитного поля, площади проводящего контура, и косинуса угла между нормалью к контуру и направлением линий индукции.

Магнитный поток Ф=BScosa

Из приведенной формулы магнитного потока можно вывести определение его единицы – вебер(Вб):

то есть, магнитный поток 1 Вебер – это магнитный поток, проходящий через рамку площадью 1 квадратный метр, которая ориентирована перпендикулярно линиям однородного магнитного поля с индукцией 1Тесла.

Магнитный поток зависит от

Для понимания термина «магнитный поток» можно представить аналогию с обычным водяным потоком. Водяной поток, как правило, зависит от напора воды (аналог индукции) и площади сечения трубы (аналог площади рамки), а поскольку вода, в отличие от магнитного поля, всегда заключена внутрь трубы, то водяной поток всегда ориентирован поперек сечения трубы, и значение косинуса в формуле всегда равно единице.

§ 38. Магнитный поток

На рисунке 116, а изображён проволочный контур, помещённый в однородное магнитное поле. Принято говорить, что контур в магнитном поле пронизывается определённым магнитным потоком Ф, или потоком вектора магнитной индукции.

Зависимость магнитного потока, пронизывающего площадь контура, от модуля вектора магнитной индукции, площади контура и от ориентации плоскости контура по отношению к линиям магнитной индукции

Рис. 116. Зависимость магнитного потока, пронизывающего площадь контура, от модуля вектора магнитной индукции, площади контура и от ориентации плоскости контура по отношению к линиям магнитной индукции

Опыты показывают, что магнитный поток сквозь контур пропорционален модулю вектора индукции однородного магнитного поля и площади, ограниченной этим контуром. Кроме того, магнитный поток зависит от того, как расположена плоскость контура по отношению к линиям магнитной индукции.

Допустим, что индукция магнитного поля, пронизывающего ограниченную контуром площадь, стала больше. Это могло произойти, например, в результате увеличения силы тока, создающего это магнитное поле, или при перемещении контура в другое, более сильное поле.

Поскольку магнитный поток пропорционален индукции магнитного поля, то при её увеличении в n раз (от значения В1 до значения В2 = nВ1, как показано на рис. 116, а, б) во столько же раз возрастёт и поток Ф, пронизывающий площадь S данного контура.

При том же самом магнитном поле с индукцией В1 магнитный поток, пронизывающий большую площадь S’ (рис. 116, в), будет во столько же раз больше потока через площадь S (см. рис. 116, а), во сколько раз S’ больше, чем S.

Если плоскость контура перпендикулярна линиям магнитной индукции (см. рис. 116, а), то при данной индукции В1 поток Ф, пронизывающий ограниченную этим контуром площадь S, максимален.

При вращении контура вокруг оси ОО’ проходящий сквозь него магнитный поток уменьшается (по закону косинуса) и становится равным нулю, когда плоскость контура располагается параллельно линиям магнитной индукции (рис. 116, г). В этом случае линии магнитной индукции как бы скользят по плоскости рамки, не пронизывая её.

Таким образом, магнитный поток, пронизывающий площадь контура, меняется при изменении модуля вектора магнитной индукции й, площади контура S и при вращении контура, т. е. при изменении его ориентации по отношению к линиям индукции магнитного поля.

Если же контур вращается так, что при любом его положении линии магнитной индукции лежат в плоскости контура, не пересекая ограниченную им площадь (рис. 117), то поток не меняется: в любой момент времени он равен нулю.

Магнитный поток равен нулю, если линии магнитнойиндукции лежат в плоскости контура

Рис. 117. Магнитный поток равен нулю, если линии магнитнойиндукции лежат в плоскости контура

Вопросы

  1. От чего зависит магнитный поток, пронизывающий площадь плоского контура, помещённого в однородное магнитное поле?
  2. Как меняется магнитный поток при увеличении в п раз магнитной индукции, если ни площадь, ни ориентация контура не меняются?
  3. При какой ориентации контура по отношению к линиям магнитной индукции магнитный поток, пронизывающий площадь этого контура, максимален; равен нулю?
  4. Меняется ли магнитный поток при таком вращении контура, когда линии магнитной индукции то пронизывают его, то скользят по его плоскости?

Проволочная катушка К1 со стальным сердечником включена в цепь источника постоянного тока последовательно с реостатом R и ключом К (рис. 118). Электрический ток, протекающий по виткам катушки K1 создаёт в пространстве вокруг неё магнитное поле. В поле катушки K1 находится такая же катушка К2.

Рис. 118

Каким образом можно менять магнитный поток, пронизывающий катушку К2? Рассмотрите все возможные варианты.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий