Всё что нужно знать о магнитной индукции
Содержание
Магнитное поле характеризуется своими силовыми линиями. Они направлены по касательной к направлениям, отображаемым магнитной стрелкой в различных точках пространства и ориентированных относительно северного полюса, обозначаемого на стрелке буквой N. Южный полюс обозначается буквой S. Эти линии принято называть линиями магнитной индукции.
Физический смысл
В физике величина, называемая магнитной индукцией и обозначаемая буквой В, характеризирует силовые параметры магнитного поля, воздействующего на электрический заряд, перемещающийся в нем. Вектор магнитной индукции указывает направление этого воздействия. Модуль вектора — это численное значение его длины.
Линии магнитной индукции составляют магнитный поток. Он обозначается греческой буквой Φ (фи). Та часть силовых линий, которая в определенный момент времени фактически охватывается каким-либо контуром, составляет поток, сопряженный с этим контуром, и обозначается Φc.
Явление электромагнитной индукции
Данное явление связано с возникновением электротока при воздействии изменяющегося магнитного потока на замкнутый контур. Электромагнитную индукцию удалось обнаружить британскому физику-экспериментатору Фарадею в ходе опытов, изображенных на рисунке ниже.
Представим себе, что токопроводящая проволока намотана на поверхность цилиндрического сердечника из магнитного материала. Такие устройства называются соленоидами. При прохождении изменяющегося во времени магнитного потока через соленоид возникает индуцированная электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная магнитному потоку, сопряженному с контуром:
С учетом количества витков в катушке, индуцированную ЭДС можно найти с помощью формулы:
Если подключить обмотку соленоида к сопротивлению R, по цепи будет протекать электроток силой:
Определение ЭДС осуществляется одним из двух способов в зависимости от причины изменения магнитного потока во времени:
- Если изменяется поверхность, сопряженная с силовыми линиями поля, то индуцированная ЭДС выражается формулой:
Определение ЭДС через площадь
- Если изменяется поток через обмотку, то:
Определение ЭДС через поток
Единица измерения магнитного потока
Эксперименты согласно закону Фарадея показывают, что произведение индуцируемого в контуре напряжения на длительность этого напряжения зависит исключительно от изменения, претерпеваемого сопряженным с контуром потоком (символ D означает изменение):
Этот факт позволяет выразить величину сопряженного потока простым измерением значения индуцированного напряжения и умножением его на рассматриваемый интервал времени (эта величина также называется вольт-секундой).
Исходя из этих соображений, в качестве единицы измерения магнитного потока выбрана вольт-секунда. Единицей измерения магнитной плотности является также вебер. Она так названа в память немецкого физика Вильгельма Эдуарда Вебера (1804–1891). Магнитный поток измеряется также внесистемной единицей ампер-виток на сантиметр.
Плотность потока
Разделив магнитный поток Φ на площадь поверхности контура S, получим значение потока на единицу площади. Поток на единицу площади, нормальный к силовым линиям, называется плотностью потока. Другое название этого параметра — индукция магнитного поля.
Из выше сказанного вытекает формула магнитной индукции:
Если направление вектора магнитной индукции составляет с рассматриваемой поверхностью прямой угол, то S⊥= S. Если этот угол отличен от 90 градусов, то необходимо ввести некий коэффициент, чтобы в идеальном случае перпендикулярности он был равен единице: S⊥= S · cosφ. Следовательно, этот коэффициент равен косинусу угла φ.
Тогда формула индукции магнитного поля будет выглядеть так:
Магнитная индукция органически связана с напряженностью магнитного поля. Как связан ее вектор и вектор магнитной индукции, отображает формула:
Чтобы узнать направление вектора индукции, следует воспользоваться правилом буравчика.
Единица измерения магнитной индукции — это вебер на квадратный метр. Она названа теслой (Тл) в честь работавшего в США сербского физика Николы Тесла (1857–1943).
Индукцию измеряют специальными приборами — магнитометрами, которые также называют теслометрами.
Загрузка...
