Hvad er magnetisk flux. Elektromagnetisk induktion

Magnetisk induktion vektor flux I (magnetisk flux) gennem et lille overfladeareal dS kaldet en skalær fysisk størrelse lig med

Her er enhedens normalvektor til området dS, I n- vektorprojektion I til normalretningen, - vinklen mellem vektorerne I Og n (Fig. 6.28).

Ris. 6,28. Magnetisk induktionsvektorflux gennem puden

Magnetisk flux F B gennem en vilkårlig lukket overflade S lig med

Fraværet af magnetiske ladninger i naturen fører til, at vektorlinjerne I har hverken begyndelse eller slutning. Derfor vektorstrømmen I gennem en lukket overflade skal være lig nul. Således for ethvert magnetfelt og en vilkårlig lukket overflade S betingelse er opfyldt

Formel (6.28) udtrykker Ostrogradsky-Gauss sætning for vektor :

Lad os endnu en gang understrege: denne sætning er et matematisk udtryk for, at der i naturen ikke er nogen magnetiske ladninger, hvorpå magnetiske induktionslinjer begynder og slutter, som det var tilfældet med elektrisk feltstyrke E punktafgifter.

Denne egenskab adskiller et magnetfelt markant fra et elektrisk. Linjerne med magnetisk induktion er lukkede, derfor er antallet af linjer, der kommer ind i et bestemt rumvolumen, lig med antallet af linjer, der forlader dette volumen. Hvis de indkommende fluxer tages med et fortegn, og de udgående fluxer med et andet, så vil den totale flux af den magnetiske induktionsvektor gennem en lukket overflade være lig med nul.

Ris. 6,29. W. Weber (1804–1891) - tysk fysiker

Forskellen mellem et magnetfelt og et elektrostatisk kommer også til udtryk i værdien af den mængde, vi kalder cirkulation- integral af et vektorfelt langs en lukket bane. I elektrostatik er integralet lig nul

taget langs en vilkårlig lukket kontur. Dette skyldes potentialet af det elektrostatiske felt, det vil sige, at det arbejde, der udføres for at flytte en ladning i et elektrostatisk felt, ikke afhænger af stien, men kun af placeringen af start- og slutpunkterne.

Lad os se, hvordan tingene står med en lignende værdi for magnetfeltet. Lad os tage en lukket sløjfe, der dækker jævnstrøm og beregne vektorcirkulationen for den I , altså

Som det blev opnået ovenfor, den magnetiske induktion skabt af en lige leder med strøm på afstand R fra lederen er lig med

Lad os overveje tilfældet, når konturen, der omslutter jævnstrømmen, ligger i et plan vinkelret på strømmen og er en cirkel med en radius R centreret om dirigenten. I dette tilfælde cirkulationen af vektoren I langs denne cirkel er lige

Det kan vises, at resultatet for cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor ikke ændres med kontinuerlig deformation af kredsløbet, hvis kredsløbet under denne deformation ikke skærer strømlinjerne. Derefter, på grund af superpositionsprincippet, er cirkulationen af den magnetiske induktionsvektor langs en bane, der dækker flere strømme, proportional med deres algebraiske sum (fig. 6.30).

Ris. 6.30. Lukket sløjfe (L) med en specificeret bypass-retning.
Strømmene I 1, I 2 og I 3 er afbildet, hvilket skaber et magnetfelt.
Kun strømme I 2 og I 3 bidrager til cirkulationen af magnetfeltet langs konturen (L)

Hvis det valgte kredsløb ikke dækker strømme, så er cirkulationen gennem det nul.

Når man beregner den algebraiske sum af strømme, skal strømmens tegn tages i betragtning: vi vil betragte positiv en strøm, hvis retning er relateret til gennemløbsretningen langs konturen ved reglen om den højre skrue. For eksempel det nuværende bidrag jeg 2 i cirkulationen er negativ, og det nuværende bidrag jeg 3 - positiv (fig. 6.18). Brug af forholdet

mellem strømstyrke jeg gennem enhver lukket overflade S og strømtæthed til vektorcirkulation I kan skrives ned

Hvor S- enhver lukket overflade, der hviler på en given kontur L.

Sådanne felter kaldes hvirvel. Derfor kan der ikke indføres et potentiale for et magnetfelt, som det blev gjort for det elektriske felt af punktladninger. Forskellen mellem potentiale- og hvirvelfelterne kan tydeligst repræsenteres af billedet af feltlinjerne. Elektrostatiske feltlinjer er som pindsvin: de begynder og slutter ved ladninger (eller går til uendelig). Magnetiske feltlinjer ligner aldrig "pindsvin": de er altid lukkede og omfavner strøm.

For at illustrere anvendelsen af cirkulationssætningen, lad os ved en anden metode finde det allerede kendte magnetfelt af en uendelig solenoide. Lad os tage en rektangulær kontur 1-2-3-4 (fig. 6.31) og beregne vektorens cirkulation I langs denne kontur

Ris. 6,31. Anvendelse af cirkulationssætning B til bestemmelse af magnetfeltet i en solenoide

Det andet og fjerde integral er lig med nul på grund af vinkelretheden af vektorerne og

Vi gengav resultatet (6.20) uden at integrere magnetfelterne fra individuelle drejninger.

Det opnåede resultat (6.35) kan bruges til at finde magnetfeltet for en tynd toroidal solenoide (fig. 6.32).

Ris. 6,32. Toroidal spole: Linjerne med magnetisk induktion er lukket inde i spolen og danner koncentriske cirkler. De er rettet på en sådan måde, at vi ser langs dem, vil se strømmen i svingene cirkulere med uret. En af induktionslinjerne med en vis radius r 1 ≤ r< r 2 изображена на рисунке

Ved hjælp af kraftlinjer kan du ikke kun vise retningen af magnetfeltet, men også karakterisere størrelsen af dets induktion.

Vi blev enige om at tegne feltlinjerne på en sådan måde, at der gennem 1 cm² af arealet, vinkelret på induktionsvektoren på et bestemt punkt, ville passere et antal linjer svarende til feltinduktionen på dette punkt.

På det sted, hvor feltinduktionen er større, vil feltlinierne være tættere. Og omvendt, hvor feltinduktionen er mindre, er feltlinierne mindre hyppige.

Et magnetfelt med samme induktion i alle punkter kaldes et ensartet felt. Grafisk er et ensartet magnetfelt afbildet af kraftlinjer, som er lige adskilte fra hinanden

Et eksempel på et ensartet felt er feltet inde i en lang solenoide, såvel som feltet mellem tæt anbragte parallelle flade polstykker af en elektromagnet.

Produktet af induktionen af det magnetiske felt, der trænger ind i et givet kredsløb af kredsløbets område, kaldes magnetisk flux, magnetisk induktion eller simpelthen magnetisk flux.

Den engelske fysiker Faraday gav det en definition og studerede dets egenskaber. Han opdagede, at dette koncept tillader en dybere overvejelse af magnetiske og elektriske fænomeners forenede natur.

Ved at angive den magnetiske flux med bogstavet Ф, konturområdet S og vinklen mellem retningen af induktionsvektoren B og normalen n til konturområdet α, kan vi skrive følgende lighed:

Ф = В S cos α.

Magnetisk flux er en skalær størrelse.

Da tætheden af kraftlinjerne i et vilkårligt magnetfelt er lig med dets induktion, er den magnetiske flux lig med hele antallet af kraftlinjer, der trænger ind i et givet kredsløb.

Efterhånden som feltet ændres, ændres den magnetiske flux, der trænger ind i kredsløbet, også: Når feltet forstærkes, øges det, og når det svækkes, falder det.

En enhed for magnetisk flux ind antages at være den flux, der trænger ind i et område på 1 m², placeret i et ensartet magnetfelt, med en induktion på 1 Wb/m², og placeret vinkelret på induktionsvektoren. En sådan enhed kaldes en weber:

1 Wb = 1 Wb/m² ˖ 1 m².

En skiftende magnetisk flux genererer et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer (elektrisk hvirvelfelt). Et sådant felt manifesterer sig i lederen som påvirkning af fremmede kræfter. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion, og den elektromotoriske kraft, der opstår i dette tilfælde, kaldes induceret emf.

Derudover skal det bemærkes, at den magnetiske flux gør det muligt at karakterisere hele magneten (eller andre kilder til magnetfeltet) som helhed. Følgelig, hvis det gør det muligt at karakterisere dens virkning på ethvert enkelt punkt, så er den magnetiske flux fuldstændig. Det vil sige, vi kan sige, at dette er den næstvigtigste. Dette betyder, at hvis magnetisk induktion virker som en kraftkarakteristik for et magnetfelt, så er magnetisk flux dets energikarakteristik.

For at vende tilbage til eksperimenterne kan vi også sige, at hver drejning af spolen kan forestilles som en separat lukket drejning. Det samme kredsløb, som den magnetiske flux af den magnetiske induktionsvektor vil passere igennem. I dette tilfælde vil en induktiv elektrisk strøm blive observeret. Det er således under påvirkning af magnetisk flux, at der dannes et elektrisk felt i en lukket leder. Og så danner dette elektriske felt en elektrisk strøm.

Strømmen af den magnetiske induktionsvektor B gennem enhver overflade. Den magnetiske flux gennem et lille område dS, inden for hvilket vektoren B er uændret, er lig med dФ = ВndS, hvor Bn er projektionen af vektoren på normalen til området dS. Magnetisk flux F gennem finalen... ... Stor encyklopædisk ordbog

MAGNETISK FLUX- (magnetisk induktionsflux), flux F af den magnetiske vektor. induktion B gennem k.l. overflade. M. p. dФ gennem et lille område dS, inden for hvilke grænser vektoren B kan betragtes som uændret, udtrykkes ved produktet af arealstørrelsen og projektionen Bn af vektoren på ... ... Fysisk encyklopædi

magnetisk flux- En skalær mængde svarende til fluxen af magnetisk induktion. [GOST R 52002 2003] magnetisk flux Fluxen af magnetisk induktion gennem en overflade vinkelret på magnetfeltet, defineret som produktet af den magnetiske induktion på et givet punkt af arealet... ... Teknisk oversættervejledning

MAGNETISK FLUX- (symbol F), et mål for styrken og udstrækningen af det MAGNETISKE FELT. Fluxen gennem område A vinkelret på det samme magnetfelt er Ф = mHA, hvor m er mediets magnetiske PERMEABILITET, og H er intensiteten af magnetfeltet. Magnetisk fluxtæthed er fluxen... ... Videnskabelig og teknisk encyklopædisk ordbog

MAGNETISK FLUX- flux Ф af den magnetiske induktionsvektor (se (5)) B gennem overfladen S vinkelret på vektoren B i et ensartet magnetfelt. SI enhed for magnetisk flux (cm) ... Big Polytechnic Encyclopedia

MAGNETISK FLUX- en værdi, der karakteriserer den magnetiske effekt på en given overflade. Det magnetiske felt måles ved antallet af magnetiske kraftlinjer, der passerer gennem en given overflade. Teknisk jernbaneordbog. M.: Statstransport... ... Teknisk jernbaneordbog

Magnetisk flux- en skalær mængde svarende til fluxen af magnetisk induktion... Kilde: ELECTRICAL ENGINEERING. VILKÅR OG DEFINITIONER AF GRUNDLÆGGENDE KONCEPT. GOST R 52002 2003 (godkendt ved resolution af den russiske føderations statsstandard dateret 01/09/2003 N 3 art.) ... Officiel terminologi

magnetisk flux- flux af magnetisk induktionsvektor B gennem enhver overflade. Den magnetiske flux gennem et lille område dS, inden for hvilket vektoren B er uændret, er lig med dФ = BndS, hvor Bn er projektionen af vektoren på normalen til området dS. Magnetisk flux F gennem finalen... ... Encyklopædisk ordbog

magnetisk flux- , fluxen af magnetisk induktion er fluxen af den magnetiske induktionsvektor gennem enhver overflade. For en lukket overflade er den totale magnetiske flux nul, hvilket afspejler magnetfeltets solenoidale natur, dvs. fraværet i naturen... Encyklopædisk ordbog for metallurgi

Magnetisk flux- 12. Magnetisk flux Magnetisk induktionsflux Kilde: GOST 19880 74: Elektroteknik. Grundlæggende begreber. Begreber og definitioner originaldokument 12 magnetisk på ... Ordbogsopslagsbog med vilkår for normativ og teknisk dokumentation

Bøger

Køb for 2252 UAH (kun Ukraine)
Magnetisk flux og dens transformation, Mitkevich V.F. Denne bog indeholder en masse, der ikke altid er opmærksom på, når det kommer til magnetisk flux, og som endnu ikke er blevet sagt klart nok eller ikke er blevet...

Magnetisk induktion (symbol B)– hovedkarakteristikken for et magnetfelt (vektormængde), som bestemmer påvirkningskraften på en bevægelig elektrisk ladning (strøm) i et magnetfelt, rettet i retningen vinkelret på bevægelseshastigheden.

Magnetisk induktion er defineret som evnen til at påvirke et objekt ved hjælp af et magnetfelt. Denne evne viser sig når bevæger sig permanent magnet i spolen, hvorved der induceres (opstår) en strøm i spolen, mens den magnetiske flux i spolen også øges.

Fysisk betydning af magnetisk induktion

Fysisk forklares dette fænomen som følger. Metallet har en krystallinsk struktur (spolen er lavet af metal). Et metals krystalgitter indeholder elektriske ladninger - elektroner. Hvis der ikke udøves magnetisk påvirkning på metallet, så er ladningerne (elektronerne) i ro og bevæger sig ingen steder.

Hvis metallet kommer under påvirkning af et vekslende magnetfelt (på grund af bevægelsen af en permanent magnet inde i spolen - nemlig bevægelser), så begynder ladningerne at bevæge sig under påvirkning af dette magnetfelt.

Som følge heraf opstår der en elektrisk strøm i metallet. Styrken af denne strøm afhænger af magnetens og spolens fysiske egenskaber og bevægelseshastigheden af den ene i forhold til den anden.

Når en metalspole placeres i et magnetfelt, roteres de ladede partikler i metalgitteret (i spolen) i en bestemt vinkel og placeres langs kraftlinjerne.

Jo højere magnetfeltets styrke er, jo flere partikler roterer og jo mere ensartet vil deres arrangement være.

Magnetiske felter orienteret i én retning neutraliserer ikke hinanden, men lægger sig sammen og danner et enkelt felt.

Magnetisk induktionsformel

Hvor, I— vektor for magnetisk induktion, F- maksimal kraft, der virker på en strømførende leder, jeg- strømstyrke i lederen, l— lederens længde.

Magnetisk flux

Magnetisk flux er en skalær størrelse, der karakteriserer effekten af magnetisk induktion på et bestemt metalkredsløb.

Magnetisk induktion bestemmes af antallet af kraftlinjer, der passerer gennem 1 cm2 af metalsektionen.

De magnetometre, der bruges til at måle det, kaldes teslometre.

SI-måleenheden for magnetisk induktion er Tesla (Tl).

Efter at elektronernes bevægelse i spolen ophører, mister kernen, hvis den er lavet af blødt jern, sine magnetiske egenskaber. Hvis det er lavet af stål, så har det evnen til at bevare sine magnetiske egenskaber i nogen tid.

Blandt fysiske mængder indtager magnetisk flux en vigtig plads. Denne artikel forklarer, hvad det er, og hvordan man bestemmer dets størrelse.

Hvad er magnetisk flux

Dette er en størrelse, der bestemmer niveauet af det magnetiske felt, der passerer gennem overfladen. Det er betegnet "FF" og afhænger af feltets styrke og feltets passagevinkel gennem denne overflade.

Det beregnes efter formlen:

FF=B⋅S⋅cosα, hvor:

FF - magnetisk flux;
B er størrelsen af magnetisk induktion;
S er det overfladeareal, som dette felt passerer igennem;
cosα er cosinus af vinklen mellem vinkelret på overfladen og flowet.

SI-måleenheden er "weber" (Wb). 1 Weber er skabt af et felt på 1 Tesla, der passerer vinkelret på en overflade med et areal på 1 m².

Strømningen er således maksimal, når dens retning falder sammen med lodret og er lig med "0", hvis den er parallel med overfladen.

Interessant. Formlen for magnetisk flux svarer til formlen, hvormed belysningen beregnes.

Permanente magneter

En af feltkilderne er permanente magneter. De har været kendt i mange århundreder. Kompasnålen var lavet af magnetiseret jern, og i det antikke Grækenland var der en legende om en ø, der tiltrak metaldele af skibe.

Permanente magneter kommer i forskellige former og er lavet af forskellige materialer:

jern er de billigste, men har mindre tiltrækningskraft;
neodym - lavet af en legering af neodym, jern og bor;
Alnico er en legering af jern, aluminium, nikkel og kobolt.

Alle magneter er bipolære. Dette er mest mærkbart i stang- og hesteskoanordninger.

Hvis stangen er ophængt fra midten eller placeret på et flydende stykke træ eller skum, vil den dreje i nord-sydgående retning. Polen, der peger mod nord, kaldes nordpolen og er malet blå på laboratorieinstrumenter og betegnet "N." Den modsatte, der peger mod syd, er rød og markeret med "S". Magneter med ens poler tiltrækker, og med modsatte poler afviser de.

I 1851 foreslog Michael Faraday konceptet med lukkede induktionslinjer. Disse linjer kommer ud af magnetens nordpol, passerer gennem det omgivende rum, går ind mod syd og vender tilbage til nord inde i enheden. Linjerne og feltstyrken er tættest på polerne. Tiltrækningskraften er også højere her.

Hvis du lægger et stykke glas på enheden og drysser jernspåner ovenpå i et tyndt lag, vil de blive placeret langs magnetfeltlinjerne. Når flere enheder er placeret i nærheden, vil savsmuldet vise samspillet mellem dem: tiltrækning eller frastødning.

Jordens magnetfelt

Vores planet kan forestilles som en magnet, hvis akse hælder 12 grader. Skæringspunkterne mellem denne akse og overfladen kaldes magnetiske poler. Som enhver magnet løber Jordens kraftlinjer fra nordpolen mod syd. I nærheden af stængerne løber de vinkelret på overfladen, så der er kompasnålen upålidelig, og andre metoder skal bruges.

Partikler af "solvinden" har en elektrisk ladning, så når man bevæger sig rundt om dem, opstår et magnetfelt, der interagerer med Jordens felt og dirigerer disse partikler langs kraftlinjerne. Dette felt beskytter således jordens overflade mod kosmisk stråling. Men nær polerne er disse linjer rettet vinkelret på overfladen, og ladede partikler kommer ind i atmosfæren, hvilket forårsager nordlys.

I 1820 så Hans Ørsted, mens han udførte eksperimenter, virkningen af en leder, hvorigennem en elektrisk strøm løber på en kompasnål. Et par dage senere opdagede Andre-Marie Ampere den gensidige tiltrækning af to ledninger, hvorigennem strømmen gik i samme retning.

Interessant. Under elektrisk svejsning bevæger nærliggende kabler sig, når strømmen ændres.

Ampere foreslog senere, at dette skyldtes den magnetiske induktion af strøm, der strømmer gennem ledningerne.

I en spole viklet med en isoleret ledning, gennem hvilken der strømmer elektrisk strøm, forstærker felterne af de enkelte ledere hinanden. For at øge tiltrækningskraften er spolen viklet på en åben stålkerne. Denne kerne er magnetiseret og tiltrækker jerndele eller den anden halvdel af kernen i relæer og kontaktorer.

Elektromagnetisk induktion

Når den magnetiske flux ændres, induceres en elektrisk strøm i ledningen. Dette faktum afhænger ikke af, hvad der forårsager denne ændring: bevægelsen af en permanent magnet, bevægelsen af en ledning eller en ændring i strømstyrken i en nærliggende leder.

Dette fænomen blev opdaget af Michael Faraday den 29. august 1831. Hans eksperimenter viste, at EMF (elektromotorisk kraft), der optræder i et kredsløb afgrænset af ledere, er direkte proportional med hastigheden af ændringen af flux, der passerer gennem området af dette kredsløb.

Vigtig! For at der opstår en emf, skal ledningen krydse elledningerne. Når du bevæger dig langs linjerne, er der ingen EMF.

Hvis spolen, hvori EMF opstår, er forbundet til et elektrisk kredsløb, så opstår der en strøm i viklingen, hvilket skaber sit eget elektromagnetiske felt i induktoren.

Når en leder bevæger sig i et magnetfelt, induceres en emk i den. Dens retning afhænger af ledningens bevægelsesretning. Metoden, hvormed retningen af magnetisk induktion bestemmes, kaldes "højrehåndsmetoden".