Hva er magnetisk fluks. Elektromagnetisk induksjon

Magnetisk induksjonsvektorfluks I (magnetisk fluks) gjennom et lite overflateareal dS kalt en skalar fysisk mengde lik

Her er enhetsnormalvektoren til området dS, I n- vektorprojeksjon I til normalretningen, - vinkelen mellom vektorene I Og n (Fig. 6.28).

Ris. 6,28. Magnetisk induksjonsvektorfluks gjennom puten

Magnetisk fluks F B gjennom en vilkårlig lukket overflate S er lik

Fraværet av magnetiske ladninger i naturen fører til at vektorlinjene I har verken begynnelse eller slutt. Derfor vektorstrømmen I gjennom en lukket overflate må være lik null. Dermed for ethvert magnetfelt og en vilkårlig lukket overflate S betingelsen er oppfylt

Formel (6.28) uttrykker Ostrogradsky-Gauss teorem for vektor :

La oss understreke nok en gang: denne teoremet er et matematisk uttrykk for det faktum at det i naturen ikke er noen magnetiske ladninger som magnetiske induksjonslinjer begynner og slutter på, slik tilfellet var i tilfelle av elektrisk feltstyrke E punktgebyrer.

Denne egenskapen skiller et magnetfelt betydelig fra et elektrisk. Linjene med magnetisk induksjon er lukket, derfor er antallet linjer som kommer inn i et visst romvolum lik antall linjer som forlater dette volumet. Hvis de innkommende fluksene tas med ett tegn, og de utgående fluksene med et annet, vil den totale fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom en lukket overflate være lik null.

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

Forskjellen mellom et magnetfelt og et elektrostatisk kommer også til uttrykk i verdien av mengden vi kaller sirkulasjon- integral av et vektorfelt langs en lukket bane. I elektrostatikk er integralet lik null

tatt langs en vilkårlig lukket kontur. Dette skyldes potensialet til det elektrostatiske feltet, det vil si det faktum at arbeidet som gjøres for å flytte en ladning i et elektrostatisk felt ikke avhenger av banen, men bare av posisjonen til start- og sluttpunktene.

La oss se hvordan ting står med en lignende verdi for magnetfeltet. La oss ta en lukket sløyfe som dekker likestrøm og beregne vektorsirkulasjonen for den I , det er

Som ble oppnådd ovenfor, den magnetiske induksjonen skapt av en rett leder med strøm på avstand R fra lederen er lik

La oss vurdere tilfellet når konturen som omslutter likestrømmen ligger i et plan vinkelrett på strømmen og er en sirkel med en radius R sentrert på dirigenten. I dette tilfellet sirkulasjonen til vektoren I langs denne sirkelen er lik

Det kan vises at resultatet for sirkulasjonen av den magnetiske induksjonsvektoren ikke endres med kontinuerlig deformasjon av kretsen, hvis kretsen under denne deformasjonen ikke krysser strømlinjene. Deretter, på grunn av superposisjonsprinsippet, er sirkulasjonen av den magnetiske induksjonsvektoren langs en bane som dekker flere strømmer proporsjonal med deres algebraiske sum (fig. 6.30).

Ris. 6.30. Lukket sløyfe (L) med spesifisert bypass-retning.
Strømmene I 1, I 2 og I 3 er avbildet, og skaper et magnetfelt.
Bare strømmer I 2 og I 3 bidrar til sirkulasjonen av magnetfeltet langs konturen (L)

Hvis den valgte kretsen ikke dekker strømmer, er sirkulasjonen gjennom den null.

Når du beregner den algebraiske summen av strømmer, bør strømmens fortegn tas i betraktning: vi vil vurdere positiv en strøm hvis retning er relatert til retningen for kryssing langs konturen ved regelen for høyre skrue. For eksempel gjeldende bidrag Jeg 2 inn i opplaget er negativ, og dagens bidrag Jeg 3 - positiv (fig. 6.18). Bruke forholdet

mellom strømstyrke Jeg gjennom enhver lukket overflate S og strømtetthet, for vektorsirkulasjon I kan skrives ned

Hvor S- enhver lukket overflate som hviler på en gitt kontur L.

Slike felt kalles virvel. Derfor kan et potensial ikke introduseres for et magnetfelt, slik det ble gjort for det elektriske feltet til punktladninger. Forskjellen mellom potensial- og virvelfeltet kan tydeligst representeres av bildet av feltlinjene. Elektrostatiske feltlinjer er som pinnsvin: de begynner og slutter ved ladninger (eller går til det uendelige). Magnetiske feltlinjer ligner aldri "pinnsvin": de er alltid lukkede og omfavner strøm.

For å illustrere anvendelsen av sirkulasjonsteoremet, la oss finne ved en annen metode det allerede kjente magnetfeltet til en uendelig solenoid. La oss ta en rektangulær kontur 1-2-3-4 (fig. 6.31) og beregne sirkulasjonen til vektoren I langs denne konturen

Ris. 6,31. Anvendelse av sirkulasjonsteoremet B til bestemmelse av magnetfeltet til en solenoid

Den andre og fjerde integralen er lik null på grunn av vinkelrettigheten til vektorene og

Vi reproduserte resultatet (6.20) uten å integrere magnetfeltene fra individuelle svinger.

Det oppnådde resultatet (6.35) kan brukes til å finne magnetfeltet til en tynn toroidal solenoid (fig. 6.32).

Ris. 6,32. Toroidal spole: Linjene for magnetisk induksjon er lukket inne i spolen og danner konsentriske sirkler. De er rettet på en slik måte at vi ser langs dem, vil se strømmen i svingene sirkulere med klokken. En av induksjonslinjene med en viss radius r 1 ≤ r< r 2 изображена на рисунке

Ved å bruke kraftlinjer kan du ikke bare vise retningen til magnetfeltet, men også karakterisere størrelsen på induksjonen.

Vi ble enige om å tegne feltlinjene på en slik måte at gjennom 1 cm² av arealet, vinkelrett på induksjonsvektoren på et visst punkt, ville det passere et antall linjer lik feltinduksjonen på dette punktet.

På stedet hvor feltinduksjonen er større, vil feltlinjene være tettere. Og omvendt, der feltinduksjonen er mindre, er feltlinjene sjeldnere.

Et magnetfelt med samme induksjon i alle punkter kalles et enhetlig felt. Grafisk er et ensartet magnetfelt avbildet av kraftlinjer, som er like adskilt fra hverandre

Et eksempel på et ensartet felt er feltet inne i en lang solenoid, samt feltet mellom tett plasserte parallelle flate polstykker av en elektromagnet.

Produktet av induksjonen av magnetfeltet som penetrerer en gitt krets med området til kretsen kalles magnetisk fluks, magnetisk induksjon eller ganske enkelt magnetisk fluks.

Den engelske fysikeren Faraday ga den en definisjon og studerte dens egenskaper. Han oppdaget at dette konseptet tillater en dypere vurdering av den enhetlige naturen til magnetiske og elektriske fenomener.

Ved å angi den magnetiske fluksen med bokstaven Ф, konturområdet S og vinkelen mellom retningen til induksjonsvektoren B og normalen n til konturområdet α, kan vi skrive følgende likhet:

Ф = В S cos α.

Magnetisk fluks er en skalar mengde.

Siden tettheten til kraftlinjene til et vilkårlig magnetfelt er lik dets induksjon, er den magnetiske fluksen lik hele antallet kraftlinjer som trenger gjennom en gitt krets.

Når feltet endres, endres også den magnetiske fluksen som gjennomsyrer kretsen: når feltet forsterkes, øker det, og når det svekkes, avtar det.

En enhet for magnetisk fluks inn er tatt for å være fluksen som trenger gjennom et område på 1 m², plassert i et jevnt magnetfelt, med en induksjon på 1 Wb/m², og plassert vinkelrett på induksjonsvektoren. En slik enhet kalles en weber:

1 Wb = 1 Wb/m² ˖ 1 m².

En skiftende magnetisk fluks genererer et elektrisk felt med lukkede kraftlinjer (elektrisk virvelfelt). Et slikt felt manifesterer seg i lederen som virkningen av fremmede krefter. Dette fenomenet kalles elektromagnetisk induksjon, og den elektromotoriske kraften som oppstår i dette tilfellet kalles indusert emf.

I tillegg bør det bemerkes at den magnetiske fluksen gjør det mulig å karakterisere hele magneten (eller andre kilder til magnetfeltet) som helhet. Følgelig, hvis det gjør det mulig å karakterisere handlingen på et hvilket som helst enkelt punkt, er den magnetiske fluksen helt. Det vil si at vi kan si at dette er den nest viktigste. Dette betyr at hvis magnetisk induksjon fungerer som en kraftkarakteristikk for et magnetfelt, så er magnetisk fluks dets energikarakteristikk.

For å gå tilbake til eksperimentene kan vi også si at hver omdreining av spolen kan tenkes som en egen lukket sving. Den samme kretsen som den magnetiske fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren vil passere gjennom. I dette tilfellet vil en induktiv elektrisk strøm bli observert. Dermed er det under påvirkning av magnetisk fluks at det dannes et elektrisk felt i en lukket leder. Og så danner dette elektriske feltet en elektrisk strøm.

Strømmen av den magnetiske induksjonsvektoren B gjennom en hvilken som helst overflate. Den magnetiske fluksen gjennom et lite område dS, innenfor hvilket vektoren B er uendret, er lik dФ = ВndS, hvor Bn er projeksjonen av vektoren på normalen til området dS. Magnetisk fluks F gjennom finalen... ... Stor encyklopedisk ordbok

MAGNETISK FLUKS- (magnetisk induksjonsfluks), fluks F av den magnetiske vektoren. induksjon B gjennom k.l. flate. M. p. dФ gjennom et lite område dS, innenfor grensene for hvilket vektoren B kan betraktes som uendret, uttrykkes ved produktet av arealstørrelsen og projeksjonen Bn av vektoren på ... ... Fysisk leksikon

magnetisk fluks- En skalar mengde lik fluksen av magnetisk induksjon. [GOST R 52002 2003] magnetisk fluks Fluksen av magnetisk induksjon gjennom en overflate vinkelrett på magnetfeltet, definert som produktet av den magnetiske induksjonen ved et gitt punkt ved området ... ... Teknisk oversetterveiledning

MAGNETISK FLUKS- (symbol F), et mål på styrken og utstrekningen av MAGNETISKE FELT. Fluksen gjennom området A i rette vinkler til det samme magnetfeltet er Ф = mHA, hvor m er den magnetiske PERMEABILITETEN til mediet, og H er intensiteten til magnetfeltet. Magnetisk flukstetthet er fluksen... ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok

MAGNETISK FLUKS- fluks Ф av den magnetiske induksjonsvektoren (se (5)) B gjennom overflaten S normal til vektoren B i et jevnt magnetfelt. SI-enhet for magnetisk fluks (cm) ... Big Polytechnic Encyclopedia

MAGNETISK FLUKS- en verdi som karakteriserer den magnetiske effekten på en gitt overflate. Magnetfeltet måles ved antall magnetiske kraftlinjer som går gjennom en gitt overflate. Teknisk jernbaneordbok. M.: Statstransport... ... Teknisk jernbaneordbok

Magnetisk fluks- en skalar mengde lik fluksen av magnetisk induksjon... Kilde: ELEKTRISK ENGINEERING. VILKÅR OG DEFINISJONER AV GRUNNLEGGENDE KONSEPT. GOST R 52002 2003 (godkjent ved resolusjon av den russiske føderasjonens statsstandard datert 01/09/2003 N 3 art.) ... Offisiell terminologi

magnetisk fluks- fluks av magnetisk induksjonsvektor B gjennom en hvilken som helst overflate. Den magnetiske fluksen gjennom et lite område dS, innenfor hvilket vektoren B er uendret, er lik dФ = BndS, hvor Bn er projeksjonen av vektoren på normalen til området dS. Magnetisk fluks F gjennom finalen... ... encyklopedisk ordbok

magnetisk fluks- , fluksen av magnetisk induksjon er fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom en hvilken som helst overflate. For en lukket overflate er den totale magnetiske fluksen null, noe som gjenspeiler magnetfeltets solenoidale natur, dvs. fraværet i naturen ... Encyclopedic Dictionary of Metallurgy

Magnetisk fluks- 12. Magnetisk fluks Magnetisk induksjonsfluks Kilde: GOST 19880 74: Elektroteknikk. Enkle konsepter. Begreper og definisjoner originaldokument 12 magnetisk på ... Ordbok-referansebok med vilkår for normativ og teknisk dokumentasjon

Bøker

Kjøp for 2252 UAH (kun Ukraina)
Magnetisk fluks og dens transformasjon, Mitkevich V.F. Denne boken inneholder mye som ikke alltid vies tilbørlig oppmerksomhet når det kommer til magnetisk fluks, og som ennå ikke er uttalt tydelig nok eller ikke har vært...

Magnetisk induksjon (symbol B)– hovedkarakteristikken til et magnetfelt (vektormengde), som bestemmer kraften av påvirkning på en bevegelig elektrisk ladning (strøm) i et magnetfelt, rettet i retningen vinkelrett på bevegelseshastigheten.

Magnetisk induksjon er definert som evnen til å påvirke et objekt ved hjelp av et magnetfelt. Denne evnen viser seg når flytte permanent magnet i spolen, som et resultat av at det induseres (oppstår) en strøm i spolen, mens den magnetiske fluksen i spolen også øker.

Fysisk betydning av magnetisk induksjon

Fysisk er dette fenomenet forklart som følger. Metallet har en krystallinsk struktur (spolen er laget av metall). Krystallgitteret til et metall inneholder elektriske ladninger - elektroner. Hvis det ikke utøves magnetisk påvirkning på metallet, er ladningene (elektronene) i ro og beveger seg ikke noe sted.

Hvis metallet kommer under påvirkning av et vekslende magnetfelt (på grunn av bevegelsen av en permanent magnet inne i spolen - nemlig bevegelser), så begynner ladningene å bevege seg under påvirkning av dette magnetfeltet.

Som et resultat oppstår det en elektrisk strøm i metallet. Styrken til denne strømmen avhenger av de fysiske egenskapene til magneten og spolen og bevegelseshastigheten til den ene i forhold til den andre.

Når en metallspole plasseres i et magnetfelt, roteres de ladede partiklene i metallgitteret (i spolen) i en viss vinkel og plasseres langs kraftlinjene.

Jo høyere magnetfeltets styrke er, desto flere partikler roterer og jo mer jevn vil deres arrangement være.

Magnetiske felt orientert i én retning nøytraliserer ikke hverandre, men legger seg sammen og danner et enkelt felt.

Magnetisk induksjonsformel

Hvor, I— vektor for magnetisk induksjon, F- maksimal kraft som virker på en strømførende leder, Jeg- strømstyrke i lederen, l— lengden på lederen.

Magnetisk fluks

Magnetisk fluks er en skalar størrelse som karakteriserer effekten av magnetisk induksjon på en bestemt metallkrets.

Magnetisk induksjon bestemmes av antall kraftlinjer som går gjennom 1 cm2 av metallseksjonen.

Magnetometre som brukes til å måle det kalles teslometre.

SI-måleenheten for magnetisk induksjon er Tesla (T).

Etter at bevegelsen av elektroner i spolen opphører, mister kjernen, hvis den er laget av mykt jern, sine magnetiske egenskaper. Hvis den er laget av stål, har den evnen til å beholde sine magnetiske egenskaper i noen tid.

Blant fysiske mengder inntar magnetisk fluks en viktig plass. Denne artikkelen forklarer hva det er og hvordan du bestemmer størrelsen.

Hva er magnetisk fluks

Dette er en mengde som bestemmer nivået på magnetfeltet som passerer gjennom overflaten. Den er betegnet som "FF" og avhenger av styrken til feltet og vinkelen for passasje av feltet gjennom denne overflaten.

Det beregnes i henhold til formelen:

FF=B⋅S⋅cosα, hvor:

FF - magnetisk fluks;
B er størrelsen på magnetisk induksjon;
S er overflatearealet som dette feltet passerer gjennom;
cosα er cosinus til vinkelen mellom vinkelrett på overflaten og strømmen.

SI-måleenheten er "weber" (Wb). 1 Weber er skapt av et felt på 1 Tesla som passerer vinkelrett på en overflate med et areal på 1 m².

Dermed er strømmen maksimal når dens retning faller sammen med vertikalen og er lik "0" hvis den er parallell med overflaten.

Interessant. Den magnetiske fluksformelen er lik formelen som belysningen beregnes med.

Permanente magneter

En av feltkildene er permanente magneter. De har vært kjent i mange århundrer. Kompassnålen var laget av magnetisert jern, og i antikkens Hellas var det en legende om en øy som tiltrakk seg metalldeler av skip.

Permanente magneter kommer i forskjellige former og er laget av forskjellige materialer:

jern er de billigste, men har mindre attraktiv kraft;
neodym - laget av en legering av neodym, jern og bor;
Alnico er en legering av jern, aluminium, nikkel og kobolt.

Alle magneter er bipolare. Dette er mest merkbart i stang- og hesteskoenheter.

Hvis stangen er opphengt fra midten eller plassert på et flytende stykke tre eller skum, vil den snu i nord-sør retning. Polen som peker nord kalles nordpolen og er malt blå på laboratorieinstrumenter og betegnet "N." Den motsatte, som peker sørover, er rød og merket "S". Magneter med like poler tiltrekker seg, og med motsatte poler avstøter de.

I 1851 foreslo Michael Faraday konseptet med lukkede induksjonslinjer. Disse linjene kommer ut av nordpolen til magneten, passerer gjennom det omkringliggende rommet, går inn i sør og går tilbake til nord inne i enheten. Linjene og feltstyrken er nærmest polene. Tiltrekningskraften er også høyere her.

Hvis du legger et stykke glass på enheten og drysser jernspon på toppen i et tynt lag, vil de bli plassert langs magnetfeltlinjene. Når flere enheter er plassert i nærheten, vil sagflisen vise samspillet mellom dem: tiltrekning eller frastøtning.

Jordens magnetfelt

Planeten vår kan forestilles som en magnet, hvis akse er skråstilt med 12 grader. Skjæringspunktene mellom denne aksen og overflaten kalles magnetiske poler. Som enhver magnet går jordens kraftlinjer fra nordpolen til sør. Nær polene løper de vinkelrett på overflaten, så der er kompassnålen upålitelig, og andre metoder må brukes.

Partikler av "solvinden" har en elektrisk ladning, så når de beveger seg rundt dem, vises et magnetisk felt som samhandler med jordens felt og leder disse partiklene langs kraftlinjene. Dermed beskytter dette feltet jordoverflaten mot kosmisk stråling. Men nær polene er disse linjene rettet vinkelrett på overflaten, og ladede partikler kommer inn i atmosfæren og forårsaker nordlyset.

I 1820 så Hans Oersted, mens han utførte eksperimenter, effekten av en leder som en elektrisk strøm flyter gjennom på en kompassnål. Noen dager senere oppdaget Andre-Marie Ampere den gjensidige tiltrekningen av to ledninger som en strøm gikk gjennom i samme retning.

Interessant. Under elektrisk sveising beveger nærliggende kabler seg når strømmen endres.

Ampere antydet senere at dette skyldtes den magnetiske induksjonen av strømmen som strømmer gjennom ledningene.

I en spole viklet med en isolert ledning som det strømmer elektrisk strøm gjennom, forsterker feltene til de enkelte lederne hverandre. For å øke tiltrekningskraften er spolen viklet på en åpen stålkjerne. Denne kjernen er magnetisert og tiltrekker seg jerndeler eller den andre halvdelen av kjernen i releer og kontaktorer.

Elektromagnetisk induksjon

Når den magnetiske fluksen endres, induseres en elektrisk strøm i ledningen. Dette faktum avhenger ikke av hva som forårsaker denne endringen: bevegelsen av en permanent magnet, bevegelsen av en ledning eller en endring i strømstyrken i en nærliggende leder.

Dette fenomenet ble oppdaget av Michael Faraday 29. august 1831. Eksperimentene hans viste at EMF (elektromotorisk kraft) som vises i en krets avgrenset av ledere, er direkte proporsjonal med endringshastigheten av fluks som passerer gjennom området til denne kretsen.

Viktig! For at en emf skal oppstå, må ledningen krysse kraftledningene. Når du beveger deg langs linjene, er det ingen EMF.

Hvis spolen som EMF oppstår i er koblet til en elektrisk krets, oppstår det en strøm i viklingen som skaper sitt eget elektromagnetiske felt i induktoren.

Når en leder beveger seg i et magnetfelt, induseres en emk i den. Retningen avhenger av bevegelsesretningen til ledningen. Metoden for å bestemme retningen for magnetisk induksjon kalles "høyrehåndsmetoden".