Как в физике обозначается индукция магнитного поля: Магнитная индукция — урок. Физика, 9 класс.

НАЧАЛА ФИЗИКИ

По словам знаменитого французского физика Д. Араго один из присутствующих на демонстрации опыта Эрстеда произнес: «Господа, происходит переворот!». Араго рассказал об опытах Эрстеда 4 сентября 1820 г. на заседании Парижской академии. С особым вниманием его слушал академик А.-М. Ампер, который почувствовал — настал его звездный час… Уже через две недели Ампер доложил о своих первых результатах, а через два месяца были созданы основы электродинамики (этот термин придумал сам Ампер). Гениальная догадка Ампера заключалась в том, что магнитные взаимодействия есть взаимодействия электрических токов. А постоянные магниты участвуют в магнитных взаимодействиях потому, что в них есть внутренние циркулирующие токи, которые и взаимодействуют друг с другом.

Для теоретического описания магнитных взаимодействий необходимо:

1) ввести силовую характеристику магнитного поля (аналогичную напряженности поля электрического),

2) сформулировать правила нахождения этой характеристики магнитного поля во всех точках пространства для заданного распределения электрических токов (аналогичные закону Кулона и принципу суперпозиции электрических полей),

3) установить рецепт нахождения сил, действующих со стороны заданного магнитного поля на электрический ток или отдельный движущийся заряд (аналогичный формуле для электрического поля).

Давайте вслед за выдающимися физиками Био, Саваром, Лапласом, Ампером и Лоренцем реализуем эту программу.

Силовая характеристика магнитного поля, которая позволяет находить силу, действующую со стороны магнитного поля на движущийся заряд или ток, называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией) и обозначается как . Индукция магнитного поля, созданного любым распределением токов определяется принципом суперпозиции магнитных полей и законом Био-Савара-Лапласа¹.

¹ Закон Био-Савара-Лапласа не входит в программу ЕГЭ по физике, и потому во многих школах его не изучают. Нам кажется, что изучать магнитные взаимодействия без закона Био-Савара-Лапласа — это приблизительно то же самое, что изучать электростатику без закона Кулона. В этом одна из причин того, что знания магнитостатики у современных школьников часто находятся <ниже нуля>. Поэтому мы без закона Био-Савара-Лапласа обойтись не могли.

Магнитное поле. Индукция магнитного поля

Как вы уже знаете, между заряженными телами или частицами,
кроме гравитационного взаимодействия, существует ещё и электромагнитное. Если
заряды покоятся относительно определённой инерциальной системы отсчёта, то электромагнитное
взаимодействие между ними называют электростатическим. А силы, действующие
между неподвижными зарядами, определяются законом Кулона.

Однако при движении электрически заряженных частиц
проявляется вторая составляющая электромагнитного взаимодействия, а именно,
магнитное взаимодействие. Поговорим о нём подробнее.

Итак, изучая электрический ток мы с вами познакомились с его
основными действиями. К числу самых очевидных принадлежат: тепловое, химическое
и магнитное действие тока.

Напомним, что тепловое действие тока проявляется в том, что
среда, в которой протекает ток, нагревается.

Химическое действие тока проявляется, как правило, при его
протекании через растворы и расплавы электролитов.

А единственное действие тока, которое проявляется у всех без
исключения проводников — это магнитное.

Теперь давайте выясним, как связаны между собой электричество
и магнетизм? Для этого проделаем такой опыт.   Поднесём к магнитной стрелке
наэлектризованную стеклянную палочку. Как видим, стрелка останется неподвижной.

Взаимодействия нет. Не будет взаимодействия, если к стрелке
поднести отрицательно заряженную эбонитовую палочку. Можно ли на основании этих
опытов говорить об отсутствии всякой связи магнетизма и электричества? Конечно,
нет. Между магнетизмом и электричеством существует теснейшая связь, что можно
подтвердить опытом, который провёл в 1820 году
датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Установка состоит из магнитной стрелки,
укреплённой на острие, и проводника, соединённого с источником тока. До
включения тока стрелка располагается в магнитном поле Земли, ориентируясь с
севера на юг. Замкнув цепь, мы увидим, как магнитная стрелка начнёт
поворачиваться, пока не установится перпендикулярно проводнику с током.
Разомкнём цепь — стрелка возвращается в своё исходное положение. Если изменить
направление тока в проводнике на противоположное, то, замкнув цепь, мы увидим,
как стрелка опять поворачивается и устанавливается перпендикулярно к проводнику,
но уже в противоположном направлении.

Таким образом, можно говорить о том, что магнитная стрелка
взаимодействует с проводником с током. Следовательно, вокруг проводника с током
существует магнитное поле, которое и совершает работу по повороту магнитной стрелки.

Опыт Эрстеда вызвал необычайный интерес у физиков того
времени. Раньше электрические и магнитные явления рассматривались как
совершенно независимые. Открытие же Эрстеда обнаружило взаимосвязь между ними.

Таким образом, на основании проведённых опытов, мы с вами
можем сделать очень важный вывод: неподвижные электрические заряды порождают
только электрическое поле, которое не действует на магнитную стрелку. Вокруг же
движущихся зарядов, то есть электрического тока, существует как электрическое,
так и магнитное поле.

Согласно представлениям классической электродинамики магнитное
поле — особая форма материи, созданная движущимися (относительно определённой
инерциальной системы отсчёта) электрическими зарядами или переменными
электрическими полями.

Опыты показывают, что магнитное поле возникает при движении
любых электрических зарядов. А взаимодействие между ними осуществляется посредством
магнитного поля, которое действует с некоторыми силами на любые другие движущиеся
в данном магнитном поле электрические заряды. Таким образом, о существовании
магнитного поля можно судить по наличию силы, действующей на электрический
заряд, движущийся относительно выбранной инерциальной системы отсчёта.

Силы, действующие со стороны магнитного поля на находящиеся в
нём проводники с током или движущиеся заряды, в дальнейшем будем называть магнитными
силами.

Поскольку магнитное поле проводника с током действует с
определённой силой на магнит (в опыте Эрстеда — на магнитную стрелку), то
естественно предположить, что со стороны магнитного поля магнита на проводник с
током должна действовать сила. Проверим это предположение на опыте.

При разомкнутой цепи действия со стороны магнитного поля
дугообразного магнита на гибкий проводник не наблюдается. Однако при замыкании
цепи проводник приходит в движение: он либо втягивается в пространство между
полюсами дугообразного магнита, либо выталкивается из него при обратном расположении
полюсов магнита или при изменении направления тока в цепи.

Но действие магнитного поля на проводник с током не всегда
проявляется в притяжении или отталкивании. Например, если подвесить на
некотором расстоянии от проводника на тонких и гибких подводящих проводах
маленькую рамку, то при пропускании по проводнику и рамке электрического тока
рамка повернётся и расположится так, что окажется в одной плоскости с
проводником с током.

Если же рамку с током поместить между полюсами дугообразного
магнита, то она повернётся в магнитном поле так, чтобы её плоскость была
перпендикулярна прямой, соединяющей полюсы магнита.

Изучая электростатику, мы узнали, что распределение поля в
пространстве можно сделать «видимым», пользуясь представлениями о линиях
напряжённости. Магнитные поля также можно изображать графически в виде
магнитных линий. Для описания магнитного поля введём его основную
характеристику, аналогичную напряжённости электростатического поля. Такой
характеристикой служит векторная физическая величина — индукция магнитного
поля (или магнитная индукция), являющаяся силовой характеристикой магнитного
поля.

Для определения направления индукции магнитного поля
используют ориентирующее действие магнитного поля на магнитную стрелку или
рамку с током. Направление от южного полюса к северному полюсу магнитной
стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле, принимают за направление
магнитной индукции.

Это направление совпадает с направлением положительной
нормали к замкнутому контуру с током. Положительная нормаль направлена в ту
сторону, куда перемещается буравчик (с правой нарезкой), если вращать его по
направлению тока в рамке. Вектор магнитной индукции в центре рамки
совпадает по направлению с положительной нормалью.

Изучим магнитное поле прямого проводника с током. Для этого
сквозь лист картона, на котором установлены магнитные стрелки, пропустим
проводник, соединённый с источником тока. При замыкании электрической цепи
стрелки расположатся вдоль линий магнитного поля. Если же изменить направление
тока в проводнике, то все стрелки повернутся на 180^о.

Однако использование магнитных стрелок не всегда рационально.
Поэтому для определения направление вектора магнитной индукции прямого
проводника с током пользуются правилом буравчика: если поворачивать
головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль
тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий
магнитной индукции поля прямого проводника с током.

Линией индукции магнитного поля называют воображаемую
линию в пространстве, касательная к которой совпадает с направлением индукции
магнитного поля в каждой точке поля.

Исследование различных магнитных полей показало, что линии
магнитной индукции в отличие от линий напряжённости электростатическое поля
являются замкнутыми линиями. Это характерно для любых магнитных полей. Поля,
обладающие таким свойством, называют вихревыми.

Замкнутость линий магнитной индукции свидетельствует о том,
что магнитных зарядов, подобных электрическим в природе нет. Источником
магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

Хотя современные научные представления предсказывают
существование частицы с магнитным зарядом — магнитные монополи. Магнитный
монополь можно представлять как отдельно взятый полюс длинного и тонкого
постоянного магнита. Однако у всех известных магнитов всегда два полюса, то
есть он является диполем. Если разрезать магнит на две части, то у каждой его
части по-прежнему будет два полюса. Поэтому магнитные монополи пока
экспериментально не наблюдали.

Очевидно, что через любую точку в магнитном поле можно
провести только одну линию индукции. Поскольку индукция магнитного поля в любой
точке пространства имеет определённое направление, то и направление линии
индукции в каждой точке этого поля может быть только единственным. Это
означает, что линии магнитной индукции, так же, как и линии напряжённости
электрического поля, не пересекаются.

Определить направление линий индукции магнитного поля
прямолинейного проводника с током можно также с помощью правила правой руки:
если мысленно обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец
указывал направление тока, то остальные пальцы окажутся согнуты в направлении
линий магнитной индукции.

На практике часто приходится иметь дело с магнитными полями
электрических токов, проходящих по соленоидам. Напомним, что соленоид — это
цилиндрическая катушка, на которую виток к витку намотан провод.

Для определения направления магнитного поля внутри соленоида
можно использовать правило правой руки: если ладонью правой руки обхватить
катушку с током так, чтобы четыре пальца расположились по направлению тока, то
отставленный большой палец укажет направление магнитного поля внутри катушки.

Если длина соленоида много больше его диаметра, то внутри
центральной части соленоида линии индукции магнитного поля практически
параллельны и направлены вдоль его оси. Магнитное поле, индукция которого во
всех точках одинакова, называют однородным. Линии индукции такого поля
параллельны. Очевидно, что в противном случае поле называют неоднородным.

Таким образом, для определения направления магнитной индукции
можно воспользоваться любым из правил, сформулированных нами ранее. Причём,
пользуясь правилом буравчика, надо помнить, что направление тока — это
направление упорядоченного движения положительных зарядов.

Вспомним ещё один важный момент. Для графического обозначения
направления тока в проводнике, перпендикулярного плоскости чертежа, пользуются
следующим приёмом. Если ток направлен от нас за чертёж, то его обозначают
крестиком, если наоборот, то есть из-за чертежа к нам, — то точкой.

Мысленно это можно представить следующим образом: каждый
крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а
точка — остриё стрелы, летящей к нам.

Конспект урока физики 9 класс по теме «Индукция магнитного поля.

Магнитный поток»

Конспект урока «Индукция магнитного поля. Магнитный поток»

Науку часто смешивают с знанием.

Это глубокое недоразумение.

Наука есть не только знание,

но и сознание, т.е. умение пользоваться знанием.

Василий Осипович Ключевский.

В прошлой теме речь шла о магнитных линиях, о действиях магнитного поля, о его свойствах.

Вспомним основные понятия, связанные с магнитным полем.

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды.

Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Так же напомним, что направление линий магнитного поля будет зависеть от направления тока в проводнике.

Это направление можно определить с помощью правила буравчика: если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитного поля тока.

В данной теме речь пойдёт о количественных характеристиках магнитного поля.

Известно, что одни магниты создают в пространстве более сильные поля, чем другие.

Рассмотрим простой пример. Возьмем два полосовых магнита и поместим их над кучкой железных опилок и гвоздей. Как видно из опыта, сила притяжения к первому магниту оказалась достаточной для преодоления силы тяжести гвоздей, а сила притяжения ко второму — нет.

Какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле? Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается B и называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией).

Индукция магнитного поля — одна из важнейших количественных характеристик магнитного поля.

Что это за величина?

Рассмотрим следующий опыт. По проводнику протекает ток в направлении «от нас». Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс. Тогда, согласно правилу левой руки, о котором говорилось в прошлой теме, на проводник будет действовать сила со стороны магнитного поля, и эта сила будет направлена вниз. Таким образом, равновесие будет нарушаться, а величину вклада такой силы можно измерять при помощи разновесов, которые можно добавить на чашу на противоположном конце весов.

В результате многочисленно повторенных опытов было установлено, что сила, действующая на проводник, зависит от:

– самого магнитного поля магнита — более мощный магнит действует на данный проводник с большей силой;

– силы тока, протекающего по проводнику,

– длины самого проводника.

В результате таких опытов, проведенных Ампером и Араго в начале XIX в., было определено, что отношение максимальной действующей силы на проводник с током к силе тока в проводнике и длине проводника остаётся постоянной для этого магнитного поля, и именно она характеризует данное магнитное поле. Поэтому было введено понятие вектора магнитной индукции, как силовой характеристики магнитного поля.

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине.

Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тл (Тесла) в честь югославского электротехника Николы Тесла.

1 Тесла — это магнитная индукция такого однородного магнитного поля, в котором на контур с единичным магнитным моментом действует единичный вращающий момент.

Магнитная индукция полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке может быть найден ее модуль и направление.

До сих пор для графического изображения магнитных полей использовались линии, которые условно называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Теперь можно уточнить их название и дать определение этих линий.

Более точное название магнитных линий — это линии магнитной индукции (или линии индукции магнитного поля).

Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

Данное определение линий магнитной индукции можно пояснить с помощью рисунка. На нем кружочком с точкой изображен проводник с током, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа. Окружность вокруг проводника представляет собой одну из линий индукции магнитного поля, созданного протекающим по проводнику током.

Видно, что проведенные к этой окружности касательные в любой точке совпадают с вектором магнитной индукции.

Так как в каждой точке магнитное поле характеризуется определенным значением индукции, то через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции и, причем, только одну. При этом линии магнитной индукции замкнуты и не пересекаются.

Теперь, пользуясь термином «магнитная индукция», дадим более строгое определение однородного и неоднородного магнитных полей. Для этого обратимся к рисункам.

В изображенном на рисунке однородном магнитном поле (линии магнитной индукции которого расположены параллельно друг другу и с одинаковой густотой) вектор магнитной индукции во всех произвольно выбранных точках поля одинаков как по модулю, так и по направлению.

Сравним это поле с двумя неоднородными полями: полем постоянного полосового магнита и полем тока, протекающего по прямолинейному участку проводника.

Легко заметить, что в неоднородных полях, в отличие от однородного, вектор магнитной индукции меняется от точки к точке.

Т.о. магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.

Для объяснения опытов, которые будут проводиться в дальнейшем, нам необходимо ввести еще одну физическую величину — магнитный поток.

Под словом «поток» понимают в обыденной жизни — это, например, поток воды или поток воздуха.

Возьмем кусок плотной бумаги с отверстием. Подуем в отверстие, подставив руку с обратной стороны листа. Сильнее дуем — больше поток воздуха. Будем дуть с такой же силой, но часть отверстия прикроем — поток уменьшится. И наконец, если плоскость листа бумаги поставим параллельно направлению потока выдуваемого воздуха, рука практически не почувствует влияние воздушного потока.

Аналогично и с магнитным потоком. При усилении магнитного поля количество силовых линий возрастает, следовательно, возрастает и магнитный поток.

Уменьшение площади контура при неизменной индукции магнитного поля приводит к уменьшению числа линий, пронизывающих контур и, следовательно, к уменьшению магнитного потока.

Поворот контура также приводит к изменению числа линий, пронизывающих замкнутый контур.

Если же плоскость контура параллельна линиям магнитной индукции, то поток сквозь него равен 0.

Согласно определению (которое дается в курсе физики старших классов) магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

В системе СИ единицей магнитного потока является Вб (вебер).

1 вебер — это магнитный поток однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл через перпендикулярную ему поверхность площадью 1 м².

Основные выводы:

– Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине.

– Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тл (Тесла).

– Магнитная индукция полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке может быть найден ее модуль и направление.

– Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

Магнитная индукция, единицы измерения — Справочник химика 21

    В системе МКС напряженность магнитного поля В (в литературе по физике обычно называемая магнитной индукцией) традиционно выражалась в Н/(А-м) или в Вб/м . В последние годы единица Вб/м была переименована в теслу (Тл). В гауссовой системе (системе СГС) единицей магнитной индукции является гаусс (Гс). В литературе по гео- и биомагнетизму часто встречается единица, называемая эрстед (Э) и представляющая собой единицу измерения напряженности магнитного поля в системе СГС (ее не следует путать с горизонтальной составляющей Я геомагнитного поля), которая в системе МКС эквивалентна А/м. Однако для всех практических приложений эрстед и гаусс численно равны. При измерениях очень слабых магнитных полей используются нанотесла (нТл) в системе МКС и гамма (у) в СГС. Эти единицы магнитной индукции связаны между собой следующими соотно- [c.70]









    Единица измерения магнитной индукции — тесла [c. 329]

    Электрический ток, проходя по катушке, создает магнитное поле. Величина его характеризуется силой, с которой поле воздействует на другое магнитное поле (например, на проводник длиной 1 м, по которому проходит ток силой 1 А). Численную величину этой силы принято условно обозначать количеством магнитных силовых линий, проходящих через площадь сечения катушки и называемую потоком магнитной индукции, или магнитным потоком (обозначается Ф, единица измерения — Вебер). Магнитный поток, проходящий через единицу поверхности (плотность потока), называется магнитной индук- [c.101]

    Др. важные параметры М.м. I. Остаточная намагниченность М, [или остаточная магн. индукция единица измерения — тесла (Тл)] количественно оценивается величиной намагниченности, сохраняющейся в образце после того, как он был намагничен внеш. магн. полем до насьпцения, а затем напряженность поля сведена до нуля. Величина М, (Д,) существенно зависит от формы образца, его кристаллич. структуры, т-ры, мех. воздействий (удары, сотрясения и т.п.) и др. факторов. 2. Коэрцитивная сила Н измеряется в А/м количественно определяется как напряженность поля, необходимая для изменения намагниченности тела от значения М, до нуля. Зависит от магнитной, кристаллографич. и др. видов анизотропии в-ва, наличия дефектов, способа изготовления образца и его обработки, а также внеш. условий, напр. т-ры. 3. Относит, магн. проницаемость ц характеризует изменение магн. индукции В среды при воздействии поля Я связана с магнитной восприимчивостью % соотношением ц = 1 -Н X (в СИ). В ферромагнетиках и ферритах ц сложным образом зависит от Я для описания этой зависимости вводят понятия дифференциальной (Цд ), начальной (ц ) и максимальной (Цмакс) проницаемостей. 4. Макс. уд. магн. энергия (в Дж/м ) или пропорциональная ей величина (ВН) , на участке размагничивания петли гистерезиса. 5. Намагниченность насыщения М, (или магн. индукция насыщения В ). 6. Кюри точка 7. Уд. электрич. сопротивление р (в Ом м). В ряде случаев существенны и др. параметры, напр температурные коэф. остаточной индукции и коэрцитивной силы, характеристики временной стабильности осн. параметров. [c.624]

    При этом сила направлена перпендикулярно плоскости, в которой находятся проводник и вектор индукции, в соответствии с известным из физики правилом левой руки (если расположить левую руку так, чтобы магнитное поле входило в ладонь, а пальцы направить вдоль направления тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы). Единица измерения магнитной индукции в системе единиц СИ — тесла (Тл). [c.87]

    В СИ единицей измерения напряженности магнитного поля служит А/м, а магнитная индукция измеряется в В-с/м и единица ее называется тесла (Т). [c.52]

    Эту величину называют магнитной индукцией. Единицей ее измерения в системе СИ является Тесла (Тл= ), в системе GS — Гаусс (Гс). [c. 255]

    Единица измерения магнитного потока в системе СИ — Вебер (Вб=В с). В соответствии с выражением (7.2″) магнитную индукцию В часто называют плотностью магнитного потока. [c.255]

    Автор выражается неточно. В гауссах измеряется не напряженность поля Я, а индукция В=(хЯ ( а—магнитная проницаемость), которая в вакууме, т. е. при -=1, численно равна Я. Единицей же измерения напряженности магнитного поля служит эрстед. Прим. перев.) [c.582]

    Индукция магнитного поля измеряется в единицах тесла (Т) либо в соответствии с соотношением V = уВ пересчитывается в единицы частоты и измеряется в герцах. (Ее численное значение не имеет ничего обшего с частотой радиоизлучения, накладываемого на образец во время измерения.) В качестве эталонного вещества почти во всех случаях используется тетра-метилсилаи (ТМС) условно ему приписывается нулевой химический сдвиг. Если сигнал протона в исследуемом веществе обнаруживается при более низком значении В, сдвиг б считается [c. 359]

Конвертер магнитной индукции • Магнитостатика, магнетизм и электродинамика • Полный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Обмотка, якорь, ярмо и контакты электромеханического реле

Общие сведения

Удивительным образом идеи одного человека могут повлиять на последующее развитие человеческого общества в целом. Таким человеком был Майкл Фарадей, не слишком разбирающийся в хитросплетениях современной ему математики, но прекрасно понимающий физический смысл известных к тому времени сведений о природе электричества и магнетизма благодаря выдвинутой им концепции полевых взаимодействий.

Слева направо: Андре-Мари Ампер, Карл Фридрих Гаусс, Хендрик Антон Лоренц, Ханс Кристиан Э́рстед, Ипполит Пикси; источник: Wikimedia.org

Существованию современного общества, основанного на использовании электричества, магнетизма и электродинамики, мы обязаны целой плеяде замечательных учёных. Среди них надо отметить Ампера, Эрстеда, Генри, Гаусса, Вебера, Лоренца и, безусловно, Максвелла. В конечном итоге они свели науку об электричестве и магнетизме в единую картину, которая послужила основой целой когорте изобретателей, создавших своими творениями предпосылки для появления современного информационного общества.

В аккумуляторных дрелях обычно используется универсальный двигатель, который может работать как на постоянном, так и на переменном токе

Мы живём в окружении электродвигателей и генераторов: они наши первые помощники на производстве, на транспорте и в быту. Любой уважающий себя человек не мыслит существования без холодильника, пылесоса и стиральной машины. В приоритете также микроволновая печь, фен, кофемолка, миксер, блендер и — предел мечтаний — электромясорубка и хлебопечка. Безусловно, кондиционер тоже страшно полезная штука, но если нет средств для его приобретения, то сойдёт и простой вентилятор.

У некоторых мужчин запросы несколько скромнее: пределом мечтаний самого неумелого мужчины является электродрель. Некоторые из нас, безуспешно пытаясь завести автомобиль в сорокаградусный мороз и безнадежно терзая стартер (тоже электродвигатель), втайне мечтают о приобретении машины производства Tesla Motors на электродвигателях и аккумуляторах, чтобы забыть навсегда о проблемах бензиновых и дизельных моторов.

Электродвигатели повсюду: они поднимают нас в лифте, они перевозят нас в метро, электричках, трамваях, троллейбусах и скоростных поездах. Они доставляют нам воду на этажи небоскрёбов, приводят в действие фонтаны, откачивают воду из шахт и колодцев, прокатывают сталь, поднимают тяжести, работая в различных кранах. И делают очень много других полезных дел, приводя в движение станки, инструменты и механизмы.

Даже экзоскелеты для людей с ограниченными возможностями и для военных выполнены с использованием электродвигателей, не говоря уже о целой армии промышленных и исследовательских роботов.

Сегодня электродвигатели трудятся в космосе — достаточно вспомнить марсоход Curiosity. Они трудятся на земле, под землёй, на воде, под водой и даже в воздухе — не сегодня, так завтра (статья написана в ноябре 2015 г.) самолёт Solar Impulse 2 наконец-то закончит своё кругосветное путешествие, а беспилотным летательным аппаратам на электродвигателях уж просто несть числа. Недаром вполне серьёзные корпорации сейчас трудятся над сервисами доставки почтовых отправлений с помощью беспилотных летательных аппаратов.

Историческая справка

Этот дизель-генератор мощностью 12,5 кВт из экспозиции Военного музея связи и электроники в г. Кингстоне, Онтарио, использовался на радиостанциях при освоении канадского севера

Построенная в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта химическая батарея, названная впоследствии по имени изобретателя «вольтов столб», воистину оказалась «рогом изобилия» для учёных. Она позволяла приводить в движение электрические заряды в проводниках, то есть создавать электрический ток. Новые открытия с использованием вольтова столба непрерывно следовали одно за другим в различных областях физики и химии.

Например, английский учёный сэр Гемфри Дэви в 1807 году, изучая электролиз расплавов гидроксидов натрия и калия, получил металлический натрий и калий. Ранее, в 1801году, он же открыл электрическую дугу, хотя русские считают её первооткрывателем Василия Владимировича Петрова. Петров в 1802 году описал не только саму дугу, но и возможности её практического применения для целей плавки, сварки металлов и восстановления их из руд, а также освещения.

Слева направо: Майкл Фарадей, Вильгельм Эдуард Вебер, Петер Барлоу, Джозеф Генри, Джеймс Кларк Максвелл

Но самое важное открытие совершил датский физик Ханс Кристиан Эрстед: 21 апреля 1820 года во время демонстрации опытов на лекции он заметил отклонение стрелки магнитного компаса при включении и отключении электрического тока, протекающего через проводник в виде проволоки. Так впервые была подтверждена взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.

Следующий шаг сделал французский физик Андре Мари Ампер несколько месяцев спустя после знакомства с опытом Эрстеда. Любопытен ход рассуждений этого учёного, изложенных в сообщениях, направленных им одно за другим во Французскую академию наук. Сначала, наблюдая поворот стрелки компаса у проводника с током, Ампер предположил, что магнетизм Земли тоже вызван токами, обтекающими Землю в направлении с запада на восток. Отсюда им был сделан вывод, что магнитные свойства тела могут быть объяснены циркуляцией внутри него тока. Далее Ампер довольно смело заключил, что магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него, а магнитное взаимодействие обусловлено не особыми магнитными зарядами, а просто движением электрических зарядов, т. е. током.

Ампер тут же занялся экспериментальным исследованием этого взаимодействия и установил, что проводники с током, текущим в одном направлении притягиваются, а в противоположном — отталкиваются. Взаимно перпендикулярные проводники не взаимодействуют друг с другом.

Трудно удержаться, чтобы не привести открытый Ампером закон в его собственной формулировке:

«Сила взаимодействия движущихся зарядов пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, как и в законе Кулона, но, сверх того, ещё зависит от скоростей этих зарядов и направления их движения».

Очень простой электродвигатель из куска проволоки и сильного магнита, извлеченного из старого жесткого диска

Так в физике были открыты фундаментальные силы, зависящие от скоростей.

Но настоящим прорывом в науке об электричестве и магнетизме стало открытие Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Независимо от Фарадея явление электромагнитной индукции было также открыто Джозефом Генри в 1832 году, попутно открывшим явление самоиндукции.

Публичная демонстрация Фарадеем 29 августа 1831 года была выполнена на изобретённой им установке, состоящей из вольтова столба, выключателя, железного кольца, на котором были намотаны на противоположных сторонах две одинаковые катушки из медного провода. Одна из катушек через выключатель подключалась к батарее, к концам другой был подключён гальванометр. При включении и отключении тока гальванометр фиксировал появление тока разного направления во второй катушке.

В опытах Фарадея электрический ток, названный индукционным током, появлялся и при внесении магнита внутрь катушки или его выдвижения из катушки, нагруженной на измерительную цепь. Аналогично, ток появлялся и при внесении/выдвижении меньшей катушки с током внутрь/из большой катушки из предыдущего опыта. Причём направление индукционного тока менялось на противоположное при внесении/выдвижении магнита или малой катушки с током в соответствии с правилом, сформулированным русским учёным Эмилем Христиановичем Ленцем. в 1833 году.

На основании произведённых опытов Фарадей вывел закон для электродвижущей силы, впоследствии названный его именем.

Идеи и результаты экспериментов Фарадея были переосмыслены и обобщены другим великим соотечественником — гениальным английским физиком и математиком Джеймсом Клерком Максвеллом — в его четырёх дифференциальных уравнениях электродинамики, названных позднее уравнениями Максвелла.

Надо отметить, что в трёх из четырёх уравнений Максвелла фигурирует магнитная индукция в виде вектора магнитного поля.

Магнитная индукция. Определение

Биполярный шаговый двигатель состоит из ротора в форме постоянного магнита и статора, в котором находятся две обмотки с сердечниками, образующие электромагниты

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Она определяет, с какой силой F магнитное поле действует на заряд q, движущийся со скоростью v. Обозначается латинской буквой В (произносится как вектор Б) и сила рассчитывается по формуле:

F = q [v∙B]

где F —сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля на заряд q; v — скорость движения заряда; B — индукция магнитного поля; [v × B] — векторное произведение векторов v и B.

Алгебраически выражение может быть записано в виде:

F = q∙v∙B∙sin α

где α — угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление вектора F перпендикулярно им обоим и направлено по правилу левой руки.

Магнитная индукция является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

В Международной системе единиц СИ магнитная индукция поля измеряется в теслах (Тл), в системе СГС — в гауссах (Гс)

1 Тл = 10⁴ Гс

С другими величинами измерения магнитной индукции, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин.

Измерительные приборы для измерения величины магнитной индукции называются тесламетрами или гауссметрами.

Магнитная индукция поля. Физика явлений

В зависимости от реакции на внешнее магнитное поле, все вещества делятся на три группы:

Динамический громкоговоритель, используемый в системных блоках настольных компьютеров; звук создается за счет перемещения звуковой катушки с током в магнитном поле постоянного магнита; катушка соединена с диффузором, который преобразует ее колебания в звуковые колебания воздуха

• Диамагнетики
• Парамагнетики
• Ферромагнетики

Термины диамагнетизм и парамагнетизм были введены Фарадеем в 1845 году. Для количественной оценки этих реакций введено понятие магнитной проницаемости. В системе СИ введена абсолютная магнитная проницаемость, измеряемая в Гн/м, и относительная безразмерная магнитная проницаемость, равная отношению проницаемости данной среды к проницаемости вакуума. У диамагнетиков относительная магнитная проницаемость несколько меньше единицы, у парамагнетиков — несколько больше единицы. У ферромагнетиков магнитная проницаемость значительно больше единицы и носит нелинейный характер.

Явление диамагнетизма заключается в способности вещества противодействовать воздействию внешнего магнитного поля за счёт намагничивания против его направления. То есть, диамагнетики отталкиваются магнитным полем. При этом атомы, молекулы или ионы диамагнетика приобретают магнитный момент, направленный против внешнего поля.

Явление парамагнетизма заключается в способности вещества намагничиваться при воздействии внешнего магнитного поля. В отличие от диамагнетиков, парамагнетики втягиваются магнитным полем. При этом атомы, молекулы или ионы парамагнетика приобретают магнитный момент в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля. При снятии поля парамагнетики не сохраняют намагниченность.

Визуализация информации на карте с магнитной полосой с помощью магнитной пленки-визуализатора и магнитного тонера для лазерного принтера

Явление ферромагнетизма заключается в способности вещества спонтанно намагничиваться при отсутствии внешнего магнитного поля или намагничиваться под воздействием внешнего магнитного поля и сохранять намагниченность при снятии поля. При этом большинство магнитных моментов атомов, молекул или ионов параллельны друг другу. Такой порядок сохраняется до температур, ниже определённой критической, называемой точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри для данного вещества, ферромагнетики превращаются в парамагнетики.

Магнитная проницаемость сверхпроводников равна нулю.

Абсолютная магнитная проницаемость воздуха приблизительно равна магнитной проницаемости вакуума и в технических расчётах принимается равной 4π• 10 ⁻⁷ Гн/м

Особенности поведения магнитного поля в диамагнетиках

Как указывалось выше, диамагнитные материалы создают индуцированное магнитное поле, направленное против внешнего магнитного поля. Диамагнетизм является квантово-механическим эффектом, присущим всем веществам. В парамагнетиках и ферромагнетиках он нивелируется за счёт иных, более сильных, эффектов.

Левитация пиролитического углерода в магнитном поле неодимовых магнитов

К диамагнетикам относятся, например, такие вещества, как инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор и пиролитический углерод; некоторые металлы — висмут, цинк, медь, золото, серебро. Многие другие неорганические и органические соединения также являются диамагнетиками, в том числе и вода.

В неоднородном магнитном поле диамагнетики смещаются в область более слабого поля. Магнитные силовые линии как бы выталкиваются диамагнитными материалами за пределы тела. На этом свойстве построено явление диамагнитной левитации. В достаточно сильном магнитном поле, создаваемом современными магнитами, возможна левитация не только различных диамагнетиков, но и мелких живых существ, состоящих в основном из воды.

Магнит падает в алюминиевом желобе очень медленно в связи с тем, что в алюминии образуется тормозящее магнитное поле

Учёным из Университета Нимингена, Нидерланды, удался опыт по подвешиванию в воздухе лягушки в поле с магнитной индукцией порядка 16 Тл, а исследователям из лаборатории НАСА, использовавшим магнит на сверхпроводниках — левитация мыши, которая, как биологический объект, гораздо ближе к человеку, чем лягушка.

Все проводники проявляют диамагнетизм под действием переменного магнитного поля.

Суть явления состоит в том, что под действием переменного магнитного поля в проводниках индуцируются вихревые токи — токи Фуко — направленные против действия внешнего магнитного поля.

Особенности поведения магнитного поля в парамагнетиках

Колебания магнитного маятника полностью затухают после одного качка над алюминиевой поверхностью из-за тормозящего эффекта

Совершенно иным является взаимодействие магнитного поля с парамагнетиками. Поскольку атомы, молекулы или ионы парамагнетиков обладают собственным магнитным моментом, они выстраиваются в направлении внешнего магнитного поля. Тем самым создаётся результирующее магнитное поле, превышающее исходное поле.

К парамагнетикам относятся алюминий, платина, щелочные и щелочноземельные металлы литий, цезий, натрий, магний, вольфрам, а также сплавы этих металлов. Парамагнетиками также являются кислород, оксид азота, оксид марганца, хлорное железо и многие другие химические соединения.

Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, их магнитная проницаемость чуть больше единицы. В неоднородном магнитном поле парамагнетики втягиваются в область более сильного поля. В отсутствие магнитного поля парамагнетики не сохраняют намагниченность, поскольку из-за теплового движения собственные магнитные моменты их атомов, молекул или ионов направлены хаотично.

Особенности поведения магнитного поля в ферромагнетиках

Ферромагнитная жидкость в магнитном поле; ферромагнитная жидкость представляет собой коллоидную систему, состоящую из ферромагнитных или ферримагнитных частицы в органическом растворителе

Благодаря присущему им свойству самопроизвольно намагничиваться, ферромагнетики образуют природные магниты, которые известные человечеству с глубокой древности. Магнитам приписывались магические свойства, их использовали в различных религиозных ритуалах и даже при постройке зданий. Первый прообраз компаса, изобретённый китайцами во втором–первом веках до нашей эры, пытливые пращуры-первооткрыватели использовали для возведения домов согласно правилам фэн-шуй. Использование компаса как средства навигации началось уже в 11 веке для путешествий через пустыни по Великому Шёлковому пути. Позднее применение компаса в морском деле сыграло значительную роль в развитии мореплавания, открытия новых земель и освоения новых морских торговых путей.

Ферромагнитная жидкость

Ферромагнетизм является проявлением квантово-механических свойств электронов, обладающих спином, т.е. собственным дипольным магнитным моментом. Проще говоря, электроны ведут себя подобно крошечным магнитикам. На каждой заполненной электронной оболочке атома может находиться только парное число электронов с противоположными спинами, т.е. магнитное поле таких электронов направлено в противоположные стороны. Из-за этого у атомов, имеющих парное число электронов, общий магнитный момент равен нулю, поэтому ферромагнетиками являются только атомы с незаполненной внешней оболочкой, имеющие непарное число электронов.

К ферромагнетикам относятся металлы переходных групп (железо, медь, никель) и редкоземельные металлы (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий и эрбий), а также сплавы этих металлов. Ферромагнетиками являются и сплавы вышеперечисленных элементов с неферромагнитными материалами; сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами, а также некоторые из металлов группы актиноидов.

В накопителях на жестких магнитных дисках поверхность дисков покрыта тонким слоем ферромагнитного материала

Ферромагнетики имеют значение магнитной проницаемости намного больше единицы; зависимость их намагничивания под действием внешнего магнитного поля носит нелинейный характер и для них характерно проявление гистерезиса — если снять действие магнитного поля, ферромагнетики остаются намагниченными. Чтобы убрать эту остаточную намагниченность, необходимо приложить поле обратного направления.

График зависимости магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля H в ферромагнетике, называемый кривой Столетова, показывает, что при нулевой напряженности магнитного поля H = 0 магнитная проницаемость имеет небольшое значение μ₀; затем, по мере роста напряженности, магнитная проницаемость быстро растет до максимума μ_max, затем медленно падает до нуля.

Пионером исследования свойств ферромагнетиков был русский физик и химик Александр Столетов. Ныне кривая зависимости магнитной проницаемости от напряжённости магнитного поля носит его имя.

Современные ферромагнитные материалы находят широкое применение в науке и технике: многие технологии и приборы основаны на их использовании и на использовании явления магнитной индукции. Например, в вычислительной технике: первые поколения ЭВМ имели память на ферритовых сердечниках, информация хранилась на магнитных лентах, гибких дискетах и жёстких дисках. Впрочем, последние используются в компьютерах до сих пор и выпускаются сотнями миллионов штук в год.

Применение магнитной индукции в электротехнике и электронике

Память на ферритовых сердечниках диаметром около 1 мм использовалась в компьютерах до середины семидесятых годов прошлого века; одно кольцо использовалось для запоминания одного бита информации; объем этой части матрицы памяти размером около 8×8 см — 1024 (32×32) ферритовых кольца, в которых может храниться 1024 бита, или 1 Кбит информации

В современном мире существует множество примеров использования магнитной индукции поля, в первую очередь в силовой электротехнике: в генераторах электричества, трансформаторах напряжения, в разнообразных электромагнитных приводах различных устройств, инструментов и механизмов, в измерительной технике и в науке, в различных физических установках для проведения экспериментов, а также в средствах электрической защиты и аварийного отключения.

Электродвигатели, генераторы и трансформаторы

Английским физиком и математиком Питером Барлоу в 1824 году был описан изобретённый им униполярный двигатель, ставший прообразом современных электродвигателей постоянного тока. Изобретение ценно также тем, что было сделано задолго до открытия явления электромагнитной индукции.

Ныне практически во всех электродвигателях используется сила Ампера, которая действует на контур с током в магнитном поле, заставляя его двигаться.

Ещё Фарадеем для демонстрации явления магнитной индукции в 1831 году была создана экспериментальная установка, важной частью которой было устройство, ныне известное как тороидальный трансформатор. Принцип действия трансформатора Фарадея и сейчас используется во всех современных трансформаторах напряжения и тока вне зависимости от мощности, конструкции и сферы применения.

Мощные электродвигатели насосной станции в Торонто, Онтарио

Помимо этого Фарадей научно обосновал и доказал экспериментально возможность преобразования механического движения в электричество с помощью изобретённого им униполярного генератора постоянного тока, ставшего прототипом всех генераторов постоянного тока.

Этот мотор-генератор из экспозиции Канадского музея науки и техники в Оттаве использовался на электростанции в Ниагара-Фоллз, шт. Нью-Йорк

Первый генератор переменного тока был создан французским изобретателем Ипполитом Пикси в 1832 году. Позднее, по предложению Ампера, он был дополнен коммутационным устройством, которое позволяло получать пульсирующий постоянный ток.

В основе практически всех генераторов электроэнергии, использующих принцип магнитной индукции, лежит возникновение электродвижущей силы в замкнутом контуре, который находится в изменяющемся магнитном поле. При этом либо магнитный ротор вращается относительно неподвижных катушек статора в генераторах переменного тока, либо обмотки ротора вращаются относительно неподвижных магнитов статора (ярма) в генераторах постоянного тока.

Самый мощный генератор в мире, построенный в 2013 году для АЭС «Тайшань» китайской компанией DongFang Electric, может вырабатывать мощность 1750 МВт.

Помимо генераторов и электродвигателей традиционного типа, связанных с преобразованием механической энергии в электрическую энергию и обратно, существуют так называемые магнитогидродинамические генераторы и двигатели, работающие на ином принципе.

Реле и электромагниты

При подаче напряжения на обмотку реле его якорь притягивается к сердечнику и контакты замыкаются (2)

Изобретённый американским учёным Дж. Генри электромагнит стал первым исполнительным механизмом на электричестве и предшественником всем знакомого электрического звонка. Позднее на его основе Генри создал электромагнитное реле, которое стало первым автоматическим коммутационным устройством, имеющим бинарное состояние.

Работа реле

Это реле Морзе из экспозиции Военного музея связи и электроники в Кингстоне, Онтарио, использовалось в ранних телеграфных станциях, где сигналы воспринимались на слух и записывались телеграфистом на бумагу

Слаботочное реле Генри стало также предпосылкой создания телеграфа, использовавшего простую в технической реализации кодировку Морзе: для передачи точки применялось короткое замыкание контактов ключа на передающей стороне, а для передачи тире — более длительное замыкание. Реле на приёмной стороне под действием протекающего тока, в свою очередь, замыкало контакты более мощного электромагнита, который опускал графитовый стержень на движущуюся бумажную ленту, записывая таким образом передаваемый сигнал. Подъём грифеля над лентой осуществлялся автоматически за счёт механической пружины. В более ранних конструкциях ленты не было и сигналы воспринимались на слух и записывались на бумагу вручную.

Динамический микрофон Shure, используемый в видеостудии TranslatorsCafe.com

При передаче телеграфного сигнала на большие расстояния реле использовались в качестве усилителей постоянного тока, коммутируя подключение внешних батарей промежуточных станций для дальнейшей передачи сигнала.

Динамические головки и микрофоны

В современной аудиотехнике широко применяются электромагнитные динамики, звук в которых появляется из-за взаимодействия подвижной катушки, прикрепленной к диффузору, через которую протекает ток звуковой частоты, с магнитным полем в зазоре неподвижного постоянного магнита. В результате катушка вместе с диффузором движутся и создают звуковые волны.

В динамических микрофонах используется та же конструкция, что и в динамической головке, однако в микрофоне, наоборот, колеблющаяся под воздействием акустического сигнала подвижная катушка с мини-диффузором в зазоре неподвижного постоянного магнита генерирует электрический сигнал звуковой частоты.

Измерительные приборы и датчики

Несмотря на обилие современных цифровых измерительных приборов, в технике измерений до сих пор используются приборы магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического, ферродинамического и индукционного типов.

Во всех системах вышеперечисленных типов используется принцип взаимодействия магнитных полей либо постоянного магнита с полем катушки с током, либо ферромагнитного сердечника с полями катушек с током, либо магнитных полей катушек с током.

За счёт относительной инерционности таких систем измерений, они применимы для измерений средних значений переменных величин.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Урок «Индукция магнитного поля. Магнитный поток» – УчМет

Кошикова
Виктория Александровна

Белгородская
область г. Белгород

МБОУ СОШ №47

Физика

Перышкин
А.В. Физика. 8
класс. — М.: Дрофа,
2009.

Тема: Индукция
магнитного поля. Магнитный поток

9 класс

Продолжительность
урока – 45 мин;

Использование
информационных технологий – проектор.

Индукция
магнитного поля. Магнитный поток

Цели урока:

— организовать
деятельность по восприятию, осмыслению
и первичному запоминанию новых знаний
и способов деятельности;

— создать
условия для развития памяти, логического
мышления;

— создать
условия для воспитания в учениках
средствами урока уверенности в своих
силах;

— создать
условия для развитие умений использовать
научные методы познаний.

Задачи
урока:

— ввести
понятие индукции магнитного поля;

— ввести
определение магнитного потока.

Ход урока

1.
Организационный этап

2. Проверка
домашнего задания

1. На
   каком рисунке направление электрического
   тока в проводнике показано правильно?

2. На
   каком рисунке представлено однородное
   магнитное поле?

3. На
   каком рисунке правильно показано
   направление силы?

4. На
   каком рисунке правильно указаны полюсы
   магнита?

3. Актуализация
субъектного опыта учащихся

Фронтальный
опрос
(Слайд 6)

• Как
  графически изображается магнитное
  поле?

• Что
  называется линиями магнитной индукции?

• В
  чем отличие однородного магнитного
  поля и неоднородного?

• Как
  обнаруживается существование магнитного
  поля?

• Как
  определить направление силы, с которой
  магнитное поле действует на проводник
  с током?

• Сформулируйте
  правило левой руки.

4. Этап
изучения новых знаний и способов
деятельности

Некоторые
магниты создают в пространстве более
сильные поля, чем другие (Слайд
7).

1. Магнитное
   поле характеризуется векторной
   физической величиной, которая обозначается
   В.

В-
индукция магнитного поля (магнитная
индукция).

Рассмотрим
опыт, представленный на рисунке (Слайд
8)

Модуль этой
силы, действующей на проводник с током
зависит от: (Слайд
9):

— самого
магнитного поля

— длины
проводника

— силы тока

В = F/Il

[В]
= [Тл]

Эта величина
принимается за модуль вектора магнитной
индукции. В
зависит только от поля и может служить
его количественной характеристикой.

Введя такую
физическую величину, как магнитная
индукция можно дать более точное
определение линий магнитного поля.

Линии магнитной
индукции – это линии, касательные к
которым в каждой точке поля совпадают
с направлением вектора магнитной
индукции (Слайд
10).

Магнитное
поле называется однородным,
если во всех его точках магнитная
индукция В одинакова. В противном случае
поле называется неоднородным
(Слайд
11).

2. Величина,
характеризующая магнитное поле –
магнитный поток или поток вектора
магнитной индукции Ф.

• При
  ориентации контура перпендикулярно
  линиям магнитной индукции, магнитный
  поток – максимальный, при ориентации
  контура параллельно линиям магнитной
  индукции, то магнитный поток равен нулю

(Слайд
12-14).

Магнитный
поток — Ф = BScosα,
[Ф] = [Вб]
(Слайд
15)

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

5. Этап
первичной проверки понимания изученного

Вопросы:

1. По какой
формуле рассчитывается магнитный поток?

2. Когда
магнитный поток, пронизывающий замкнутый
контур, максимален? минимален? (Слайд
16).

6. Этап
закрепления изученного

Задачи:

1. Вода в
ручейке и в реке течет с одинаковой
скоростью. В каком случае больше поток
воды через решето, поставленное
перпендикулярно течению?

2. Какова
индукция магнитного поля, в котором на
проводник 2 м действует сила 0,4 Н? Сила
тока в проводнике 10 А.

3. Плоский
контур площадью 20 см²
находится в однородном магнитном поле
с индукцией 0,5Тл. Определите магнитный
поток, пронизывающий контур, если нормаль
к контуру составляет угол 60°С вектором
индукции магнитного поля (Слайд
17).

7. Итоги,
домашнее задание п.46,
47,

упр. 37, 38
(Слайд
18)

8. Рефлексия

Используемая
литература

1. Перышкин
А.В. Физика. 8
класс. — М.: Дрофа,
2009.

2. Громов
С.В., Родина Н.А. Физика. 9 класс – М.:
Просвещение, 2002.

Контрольная работа №5 «Электромагнитное поле»

Контрольная работа №5 «Электромагнитные явления»

1.     Устройство,  предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля.

а)     Генератор

б)    Трансформатор

в)     Конденсатор

г)     Статор

2.     Линии этого поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

а)     Однородное магнитное поле

б)    Неоднородное магнитное поле

в)     Магнитное поле

г)     Электромагнитное поле

3.     Сколько цветов входит в спектр?

а)     5

б)    6

в)     7

г)     8

4.      Для чего служит правило левой руки?

а)     Для определения направления линий магнитной индукции

б)    Для определения направления тока

в)     Для определения направления силы, действующей на проводник

г)     Для определения направления магнитных линий

5.     Магнитное поле создается ….

а)     Движущимися частицами

б)    Движущимися положительными частицами

в)     Движущимися отрицательными частицами

г)     Движущимися отрицательными и положительными частицами

6.     Единицы измерения магнитной индукции.

а)  Тесла

б)  Ньютон

в)  Паскаль

г)   Герц

7.     Когда магнитный поток пронизывающий площадь S будет максимален?

а)     Когда плоскость контура параллельна линиям магнитной индукции

б)    Когда плоскость контура перпендикулярна линиям магнитной индукции

в)     Когда плоскость контура лежит под углом в 45 градусов к линиям магнитной индукции

г)     Когда плоскость контура вращается вокруг своей оси.

8.     Кто изобрел трансформатор?

а)  Фарадей

б)  Яблочков

в)  Ленц

г)   Якоби

9.     Чье это выражение «Превратить магнетизм в электричество».

а)     Г.Герц

б)    Э.Резерфорд

в)     А.Эйнштейн

г)     М. Фарадей

10.    Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток. Кто сформулировал это правило?

а)     М.Фарадей

б)    Э.Ленц

в)     Г.Герц

г)     Э.Резерфорд

11. Физическая величина, введенная для оценивания способности катушки противодействовать изменению силы тока в ней.

а)     Индуктивность

б)    Магнитная индукция

в)     Сила тока

г)     Сила

12. Неподвижная часть генератора, аналогичная контуру.

а)     Статор

б)    Ротор

в)     Водяная турбина

г)     Сердечник

13.  Единицы измерения электрической емкости.

а)  Кулон

б)  Вольт

в)  Ватт

г)   Фарад

14.    Как обозначается индукция магнитного поля?

а)     В со значком вектора

б)    В

в)     F

г)     F со значком вектора

15.  Магнитное поле, во всех точках которого магнитная индукция одинакова.

а)     Однородное магнитное поле

б)    Магнитное поле

в)     Неоднородное магнитное поле

г)     Электромагнитное поле

16.  Вращающаяся часть генератора.

а)     Статор

б)    Ротор

в)     Водяная турбина

г)     Сердечник

17.  Можно ли получить индукционный ток, если вдвигать магнит в катушку и выдвигать его обратно?

а)     Можно

б)    Нельзя

в)     Это еще не доказано

г)     Ведутся опыты

18.  Основная количественная характеристика электрического поля.

а)     Напряженность электрического поля

б)    Сила электрического поля

в)     Частота электрического поля

г)     Вектор магнитной индукции

19.   Стандартная частота переменного тока в России.

а)  60 Гц

б)  50 Гц

в)  70 Гц

г)   40 Гц

20.   Устройство, предназначенное для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока.

а)     Генератор

б)    Статор

в)     Конденсатор

г)     Трансформатор

21. Кто открыл явление электромагнитной индукции?

а)  Фарадей

б)  Яблочков

в)  Ленц

г)   Якоби

22.  Количественная характеристика магнитного поля.

а)     Напряженность магнитного поля

б)    Сила магнитного поля

в)     Частота магнитного поля

г)     Вектор магнитной индукции

23.   Кто из ученых получил и зарегистрировал электромагнитные волны?

а)  Фарадей

б)  Яблочков

в)  Ленц

г)   Герц

24.  Кто из ученых объяснил явление интерференции света?

а)  Юнг

б)  Ленц

в)  Фарадей

г)   Максвелл

25.  Выбери тот ответ, в котором верно указана последовательность пропущенных слов. Если линии магнитного поля направлены к нам, то на рисунке они обозначаются ___1__, а если направлены от нас, то обозначаются ____2___

а)     1-крестиком, 2 – точкой

б)    1 – точкой, 2 – крестиком

в)     1-прямой линией, 2 – пунктирной линией

г)     1 – пунктирной линией, 2 – прямой линией 

Демонстрационное оборудование

Магнитное поле токоведущего провода

Темы и файлы

E&M Тема

• Электромагнетизм, магнитное поле в катушке

Файл Capstone

Список оборудования

Введение

Целью этого упражнения является измерение магнитного поля, создаваемого проводом с током в форме катушки. Используйте усилитель мощности для создания и измерения тока в катушке и используйте датчик магнитного поля для измерения напряженности магнитного поля в катушке. Используйте Capstone для записи и отображения данных. Рассчитайте проницаемость свободного пространства ( μ ₀ ) на основе размера и количества витков в катушке, измеренного тока и измеренного магнитного поля.

Фон

На провод с током действует магнитная сила, когда он помещается в магнитное поле, создаваемое внешним источником, например постоянным магнитом.Проводник с током также создает собственное магнитное поле. Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) впервые обнаружил этот эффект в 1820 году, когда заметил, что провод с током влияет на ориентацию расположенной поблизости стрелки компаса. Стрелка компаса выравнивается с чистым магнитным полем, создаваемым током и землей. Открытие Эрстеда, связавшее движение электрических зарядов с созданием магнитного поля, положило начало важной дисциплине, называемой электромагнетизмом. Экспериментально установлено, что величина B магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, прямо пропорциональна току I и обратно пропорциональна радиальному расстоянию r от провода, как показано ниже.

Константа пропорциональности преобразует выражение в уравнение, которое дает величину магнитного поля вокруг длинного прямого провода.

Константа « μ ₀ » известна как проницаемость свободного пространства, и ее значение показано ниже.

( 3 )

μ ₀ = 4 π × 10 ⁻⁷ Т · м/А 

Если проводник с током изогнут в круглую петлю, силовые линии магнитного поля вокруг петли имеют рисунок, аналогичный стержневому магниту. В центре петли радиусом R магнитное поле перпендикулярно плоскости петли и имеет значение, показанное в уравнении ниже, где I обозначает ток в петле.

Часто петля состоит из 90 116 N 90 117 витков проволоки, которые намотаны так близко друг к другу, что образуют плоскую катушку с одной петлей. В этом случае магнитные поля отдельных витков складываются вместе, чтобы дать суммарное поле, которое в Н раз больше, чем у одиночного контура. Для такой катушки магнитное поле в центре зависит от количества витков, тока и радиуса витка, как показано в уравнении ниже.

Copyright © 2016 Advanced Instructional Systems, Inc. и Физический факультет Университета Центральной Флориды | Кредиты

Набор решений — индукция — физика 106

Индукция — AP Physics 2

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно
или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее
в
информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на
ан
Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент
средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как
в виде
ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно
искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится
на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени;
Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены;
Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \
достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем
а
ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание
к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба;
Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и
Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает
ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все
информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы
либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Сент-Луис, Миссури 63105

Или заполните форму ниже:

Закон Фарадея – Электромагнитная индукция

Рисунок 1: Установка электроскопа

Рисунок 2: Настройка осциллографа

Доступны две версии демонстрации электромагнитной индукции.

1. «Классический» вариант, показанный на рис. 1, можно выполнить, быстро вставляя и вынимая магнит из катушки. Электрометр показывает величину и направление индуцированного тока.
2. «Современная» версия, показанная на рис. 2, требует наличия осциллографа с памятью. Он отображает индуцированное напряжение индуктора и отображает его на экране осциллографа в течение нескольких секунд для просмотра учащимися. Можно отобразить либо импульс, либо колебание, как показано ниже на Рисунке 3 и Рисунке 4 соответственно.Магнит пропускают через соленоид для создания импульса или многократно перемещают внутрь и наружу для создания колебаний.

Видеокамера должна использоваться для отображения как экранов осциллографа, так и значений электрометра, чтобы учащиеся могли видеть на большом экране.

Рисунок 3: Идеальный захват импульса осциллографом

Рисунок 4: Идеальный захват колебаний осциллографом

Оборудование:

• Соленоид/индуктор [Шкаф F4]
• Электрометр или осциллограф [шкафы F2 и K1 соответственно]
• Стержневой магнит и неодимовые магниты [шкаф F3]
• Банановые кабели
• Разъем банан-BNC [слева от шкафа K]
• Мешок с песком [Шкаф A3]
• Домкраты или стойка

Демо:

Классическая версия

• • Прикрепите соленоид к подставке так, чтобы стержневой магнит мог легко пройти через центр соленоида.
  • Подсоедините электрометр параллельно соленоиду.
  • Проведите стержневой магнит через соленоид.

Когда стержневой магнит приближается и удаляется от соленоида, вы должны увидеть, как электрометр регистрирует быстрое изменение разности электрических потенциалов. Это вызвано индуцированным напряжением или электродвижущей силой (ЭДС) от взаимодействия магнитного поля стержневого магнита с соленоидом по закону Фарадея. Более медленно движущийся стержневой магнит рядом с соленоидом создает более слабую ЭДС, в то время как более быстро движущийся стержневой магнит создает более сильную ЭДС.

Современная версия

• Прикрепите соленоид к подставке так, чтобы стержневой магнит мог легко пройти через центр соленоида.
• Подсоедините соленоид к каналу 1 осциллографа с помощью кабелей типа «банан» или кабеля BNC-банан, как показано на рис. 2.
• Измените настройки шкалы на шкалу времени 500 мс и шкалу напряжения 2 В.
• Чтобы приостановить экран, нажмите кнопку запуска/остановки для более подробного просмотра отдельного импульса.

Когда стержневой магнит приближается и удаляется от соленоида, вы должны увидеть на осциллографе синусоидальную волну. Если вы переместите магнит достаточно быстро, вы сможете создать одиночную синусоидальную пульсовую волну. Более быстро движущийся магнит возле соленоида создаст синусоидальную волну с большей амплитудой и меньшей длиной волны. Медленнее движущийся магнит приведет к меньшей амплитуде и большей длине волны генерируемой синусоидальной волны.

Объяснение:
Майкл Фарадей открыл, что электродвижущая сила , или ЭДС, индуцируется в цепи и вызывается изменением магнитного потока () через цепь:

, где магнитный поток определяется как:

В нем говорится, что магнитный поток или величина магнитного поля, проходящего через площадь поверхности, зависит от силы магнитного поля, площади перпендикулярного поперечного сечения катушки провода и угла между ними. Магнитный поток также определяется как:

, где мы суммируем по всем бесконечно малым областям, в которых выровнено магнитное поле. Это выравнивание задается скалярным произведением магнитного поля, и исследуется бесконечно малая площадь.
Когда магнитный поток претерпевает изменение, это приводит к наведенному напряжению или ЭДС на катушке провода.

В этой демонстрации в качестве источника магнитного поля используется стержневой магнит.Когда стержневой магнит приближается к соленоиду или к катушке с проволокой, магнитное поле, протекающее через катушку с проволокой, увеличивается. Это вызывает изменение магнитного потока , что наводит ЭДС в катушке провода. Однако индуцированного тока не будет, так как установка для этой демонстрации не содержит замкнутого контура провода; концы соленоида напрямую подключены либо к электрометру, либо к осциллографу.

Направление индуцированного напряжения и, возможно, протекание индуцированного тока, если бы это была замкнутая петля, определяется законом Ленца. Закон Ленца утверждает, что ток, создаваемый ЭДС индукции в проводе, распространяется в таком направлении, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током, противодействует первоначальному изменению потока.

В примере, когда северный полюс стержневого магнита приближается к катушке провода, индуцированный ток будет течь по часовой стрелке, и, следовательно, индуцированное магнитное поле направлено вниз. Теперь, когда стержневой магнит северного полюса отодвигается от катушки с проволокой, индуцированный ток будет течь в направлении против часовой стрелки, что создает магнитное поле, направленное вверх.

Наведенное напряжение можно измерить электрометром или осциллографом. Наведенный ток можно измерить амперметром или осциллографом. Если вы переместите ось магнитного стержня параллельно оси соленоида, вы получите максимальный магнитный поток. Это приведет к максимальной ЭДС или максимальному току, протекающему по проводу. Если вы переместите стержневой магнит под любым другим углом через катушку с проводом, вы заметите меньшую величину тока, протекающего по проводу. Если вы переместите стержневой магнит к соленоиду так, чтобы его ось была перпендикулярна оси соленоида, это приведет к нулевой ЭДС.

Написано Райаном Дадшусом
Под редакцией Ноа Пика

Магнетизм — Закон индукции Фарадея

Магнетизм — Закон индукции Фарадея — Физика 299

»

Хватит указывать Богу, что делать с его костями. »

Нильс Бор

• До сих пор мы рассматривали электричество и магнетизм почти как
  отдельные предметы.Теперь мы приступаем к обсуждению явлений, которые
  показать, что электричество и магнетизм неразрывно связаны,
  отсюда термин электромагнетизм . Первое
  из этих свойств известен как Закон Фарадея
  Индукция .

  Формально время независимо от
электрические и магнитные свойства можно описать, рассматривая
электричество и магнетизм как в значительной степени отдельные явления.
Однако, когда временная зависимость становится частью «уравнения»
мы обнаруживаем, что электрические и магнитные свойства становятся
неразрывно связанный — электромагнетизм.

• Этот закон удобно записать в терминах магнитного потока,
  который определяется так же, как и электрический поток.

где S – поверхность, над которой течет поток.
оценивается.

Для постоянной B, перпендикулярно поверхности, Φ _B
= BA, где A — площадь поверхности S.

  Магнитный поток, Φ _B , равен
важно, что у него есть своя единица измерения Вебер —  1 Вебер
= 1 Т.м ² . В первые дни
электромагнетизма было принято измерять магнитное ( B )
поле в Вебере/м ² .

• В терминах магнитного потока Закон индукции Фарадея
  предоставлено,

Индуцированная электродвижущая сила ( эдс )
в цепи равна скорости изменения магнитного
поток через цепь.

ЭДС не является силой,
скорее его можно рассматривать как напряжение индуцированное
в замкнутом контуре.

Фарадей экспериментально
определил его закон в представленной выше форме.

---

• Один из самых простых способов изменить магнитный поток
  по цепи должен перемещать постоянный (стержневой) магнит
  по направлению к цепи или от нее, как показано на
  схемы ниже.

(a) Магнитный поток проходит
по цепи, но не меняется со временем, поэтому
нет наведенной э.д.с. и поэтому нет наведенной
Текущий.

(b) Поток через цепь увеличивается с
время, вызывающее индуцированную ЭДС и ток.

(c) Чем быстрее магнит движется, тем быстрее
изменение потока со временем увеличивается, вызывая большее
э. д.с. и ток.

(d) Когда магнит удаляется от цепи
поток уменьшается со временем, поэтому ЭДС
и ток меняются местами.

---

• Происхождение изменяющегося магнитного потока (поля)
  не ограничивается постоянными магнитами. То
  магнитное поле из-за второго контура может производить
  подобный эффект, как описано в примерах
  ниже.

На схеме справа
ток в левой цепи постоянен, но
поток через другую цепь увеличивается по мере того, как
две цепи становятся ближе.

В ситуации слева
обе цепи стационарны. ток в
левая цепь изначально равна нулю, но быстро
увеличивается до постоянного значения, когда переключатель
закрыто. Когда ток достигает своего финала
(постоянная) значение потока через правый
цепь увеличивается со временем, таким образом, по Фарадею
Закон, вызывающий кратковременный импульс индуцированного
ток во второй цепи. Когда
переключатель разомкнут поток в правой цепи
быстро уменьшается, вызывая короткий индуцированный ток
импульс в обратном направлении.

---

Мне сказали, что у меня группа крови А, но это
был тип О.

Dr. C.L. Davis
Физический факультет
Университет Луисвилля
электронная почта : c. [email protected]

 

Электромагнитная индукция

Введение

Эрстед обнаружил, что электричество и магнетизм связаны, электрический ток порождает магнитные поля. Однако никому не удавалось генерировать электричество с помощью магнитных полей, пока Майкл Фарадей не обнаружил, что перемещение проводника в магнитном поле (или перемещение магнитного поля вблизи неподвижного проводника) создает напряжение.Провод должен быть частью электрической цепи. В противном случае электронам некуда деваться. Другими словами, в проводе с открытыми концами не возникает электрического тока. Но если концы присоединить к лампочке, к электросчетчику или даже друг к другу, цепь замыкается и возникает электрический ток.

Рис. 1. Наведение тока в проводе путем перемещения провода в магнитном поле.

Направление тока

Направление тока определяется правилом правой руки Флемминга. Правило левой руки используется для двигателей и движения, создаваемого магнитным полем. Правило правой руки используется для генераторов и тока, создаваемого движением. При использовании правой руки большой палец указывает направление движения, указательный палец указывает направление поля, а второй палец указывает направление тока.

Флюс и потокосцепление

Для создания электричества все, что требовалось, это катушка провода, концы которого можно было подключить к вольтметру.Создаваемое напряжение зависит от плотности магнитного поля и площади петли, пересекающей силовые линии магнитного поля.

Величина, называемая потоком, измеряет это и выражается формулой &phi = BA , где B — плотность магнитного потока, а A — площадь катушки в магнитном поле.

Если в катушке больше витков, то поток называется потокосцеплением. Задается N φ = БАН . Это предполагает, что петля пересекает силовые линии магнитного поля под углом 90°. Если петля пересекает силовые линии магнитного поля под другим углом, скажем, θ, то потокосцепление определяется как N &phi = BAN cos θ, где тета — это угол по нормали к площади и силовым линиям магнитного поля, как показано на рисунке. на рис. 1.

Закон индукции Фарадея

Мы сказали, что напряжение или электродвижущая сила (ЭДС) возникает, когда петля перемещается в магнитном поле, но, говоря более качественно, напряжение возникает в ответ на изменение движения.Возникающее напряжение зависит от скорости изменения потокосцепления во времени. С математической точки зрения,

, где E — ЭДС. Остальные символы имеют свои обычные значения. Знак минус является следствием закона Ленца, который мы обсудим в следующем разделе.

Закон Ленца

Когда мы перемещаем проводник в магнитном поле, генерируемый ток создает свое собственное магнитное поле. Если бы созданное магнитное поле имело аддитивный эффект к исходному магнитному полю, тогда магнитное поле стало бы еще сильнее, и это создало бы еще более сильный ток, который создал бы еще более сильное магнитное поле, и так далее.