Векторы магнитной индукции

Магнитная индукция

Не следует путать с явлением электромагнитной индукции.

Магнитная индукция

B → {\displaystyle {\vec {B}}}

Размерность

MT−2I−1

Единицы измерения

СИ

Тл

СГС

Гс

Примечания

Векторная величина

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

Ковариантная формулировка

См. также: Портал:Физика

Магни́тная инду́кция B → {\displaystyle {\vec {B}}} — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой F → {\displaystyle {\vec {F}}} магнитное поле действует на заряд q {\displaystyle q} , движущийся со скоростью v → {\displaystyle {\vec {v}}} .

Более конкретно, B → {\displaystyle {\vec {B}}} — это такой вектор, что сила Лоренца F → {\displaystyle {\vec {F}}} , действующая со стороны магнитного поля на заряд q {\displaystyle q} , движущийся со скоростью v → {\displaystyle {\vec {v}}} , равна

F → = q {\displaystyle {\vec {F}}=q\left} F = q v B sin ⁡ α {\displaystyle F=qvB\sin \alpha }

где косым крестом обозначено векторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора F → {\displaystyle {\vec {F}}} перпендикулярно им обоим и направлено по правилу буравчика).

Также магнитная индукция может быть определена как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещённую в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

В системе СГС единицей магнитной индукции является гаусс (Гс), в СИ — тесла (Тл)

1 Тл = 104 Гс

Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.

Основные уравнения

Поскольку вектор магнитной индукции является одной из основных фундаментальных физических величин в теории электромагнетизма, он входит в огромное множество уравнений, иногда непосредственно, иногда через связанную с ним напряжённость магнитного поля. По сути, единственная область в классической теории электромагнетизма, где он отсутствует, это пожалуй разве только чистая электростатика.

  • (Здесь формулы приведем в СИ, в виде для вакуума, где есть варианты для вакуума — для среды; запись в другом виде и подробности — см. по ссылкам).

В магнитостатике

В магнитостатическом пределе наиболее важными являются:

  • Закон Био — Савара — Лапласа: играет в магнитостатике ту же роль, что закон Кулона в электростатике: B → ( r → ) = μ 0 4 π ∫ L 1 I ( r → 1 ) d L 1 → × ( r → − r → 1 ) | r → − r → 1 | 3 , {\displaystyle {\vec {B}}\left({\vec {r}}\right)={\mu _{0} \over 4\pi }\int \limits _{L_{1}}{\frac {I\left({\vec {r}}_{1}\right){\vec {dL_{1}}}\times \left({\vec {r}}-{\vec {r}}_{1}\right)}{\left|{\vec {r}}-{\vec {r}}_{1}\right|^{3}}},} B → ( r → ) = μ 0 4 π ∫ j → ( r → 1 ) d V 1 × ( r → − r → 1 ) | r → − r → 1 | 3 , {\displaystyle {\vec {B}}\left({\vec {r}}\right)={\mu _{0} \over 4\pi }\int {\frac {{\vec {j}}\left({\vec {r}}_{1}\right)dV_{1}\times \left({\vec {r}}-{\vec {r}}_{1}\right)}{\left|{\vec {r}}-{\vec {r}}_{1}\right|^{3}}},}
  • Теорема Ампера о циркуляции магнитного поля: ∮ ∂ S ⁡ B → ⋅ d l → = μ 0 I S ≡ μ 0 ∫ S j → ⋅ d S → , {\displaystyle \oint \limits _{\partial S}{\vec {B}}\cdot {\vec {dl}}=\mu _{0}I_{S}\equiv \mu _{0}\int \limits _{S}{\vec {j}}\cdot {\vec {dS}},} r o t B → ≡ ∇ → × B → = μ 0 j → . {\displaystyle \mathrm {rot} \,{\vec {B}}\equiv {\vec {\nabla }}\times {\vec {B}}=\mu _{0}{\vec {j}}.}

В общем случае

Основные уравнения (классической) электродинамики общего случая (то есть независимо от ограничений магнитостатики), в которых участвует вектор магнитной индукции B → {\displaystyle {\vec {B}}} :

  • Три из четырех уравнений Максвелла (основных уравнений электродинамики)

d i v E → = ρ ε 0 , r o t E → = − ∂ B → ∂ t {\displaystyle \mathrm {div} \,{\vec {E}}={\frac {\rho }{\varepsilon _{0}}},\ \ \ \mathrm {rot} \,{\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}} d i v B → = 0 , r o t B → = μ 0 j → + 1 c 2 ∂ E → ∂ t {\displaystyle \mathrm {div} \,{\vec {B}}=0,\ \ \ \ \,\mathrm {rot} \,{\vec {B}}=\mu _{0}{\vec {j}}+{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial {\vec {E}}}{\partial t}}} а именно:

  • Закон отсутствия монополя:

d i v B → = 0 , {\displaystyle \mathrm {div} \,{\vec {B}}=0,}

  • Закон электромагнитной индукции Фарадея:

r o t E → = − ∂ B → ∂ t , {\displaystyle \mathrm {rot} \,{\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}},}

  • Закон Ампера — Максвелла:

r o t B → = μ 0 j → + 1 c 2 ∂ E → ∂ t . {\displaystyle \mathrm {rot} \,{\vec {B}}=\mu _{0}{\vec {j}}+{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial {\vec {E}}}{\partial t}}.}

  • Формула силы Лоренца:

F → = q E → + q , {\displaystyle {\vec {F}}=q{\vec {E}}+q\left,} Следствия из неё, такие как

  • Выражение для силы Ампера, действующей со стороны магнитного поля на ток (участок провода с током)

d F → = , {\displaystyle d{\vec {F}}=\left,} d F → = , {\displaystyle d{\vec {F}}=\left,}

  • выражение для момента силы, действующего со стороны магнитного поля на магнитный диполь (виток с током, катушку или постоянный магнит):

M → = m → × B → , {\displaystyle {\vec {M}}={\vec {m}}\times {\vec {B}},}

  • выражение для потенциальной энергии магнитного диполя в магнитном поле:

U = − m → ⋅ B → , {\displaystyle U=-{\vec {m}}\cdot {\vec {B}},}

  • а также следующих из них выражения для силы, действующей на магнитный диполь в неоднородном магнитном поле и т. д..
  • Выражение для силы, действующей со стороны магнитного поля на точечный магнитный заряд:

F → = K q m r → r 3 . {\displaystyle {\vec {F}}=K{\frac {q_{m}{\vec {r}}}{r^{3}}}.}

  • (это выражение, точно соответствующее обычному закону Кулона, широко используется для формальных вычислений, для которых ценна его простота, несмотря на то, что реальных магнитных зарядов в природе не обнаружено; также может прямо применяться к вычислению силы, действующей со стороны магнитного поля на полюс длинного тонкого магнита или соленоида).
  • Выражение для плотности энергии магнитного поля

w = B 2 2 μ 0 {\displaystyle w={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}}

  • Оно в свою очередь входит (вместе с энергией электрического поля) и в выражение для энергии электромагнитного поля и в лагранжиан электромагнитного поля и в его действие. Последнее же с современной точки зрения является фундаментальной основой электродинамики (как классической, так в принципе и квантовой).

Магнитное поле

Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).

Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!

Магнит

Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем.

У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения «северный» и «южный» даны лишь для удобства (как «плюс» и «минус» в электричестве).

Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий. Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля — силовые линии.

Картина магнитного поля

Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток и магнитная проницаемость. Но давайте обо всем по порядку.

Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ.

Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B. Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл).

Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца.

Здесь q — заряд, v — его скорость в магнитном поле, B — индукция, F — сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.

Магнитный поток Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток — скалярная характеристика магнитного поля.

Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб).

Магнитный поток

Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.

Магнитное поле Земли

Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете — Курская и Бразильская магнитные аномалии.

Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.

Магнитное поле земли

Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов — в среднем скорость растет на 3 километра в год.

Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.

Магнитное поле Земли

За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.

К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! Курсовая работа международное и национальное право и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.

Не следует путать с явлением электромагнитной индукции.

Магнитная индукция

Размерность

MT−2I−1

Единицы измерения

СИ

Тл

СГС

Гс

Примечания

Векторная величина

Закон Кулона
Теорема Гаусса
Электрический дипольный момент
Электрический заряд
Электрическая индукция
Электрическое поле
Электростатический потенциал

Закон Био — Савара — Лапласа
Закон Ампера
Магнитный момент
Магнитное поле
Магнитный поток

Векторный потенциал
Диполь
Потенциалы Лиенара — Вихерта
Сила Лоренца
Ток смещения
Униполярная индукция
Уравнения Максвелла
Электрический ток
Электродвижущая сила
Электромагнитная индукция
Электромагнитное излучение
Электромагнитное поле

Закон Ома
Законы Кирхгофа
Индуктивность
Радиоволновод
Резонатор
Электрическая ёмкость
Электрическая проводимость
Электрическое сопротивление
Электрический импеданс

Тензор электромагнитного поля
Тензор энергии-импульса
4-потенциал
4-ток

Генри Кавендиш
Майкл Фарадей
Никола Тесла
Андре-Мари Ампер
Густав Роберт Кирхгоф
Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл
Генри Рудольф Герц
Альберт Абрахам Майкельсон
Роберт Эндрюс Милликен

Классическая электродинамика
Электричество · Магнетизм
Электростатика Магнитостатика Электродинамика Электрическая цепь Ковариантная формулировка Известные учёные
См. также: Портал:Физика

Магни́тная инду́кция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно, — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля на заряд , движущийся со скоростью , равна

где косым крестом обозначено векторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярно им обоим и направлено по правилу буравчика).

Также магнитная индукция может быть определена как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

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

1 Тл = 104 Гс

Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.

Поскольку вектор магнитной индукции является одной из основных фундаментальных физических величин в теории электромагнетизма, он входит в огромное множество уравнений, иногда непосредственно, иногда через связанную с ним напряженность магнитного поля. По сути, единственная область в классической теории электромагнетизма, где он отсутствует, это пожалуй разве только чистая электростатика.

  • (Здесь формулы приведем в системе единиц СИ, в виде для вакуума, где есть варианты для вакуума — для среды; запись в другом виде и подробности — см. по ссылкам).

В магнитостатическом пределе наиболее важными являются:

  • Закон Био-Савара — занимающий в магнитостатике место, занимаемое в электростатике законом Кулона:
  • Теорема Ампера о циркуляции магнитного поля:

Основные уравнения (классической) электродинамики общего случая (то есть независимо от ограничений магнитостатики), в которых участвует вектор магнитной индукции :

  • Три из четырех уравнений Максвелла (основных уравнений электродинамики)
    • а именно:
    • Закон Гаусса для магнитного поля,
    • Закон электромагнитной индукции:
    • Закон Ампера — Максвелла.
  • Формула силы Лоренца
    • Следствия из нее, такие как
      • Выражение для силы Ампера, действующей со стороны магнитного поля на ток (участок провода с током)
      • выражение для вращающего момента, действующего со стороны магнитного поля на магнитный диполь (виток с током, катушку или постоянный магнит):
      • выражение для потенциальной энергии магнитного диполя в магнитном поле:
      • а также следующих из них выражения для силы, действующей на магнитный диполь в неоднородном магнитном поле и т.д..
      • Выражение для силы, действующей со стороны магнитного поля на точечный магнитный заряд:
        • (это выражение, точно соответствующее обычному закону Кулона, широко используется для формальных вычислений, для которых ценна его простота, несмотря на то, что реальных магнитных зарядов в природе не обнаружено; также может прямо применяться к вычислению силы, действующей со стороны магнитного поля на полюс длинного тонкого магнита или соленоида).

  • Выражение для плотности энергии магнитного поля
    • Оно в свою очередь входит (вместе с энергией электрического поля) и в выражение для энергии электромагнитного поля и в лагранжиан электромагнитного поля и в его действие. Последнее же с современной точки зрения является фундаментальной основой электродинамики (как классической, так в принципе и квантовой).
  • Векторный потенциал
  • Уравнения Максвелла
  • Электромагнитное поле
  • Тензор электромагнитного поля
  • Напряженность магнитного поля

Для улучшения этой статьи по физике желательно?:

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Добавить иллюстрации.

Магнитное действие тока. Вектор магнитной индукции. Магнитный поток.

  • Главная
  • Для учителя
    • Архив заданий олимпиад по физике за 2009-2015 годы
    • Владимир Анатольевич Зверев предлагает
    • ИКТ на уроке физики
    • История физики на уроке и во внеурочной деятельности
    • Несколько ссылок на работы Анатолия Шперха
    • Общие вопросы методики обучения физике
    • Статьи Александра Борисовича Рыбакова
      • Важнейший общефизический принцип остается непонятым
      • Рыбаков А. Б. Почитаем «Физику» вместе
      • Рыбаков А.Б. Несколько замечаний о «Физике (ПС)», №10, 2015
      • Рыбаков А.Б. О №12 «Физики (ПС)» и динамике автомобиля, или Спасут ли школу вузовские преподаватели?
      • А.Б.Рыбаков Банджи-джампинг, сохранение импульса и уравнение Мещерского
      • Рыбаков А.Б. О вращении Земли и всяком таком, или Удивительная физика в журнале «Физика (ПС)», №2/2015
      • Рыбаков А.Б. Заметки о демоверсии-2012
      • Рыбаков А.Б. Заметки о демоверсии-2014
    • Материалы семинара учителей физики 13-16 июня 2017 года
  • Экзамены
    • ЕГЭ
      • Учителю
        • Демоверсии ГИА на 2018 год для обсуждения
      • Выпускнику
        • Курс подготовки к ЕГЭ по физике
          • Механика
          • МКТ и термодинамика
          • Геометрическая и волновая оптика
          • Электродинамика
        • Материалы для подготовки к ЕГЭ
    • ОГЭ
  • Конспекты
    • Механика
      • Определения
      • Формулы
      • Конспекты
    • МКТ и термодинамикa
      • Определения
      • Опорные конспекты по МКТ и термодинамике Н.А. Скрябиной
      • Формулы
      • Конспекты
    • Электродинамика
      • Определения
      • Формулы
      • Опорные конспекты по электростатике и постоянному току Н.А. Скрябиной
      • Опорные конспекты Н.А. Скрябиной по электромагнетизму
      • Конспекты
    • Колебания и волны
      • Определения
      • Конспекты
    • Оптика
      • Определения
      • Формулы
      • Конспекты
    • Атомная и квантовая физика
      • Определения
      • Формулы
      • Конспекты
    • Сводная таблица формул школьной физики.
    • Опорные конспекты Г.Н. Степановой
  • Физики
  • Библиотека
    • Биографии и мемуары
    • Литература по истории физики
    • Литература для учителя
    • Задачники
    • ЕГЭ и ГИА
    • Научно-популярная литература
    • Книги в полнотекстовом режиме
    • Справочники по физике
  • Медиатека
    • Фильмы
    • Презентации
    • Анимации
  • О нас
    • Сообщество
    • Администрация
    • О проекте
    • Партнёры

Магнитное поле — силовое поле, создаваемое движущимися зарядами, проводниками с током, электронами в атомах. Магнитное поле действует на движущиеся заряды, проводники с током, постоянные магниты. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции .

Значение вектора магнитной индукции равно отношению максималь­ной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка:

Физический смысл магнитной индукции Численное значение магнитной индукции показывает силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током 1 А длиной 1 м.

Магнитные линии (линии магнитной индукции) — это воображаемые линии, располагаемые в пространстве таким образом, что векторы магнитной индукции направлены по касательной к магнитным линиям. Магнитная индукция больше в тех точках поля, где магнитные линии ближе друг к другу.

Магнитные линии некоторых объектов:
1) Магнитные линии постоянного магнита — замкнутые линии, выходящие из северного и входящие в южный магнитный полюс;
2) Магнитные линии проводника с током — окружности, перпендикулярные проводникам, центры которых находятся в середине проводников. Направления линий определяются по правилу правой руки (правилу буравчика);
3) Магнитные линии соленоида (длинной цилиндрической катушки) — прямые параллельные линии, магнитное поле внутри соленоида является однородным.

Правило правой руки (определение направления магнитных линий) Если обхватить прямолинейный проводник правой ладонью, а большим пальцем указать направление тока, то остальные пальцы покажут направление огибающих проводник линий магнитной индукции.

Сила Лоренца — это сила, действующая со стороны магнитного поля с индукцией на точечный заряд величиной , движущийся со скоростью :

где — угол между направлением вектора индукции и вектора скорости .

Сила Ампера — это сила, действующая со стороны магнитного поля с индукцией на участок проводника длиной с током :

где — угол между направлением вектора индукции и тока

Правило левой руки (определение направления и ) Если четыре пальца левой ладони расположить по направлению тока или скорости положительного заряда или против скорости отрицательного заряда, затем ладонь повернуть так, чтобы в ее внутреннюю часть входили магнитные линии, то отставленный на 900 большой палец покажет направление силы Ампера или силы Лоренца.

Магнитный поток — физическая величина, мысленно представляемая как количество магнитных линий пронизывающих плоскую фигуру. Определяется по формуле:

где — угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости фигуры, — площадь фигуры.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Правило Ленца (определение направления индукционного тока в контуре) Индукционный ток в контуре направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Алгоритм применения правила Ленца:
1) показать направление вектора индукции поля, создающего ток;
2) определить увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур, т.е. , или ;
3) показать направление порождаемого током вектора индукции , который сонаправлен вектору , если магнитный поток уменьшается и противоположно направлен, если магнитный поток увеличивается;
4) по правилу правой руки с учетом направления определить направление индукционного тока .

ЭДС индукции в замкнутом контуре (1 виток) равна скорости изменения магнитного потока через контур с обратным знаком:

где — изменение магнитного потока за время .

Знак ЭДС индукции указывает на направление индукционного тока в контуре. Если по правилу правой руки большой палец направить по нормали контура , то остальные пальцы покажут направление индукционного тока при положительной ЭДС и противоположное направление при отрицательной ЭДС.

ЭДС индукции в катушке ( витков) :

ЭДС индукции в проводнике длиной движущемся со скоростью в магнитном поле с индукцией :

где — угол между вектором магнитной индукции и вектором скорости проводника .

Индукционный ток определяется по закону Ома для полной цепи:

где — сопротивление контура, катушки или движущегося проводника.

Индуктивность катушки характеризует способность катушки создавать магнитное поле при протекании через нее тока и является коэффициентом пропорциональности между силой тока и магнитным потоком, создаваемым этим током:

Индуктивность соленоида (длинной цилиндрической катушки):

где 1,26 · 10-6 Гн/м — магнитная постоянная, — число витков, — площадь поперечного сечения соленоида, — длина соленоида.

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС в контуре благодаря магнитному полю, создаваемому самим контуром. ЭДС самоиндукции возникает при изменении силы тока, протекающего через контур. При возрастании тока ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию, а при уменьшении тока препятствует этому уменьшению.

ЭДС самоиндукции в катушке с индуктивностью прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, протекающего через катушку:

Физический смысл магнитной индукции:

Индукция магнитного поля численно равна максимальной силе, с которой данное поле действует на проводник длиной 1 метр с силой тока 1 Ампер.

Направление индукции магнитного поля –

от Южного к Северному полюсу свободно установившейся магнитной стрелки.

Магнитный поток

Нарисуем замкнутый контур, n – нормаль к его плоскости.

Поместим контур в магнитное поле с индукцией В.

Магнитный поток- это скалярная физическая величина, равная произведению модуля вектора индукции магнитного поля на площадь контура и на косинус угла между вектором индукции и нормалью к площади контура

Единица измерения магнитного потока – Вебер

Вб = Тл*м2

Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Фарадей наблюдал возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Вопрос Фарадея:: если током можно намагнитить железо, то не может ли магнит вызвать появление тока?

Явление ЭМИ состоит в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Если контур проводящий, то в нем будет протекать ток, который называется индукционным. Если контур из диэлектрика, то он поляризуется.

Сторонние силы действуют внутри источника тока и вызывают разделение зарядов, т. е. движение электронов от + к – источника. Имеют неэлектрическую природу.

ЭДС индукции возникает только в тот интервал времени, когда магнитный поток изменяется.

Изменение магнитного потока через контур:

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея)

ЭДС индукции

По закону ЭМИ изменение магнитного потока приводит к появлению ЭДС, которая называется ЭДС индукции.

Опыт показывает, что сила тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

По закону Ома для полной цепи сила тока равна отношению ЭДС к полному сопротивлению цепи

следовательно, ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока

Закон электромагнитной индукции (Фарадея): ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком. Знак означает правило Ленца.

Понятие об электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность.

Направление индукционного тока.

Правило Ленца (1883 г)индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Опыт Ленца

Описание опыта:замкнутое кольцо отталкивается от магнита, если его вдвигают в кольцо, и притягивается, если магнит выдвигают.

Движение кольца обусловлено магнитным полем индукционного тока.

Применение правила Ленца

Пример Магнит движется вправо (вдвигается в контур)

1. Определить направление силовых линий внешнего поля B.

2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через

контур.

3. Определить направление индукционного магнитного поля Bi

Если магнитный поток увеличивается, Bi направлено против B, компенсируя это увеличение. Если магнитный поток уменьшается, Bi направлено одинаково с B, компенсируя это уменьшение.

  1. По правилу буравчика определить направление индукционного тока.

Вихревое электрическое поле

Причина появления ЭДС индукции в замкнутом контуре при изменении магнитного потока заключается в возникновении вихревого электрического поля в любой области пространства, где существует переменное магнитное поле. – гипотеза Максвелла. Силовые линии вихревого поля замкнуты.

Перечислим свойства известных нам полей

1. Электростатическое, возникает везде, где есть эл. заряды. Силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах. Потенциальное, т.е. работа по замкнутому контуру равна нулю. напряженность, потенциал.

2. Поле тока – магнитное, вихревое, работа по замкнутому контуру не равна нулю. Ток течет в сторону убывания потенциала. Поле действует только на движущиеся заряды.

3. Вихревое электрическое поле. Действует на любые заряды. Работа по замкнутому контуру равна ЭДС индукции. ЭДС индукции определяется законом Фарадея.

Самоиндукция. Индуктивность

Самоиндукция является важным частным случаем

электромагнитной индукции, когда изменяющийся

магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции,

создается током в самом контуре.

В любом контуре, по которому протекает ток,

возникает магнитное поле. Силовые линии этого поля

пронизывают все окружающее пространство, в том числе, пересекают площадь самого контура.

Магнитный поток, который вызван током в этом самом контуре, называется собственным магнитным потоком.

Поскольку магнитный поток пропорционален индукции магнитного поля, собственный магнитный поток пропорционален силе тока в контуре

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *