Промяна в магнитния поток. Индукционен поток на магнитно поле Промени в магнитния поток

Връзката между електрическите и магнитните полета е забелязана от много дълго време. Тази връзка е открита през 19 век от английския физик Фарадей и й дава име. Появява се в момента, когато магнитният поток прониква през повърхността на затворена верига. След промяна на магнитния поток за определено време в тази верига се появява електрически ток.

Връзката между електромагнитната индукция и магнитния поток

Същността на магнитния поток се изобразява чрез добре познатата формула: Ф = BS cos α. В него F е магнитен поток, S е повърхността на контура (площ), B е векторът на магнитната индукция. Ъгълът α се образува от посоката на вектора на магнитната индукция и нормалата към повърхността на контура. От това следва, че магнитният поток ще достигне максималния праг при cos α = 1 и минималния праг при cos α = 0.

Във втория вариант векторът B ще бъде перпендикулярен на нормалата. Оказва се, че линиите на потока не пресичат контура, а само се плъзгат по неговата равнина. Следователно характеристиките ще се определят от линиите на вектора B, които пресичат повърхността на контура. За изчисление Weber се използва като мерна единица: 1 wb \u003d 1v x 1s (волт-секунда). Друга, по-малка мерна единица е максуел (µs). Това е: 1 wb \u003d 108 μs, тоест 1 μs = 10-8 wb.

За изследванията на Фарадей са използвани две телени спирали, изолирани една от друга и поставени върху дървена намотка. Единият от тях беше свързан към източник на енергия, а другият към галванометър, предназначен да регистрира малки токове. В този момент, когато веригата на оригиналната спирала се затвори и отвори, в другата верига стрелката на измервателния уред се отклони.

Провеждане на изследвания върху явлението индукция

В първата серия от експерименти Майкъл Фарадей вкара намагнетизирана метална пръчка в намотка, свързана с ток, и след това я извади (фиг. 1, 2).

1 2

Когато магнит се постави в намотка, свързана с измервателно устройство, във веригата започва да тече индуктивен ток. Ако магнитната лента се отстрани от намотката, индукционният ток все още се появява, но посоката му вече е обърната. Следователно параметрите на индукционния ток ще се променят по посока на шината и в зависимост от полюса, с който е поставен в бобината. Силата на тока се влияе от скоростта на движение на магнита.

Във втората серия от експерименти се потвърждава явление, при което променящ се ток в една намотка предизвиква индукционен ток в друга намотка (фиг. 3, 4, 5). Това се случва в моментите на затваряне и отваряне на веригата. Посоката на тока ще зависи от това дали електрическата верига се затваря или отваря. В допълнение, тези действия не са нищо повече от начини за промяна на магнитния поток. Когато веригата е затворена, тя ще се увеличи, а когато се отвори, ще намалее, като едновременно с това прониква в първата намотка.

3 4

5

В резултат на експериментите беше установено, че възникването на електрически ток в затворена проводяща верига е възможно само когато те са поставени в променливо магнитно поле. В същото време потокът може да се променя във времето по всякакъв начин.

Електрическият ток, който се появява под въздействието на електромагнитна индукция, се нарича индукция, въпреки че това няма да бъде ток в конвенционалния смисъл. Когато затворена верига е в магнитно поле се генерира ЕМП с точна стойност, а не ток в зависимост от различни съпротивления.

Това явление се нарича ЕМП на индукция, което се отразява по формулата: Eind = - ∆F / ∆t. Стойността му съвпада със скоростта на промяна на магнитния поток, проникващ през повърхността на затворен контур, взет с отрицателна стойност. Минусът, присъстващ в този израз, е отражение на правилото на Ленц.

Правилото на Ленц за магнитния поток

Известно правило е изведено след поредица от изследвания през 30-те години на 19 век. Формулира се по следния начин:

Посоката на индукционния ток, възбуден в затворена верига от променящ се магнитен поток, влияе на създаденото от него магнитно поле по такъв начин, че то от своя страна създава пречка за магнитния поток, което причинява появата на индуктивен ток.

Когато магнитният поток се увеличи, т.е. стане Ф > 0, а индукционната ЕМП намалява и става Eind< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Ако потокът намалее, тогава обратният процес възниква, когато F< 0 и Еинд >0, тоест действието на магнитното поле на индукционния ток, има увеличение на магнитния поток, преминаващ през веригата.

Физическият смисъл на правилото на Ленц е да отразява закона за запазване на енергията, когато когато едно количество намалява, другото се увеличава и, обратно, когато едно количество се увеличава, другото ще намалява. Различни фактори също влияят върху индукционната едс. Когато в бобината се редуват силен и слаб магнит, устройството съответно ще покаже по-висока стойност в първия случай и по-ниска стойност във втория. Същото се случва, когато скоростта на магнита се промени.

Фигурата по-долу показва как се определя посоката на индукционния ток с помощта на правилото на Lenz. Синият цвят съответства на силовите линии на магнитните полета на индукционния ток и постоянния магнит. Те са разположени по посока на полюсите север-юг, които присъстват във всеки магнит.

Променящият се магнитен поток води до възникване на индуктивен електрически ток, чиято посока предизвиква противодействие от неговото магнитно поле, което предотвратява промените в магнитния поток. В тази връзка силовите линии на магнитното поле на намотката са насочени в посока, обратна на силовите линии на постоянния магнит, тъй като неговото движение се извършва в посоката на тази намотка.

За определяне на посоката на тока се използва с дясна резба. Тя трябва да бъде завинтена така, че посоката на нейното движение напред да съвпада с посоката на индукционните линии на намотката. В този случай посоките на индукционния ток и въртенето на дръжката на гимлета ще съвпадат.

ЕлектрическиИ магнитни полетасе генерират от едни и същи източници - електрически заряди, така че можем да приемем, че има определена връзка между тези полета. Това предположение намери експериментално потвърждение през 1831 г. в експериментите на изключителния английски физик М. Фарадей. Той отвори явлението електромагнитна индукция.

Феноменът на електромагнитната индукцияе в основата на работата на индукционните генератори на електрически ток, които отчитат цялото електричество, генерирано в света.

• магнитен поток

Затворена верига, поставена в еднородно магнитно поле

Количествената характеристика на процеса на промяна на магнитното поле през затворена верига е физическо количество, наречено магнитен поток. Магнитният поток (F) през зона на затворена верига (S) е физична величина, равна на произведението на модула на вектора на магнитната индукция (B) от областта на веригата (S) и косинуса на ъгъла междувектор B и нормала към повърхността: Φ = BS cos α. Единицата за магнитен поток е F - weber (Wb): 1 Wb \u003d 1 T 1 m 2.

перпендикулярен максимум.

Ако векторът на магнитната индукция паралелензоната на контура, след това магнитният поток е равно на нула.

• Закон за електромагнитната индукция

Емпирично е установен законът за електромагнитната индукция: ЕМП на индукция в затворена верига е равна по абсолютна стойност на скоростта на промяна на магнитния поток през повърхността, ограничена от веригата: Тази формула се нарича Закон на Фарадей .

Първият експеримент на Фарадей е класическа демонстрация на основния закон на електромагнитната индукция. При него, колкото по-бързо се движи магнитът през завоите на бобината, толкова повече индукционен ток се появява в него, а оттам и индукционната ЕМП.

• Правилото на Ленц

Зависимостта на посоката на индукционния ток от естеството на промяната на магнитното поле през затворена верига през 1833 г. е експериментално установена от руския физик Е. Х. Ленц. Според Правилото на Ленц , възникващи в затворена верига, индукционният ток със своето магнитно поле противодейства на промяната в магнитния поток, която той Наречен.По-накратко това правило може да се формулира по следния начин: индуцираният ток е насочен така, че да предотврати причината, която го причинява. Правилото на Ленц отразява експерименталния факт, че те винаги имат противоположни знаци (знакът минус в Формула на Фарадей).

Ленц проектира устройство, състоящо се от два алуминиеви пръстена, твърди и изрязани, монтирани върху алуминиева напречна греда. Те можеха да се въртят около ос, като кобилица. Когато магнитът беше въведен в плътен пръстен, той започна да "бяга" от магнита, завъртайки съответно кобилицата. При изваждането на магнита от пръстена той се опита да "настигне" магнита. Когато магнитът се премести вътре в изрязания пръстен, не се случи движение. Ленц обяснява експеримента с факта, че магнитното поле на индукционния ток се стреми да компенсира изменението на външния магнитен поток.

Правилото на Ленц има дълбок физически смисъл – то изразява закон за запазване на енергията.

Въпроси.

1. Какво определя магнитния поток, проникващ в областта на плоска верига, поставена в равномерно магнитно поле?

От вектора на магнитната индукция B, площта на контура S и неговата ориентация.

2. Как се променя магнитният поток с увеличаване на магнитната индукция с фактор n, ако нито площта, нито ориентацията на веригата се променят?

Увеличава се n пъти.

3. При каква ориентация на веригата по отношение на линиите на магнитна индукция е максимален магнитният поток, проникващ в зоната на тази верига? равно на нула?

Магнитният поток е максимален, ако равнината на контура е перпендикулярна на линиите на магнитна индукция и е нула, когато е успоредна.

4. Променя ли се магнитният поток при такова въртене на веригата, когато линиите на магнитна индукция след това проникват в нея. след това се плъзга по неговата равнина?

да В случай, че ъгълът на наклона на магнитните линии спрямо равнината на веригата се промени, магнитният поток също се променя.

Упражнения.

1. Телена намотка K със стоманена сърцевина е свързана към верига с постоянен ток последователно с реостат R и ключ K (фиг. 125). Електрически ток, протичащ през завоите на бобината K 1, създава магнитно поле в пространството около него. В полето на намотката K 1 е същата намотка K 2. Как можете да промените магнитния поток, проникващ в бобината K 2? Обмислете всички възможни варианти.

Магнитният поток, проникващ в бобината K 2, може да се промени: 1) чрез промяна на силата на тока I с реостат; 2) затваряне-отваряне на ключа; 3) промяна на ориентацията на бобината K 2.

Ако в магнитното поле има затворена проводяща верига, която не съдържа източници на ток, тогава при промяна на магнитното поле във веригата възниква електрически ток. Това явление се нарича електромагнитна индукция. Появата на ток показва появата на електрическо поле във веригата, което може да осигури затворено движение на електрически заряди или, с други думи, появата на ЕМП. Електрическото поле, което възниква при промяна на магнитното поле и чиято работа не е равна на нула при движение на заряди по затворена верига, има затворени силови линии и се нарича вихрово.

За количествено описание на електромагнитната индукция се въвежда концепцията за магнитен поток (или векторен поток на магнитна индукция) през затворен контур. За плоска верига, разположена в еднородно магнитно поле (и само такива ситуации могат да се срещнат от ученици на единен държавен изпит), магнитният поток се определя като

където е индукцията на полето, е площта на контура, е ъгълът между вектора на индукция и нормалата (перпендикуляра) към равнината на контура (вижте фигурата; перпендикулярът към равнината на контура е показан с пунктирана линия). Единицата за магнитен поток в международната система единици SI е Вебер (Wb), който се определя като магнитен поток през контур с площ 1 m 2 на еднородно магнитно поле с индукция 1 T, перпендикулярно на равнината на контура.

Стойността на ЕМП на индукция, която възниква във веригата, когато магнитният поток през тази верига се промени, е равна на скоростта на промяна на магнитния поток

Ето промяната в магнитния поток през веригата за малък интервал от време. Важно свойство на закона за електромагнитната индукция (23.2) е неговата универсалност по отношение на причините за промяна на магнитния поток: магнитният поток през веригата може да се промени поради промяна в индукцията на магнитното поле, промяна в областта на веригата или промяна в ъгъла между вектора на индукция и нормалата, която възниква, когато веригата се върти в полето. Във всички тези случаи, съгласно закона (23.2), във веригата ще се появи индукционна ЕМП и индукционен ток.

Знакът минус във формула (23.2) е "отговорен" за посоката на тока в резултат на електромагнитна индукция (правило на Ленц). Въпреки това, не е толкова лесно да се разбере на езика на закона (23.2) към коя посока на индукционния ток ще доведе този знак с тази или онази промяна в магнитния поток през веригата. Но е достатъчно лесно да запомните резултата: индукционният ток ще бъде насочен по такъв начин, че създаденото от него магнитно поле ще „се стреми“ да компенсира промяната във външното магнитно поле, което генерира този ток. Например, с увеличаване на потока на външно магнитно поле през верига, в него ще се появи индукционен ток, чието магнитно поле ще бъде насочено противоположно на външното магнитно поле, така че да намали външното поле и по този начин да поддържа първоначалната стойност на магнитното поле. С намаляване на потока на полето през веригата, полето на индукционния ток ще бъде насочено по същия начин като външното магнитно поле.

Ако по някаква причина токът се промени във верига с ток, тогава магнитният поток през веригата на магнитното поле, което се създава от самия ток, също се променя. Тогава, съгласно закона (23.2), във веригата трябва да се появи индукционна ЕМП. Феноменът на възникване на ЕМП на индукция в определена електрическа верига в резултат на промяна на тока в самата тази верига се нарича самоиндукция. За да се намери ЕМП на самоиндукция в някаква електрическа верига, е необходимо да се изчисли потокът на магнитното поле, създадено от тази верига през себе си. Подобно изчисление е труден проблем поради нехомогенността на магнитното поле. Едно свойство на този поток обаче е очевидно. Тъй като магнитното поле, създадено от тока във веригата, е пропорционално на големината на тока, тогава магнитният поток на собственото поле през веригата е пропорционален на тока в тази верига

където е силата на тока във веригата, е коефициентът на пропорционалност, който характеризира "геометрията" на веригата, но не зависи от тока в нея и се нарича индуктивност на тази верига. Единицата за индуктивност в международната система единици SI е Хенри (H). 1 H се определя като индуктивност на такава верига, потокът на индукция на нейното собствено магнитно поле, през което е 1 Wb при сила на тока 1 A. Като се вземе предвид дефиницията на индуктивност (23.3) от закона за електромагнитната индукция (23.2), получаваме за ЕМП на самоиндукция

Поради явлението самоиндукция, токът във всяка електрическа верига има определена "инерция" и следователно енергия. Наистина, за да се създаде ток във веригата, е необходимо да се извърши работа за преодоляване на самоиндукцията ЕМП. Енергията на веригата с ток и е равна на тази работа. Необходимо е да запомните формулата за енергията на веригата с ток

където е индуктивността на веригата, е токът в нея.

Феноменът на електромагнитната индукция се използва широко в технологиите. Основава се на създаването на електрически ток в електрически генератори и електроцентрали. Благодарение на закона за електромагнитната индукция, механичните вибрации се преобразуват в електрически вибрации в микрофоните. Въз основа на закона за електромагнитната индукция, по-специално, работи електрическа верига, която се нарича осцилаторна верига (вижте следващата глава) и която е в основата на всяко радиопредавателно или радиоприемащо оборудване.

Помислете сега върху задачите.

От изброените в задача 23.1.1явления, има само едно следствие от закона за електромагнитната индукция - появата на ток в пръстена, когато постоянен магнит преминава през него (отговорът 3 ). Всичко останало е резултат от магнитното взаимодействие на токовете.

Както е посочено във въведението към тази глава, явлението електромагнитна индукция е в основата на работата на алтернатора ( задача 23.1.2), т.е. устройство, което създава променлив ток с дадена честота (отговорът 2 ).

Индукцията на магнитното поле, създадено от постоянен магнит, намалява с увеличаване на разстоянието от него. Следователно, когато магнитът се приближи до пръстена ( задача 23.1.3) индукционният поток на магнитното поле на магнита през пръстена се променя и в пръстена се появява индукционен ток. Очевидно това ще се случи, когато магнитът се приближи до пръстена със северния и южния полюс. Но посоката на индукционния ток в тези случаи ще бъде различна. Това се дължи на факта, че когато магнитът се доближи до пръстена с различни полюси, полето в равнината на пръстена в единия случай ще бъде насочено противоположно на полето в другия. Следователно, за да се компенсират тези промени във външното поле, магнитното поле на индуктивния ток трябва да бъде насочено по различен начин в тези случаи. Следователно посоките на индукционните токове в пръстена ще бъдат противоположни (отговорът е 4 ).

За възникване на индукционна ЕМП в пръстена е необходимо магнитният поток през пръстена да се промени. И тъй като магнитната индукция на магнитното поле зависи от разстоянието до него, тогава в разглеждания случай задача 23.1.4в този случай потокът през пръстена ще се промени, в пръстена ще се появи индукционен ток (отговорът е 1 ).

При завъртане на рамка 1 ( задача 23.1.5) ъгълът между линиите на магнитната индукция (и следователно вектора на индукция) и равнината на рамката във всеки момент е равен на нула. Следователно магнитният поток през рамката 1 не се променя (виж формула (23.1)) и индукционният ток не възниква в него. В рамка 2 ще възникне индукционен ток: в позицията, показана на фигурата, магнитният поток през него е нула, когато рамката се завърти на четвърт оборот, той ще бъде равен на , където е индукцията, е площта на рамката. След още една четвърт оборот потокът отново ще стане нула и т.н. Следователно потокът на магнитна индукция през рамка 2 се променя по време на нейното въртене, следователно в нея възниква индукционен ток (отговорът е 2 ).

IN задача 23.1.6индукционен ток възниква само в случай 2 (отговор 2 ). Наистина, в случай 1 рамката остава на същото разстояние от проводника по време на движение и следователно магнитното поле, създадено от този проводник в равнината на рамката, не се променя. Когато рамката се отдалечи от проводника, магнитната индукция на полето на проводника в областта на рамката се променя, магнитният поток през рамката се променя и възниква индукционен ток

Законът за електромагнитната индукция гласи, че индуктивният ток в пръстена ще тече в такива моменти от времето, когато магнитният поток през този пръстен се променя. Следователно, докато магнитът е в покой близо до пръстена ( задача 23.1.7) индуктивният ток в пръстена няма да тече. Така че правилният отговор на този проблем е 2 .

Съгласно закона за електромагнитната индукция (23.2), индукционната ЕМП в рамката се определя от скоростта на промяна на магнитния поток през нея. И тъй като по условие задачи 23.1.8индукцията на магнитното поле в областта на рамката се променя равномерно, скоростта на нейното изменение е постоянна, големината на индукционната емф не се променя по време на експеримента (отговорът е 3 ).

IN задача 23.1.9Индукционната едс, която възниква в рамката във втория случай, е четири пъти по-голяма от индукционната едс, която се появява в първия (отговорът е 4 ). Това се дължи на четирикратно увеличение на площта на рамката и съответно на магнитния поток през нея във втория случай.

IN задача 23.1.10във втория случай скоростта на изменение на магнитния поток се удвоява (индукцията на полето се променя със същото количество, но за половината от времето). Следователно ЕМП на електромагнитната индукция, която възниква в рамката във втория случай, е два пъти по-голяма, отколкото в първия (отговорът е 1 ).

Когато токът в затворен проводник се удвои ( задача 23.2.1), стойността на индукцията на магнитното поле ще се увеличи във всяка точка в пространството два пъти, без да се променя посоката. Следователно магнитният поток през всяка малка площ и съответно целият проводник ще се промени точно два пъти (отговорът е 1 ). Но съотношението на магнитния поток през проводника към тока в този проводник, което е индуктивността на проводника , без да се променя ( задача 23.2.2- отговор 3 ).

Използвайки формула (23.3), намираме в задача 32.2.3 gn (отговор 4 ).

Връзка между мерните единици на магнитен поток, магнитна индукция и индуктивност ( задача 23.2.4) следва от определението за индуктивност (23.3): единица магнитен поток (Wb) е равна на произведението от единица ток (A) на единица индуктивност (H) - отговорът 3 .

Съгласно формула (23.5), с двойно увеличение на индуктивността на намотката и двойно намаляване на тока в нея ( задача 23.2.5) енергията на магнитното поле на намотката ще намалее 2 пъти (отговорът 2 ).

Когато рамката се върти в еднообразно магнитно поле, магнитният поток през рамката се променя поради промяна в ъгъла между перпендикуляра към равнината на рамката и вектора на магнитното поле. И тъй като в първия и втория случай в задача 23.2.6този ъгъл се променя по същия закон (по условие честотата на въртене на рамките е една и съща), тогава ЕМП на индукция се променя по същия закон и следователно съотношението на амплитудните стойности на ЕМП на индукция в рамката е равна на едно (отговорът 2 ).

Магнитното поле, създадено от проводник с ток в областта на рамката ( задача 23.2.7), изпратени „от нас“ (вижте решението на задачите в Глава 22). Стойността на индукцията на полето на проводника в областта на рамката ще намалее, когато се отдалечава от проводника. Следователно индукционният ток в рамката трябва да създаде магнитно поле, насочено вътре в рамката "далеч от нас". Сега използвайки правилото на гимлета, за да намерим посоката на магнитната индукция, заключаваме, че индукционният ток в контура ще бъде насочен по посока на часовниковата стрелка (отговорът е 1 ).

С увеличаване на тока в проводника създаденото от него магнитно поле ще се увеличи и в рамката ще се появи индукционен ток ( задача 23.2.8). В резултат на това ще има взаимодействие на индукционния ток в контура и тока в проводника. За да намерите посоката на това взаимодействие (привличане или отблъскване), можете да намерите посоката на индукционния ток и след това, като използвате формулата на Ампер, силата на взаимодействие между рамката и жицата. Но можете да го направите по различен начин, като използвате правилото на Ленц. Всички индуктивни явления трябва да имат такава посока, че да компенсират причината, която ги предизвиква. И тъй като причината е увеличаване на тока в контура, силата на взаимодействие между индуктивния ток и проводника трябва да се стреми да намали магнитния поток на полето на проводника през контура. И тъй като магнитната индукция на полето на проводника намалява с увеличаване на разстоянието до него, тази сила ще отблъсне рамката от проводника (отговор 2 ). Ако токът в жицата намалее, тогава рамката ще бъде привлечена от жицата.

Задача 23.2.9също свързани с посоката на индукционните явления и правилото на Ленц. Когато магнит се доближи до проводящ пръстен, в него ще се появи индукционен ток, чиято посока ще бъде такава, че да компенсира причината, която го причинява. И тъй като тази причина е приближаването на магнит, пръстенът ще се отблъсне от него (отговор 2 ). Ако магнитът се отдалечи от пръстена, тогава по същите причини ще има привличане на пръстена към магнита.

Задача 23.2.10е единственият изчислителен проблем в тази глава. За да намерите ЕМП на индукция, трябва да намерите промяната в магнитния поток през веригата . Може да се направи така. Нека в някакъв момент джъмперът е бил в позицията, показана на фигурата, и нека измине малък интервал от време. През този интервал от време джъмперът ще се премести със стойността . Това ще увеличи площта на контура по количеството . Следователно промяната в магнитния поток през веригата ще бъде равна и големината на индукционната емф. (отговор 4 ).

В урока ще научим за нова концепция за нас - магнитен поток - и ще разгледаме как се характеризира.

Спомнете си, че когато параметрите на магнитното поле се променят в близост до затворен проводник, в него възниква ток. Този ток се нарича индукционен ток, а явлението е явлението електромагнитна индукция.

Остава обаче въпросът какви точно параметри на магнитното поле са необходими, за да се получи този ефект. Да започнем с експеримент:

За да го изпълним, се нуждаем от: намотка с голям брой завъртания и свързан към нея амперметър. По време на експеримента обърнете внимание на поведението на стрелката на амперметъра (фиг. 1).

Ориз. 1. Опитите на Фарадей

Както виждаме, при спускане и изваждане на прътовия магнит от бобината в него се образува индукционен ток.

Нека анализираме коя промяна на параметъра е довела до наблюдавания ефект. Когато магнитът се приближава и отдалечава от бобината, силата на магнитното поле в него се променя.

По този начин стойността, която влияе върху образуването на индукционния ток в намотката, е силата на магнитното поле.

Спомнете си, че се описва от такова количество като магнитна индукция. Това е вектор и се обозначава и измерва в T.

Затворен пръстен от тел, поставен перпендикулярно на магнитното поле, се компресира от няколко страни, така че променя формата си (фиг. 2).

Ориз. 2. Илюстрация за опит

В този случай по време на процеса на деформация в пръстена се появява индукционен ток. Какво променихме този път?

Сега площта на пръстена е променена. Разбира се, вместо пръстен, можете да експериментирате с всеки затворен проводник.

Веригата е затворен проводник (фиг. 3).

Ориз. 3. Контур

Ориз. 4. Генератор

Основните му елементи са (фиг. 4):

• намотка, която може да се върти около оста си;
• постоянен магнит около намотката.

Когато бобината се върти в магнитно поле, можете да видите, че електрическата крушка свети (т.е. във веригата се появява индукционен ток).

От този опит можем да заключим, че феноменът на електромагнитната индукция се проявява и при въртене на намотка или проводяща рамка в магнитно поле (фиг. 5), т.е. когато ъгълът между магнитните линии и равнината на проводника промени.

Ориз. 5. Илюстрация за опит

И трите параметъра, промените в които влияят върху големината на индукционния ток, са обединени от физическо количество, наречено магнитен поток.

В -модул за магнитна индукция на полето

С- контурна зона

Характеризира местоположението на контурната равнина спрямо магнитната линия.

Магнитният поток се измерва във Weber (Wb) и се обозначава с буквата Е.

По този начин магнитният поток е пропорционален на модула на магнитната индукция на полето, площта на веригата и зависи от местоположението на равнината на веригата спрямо магнитната линия.

Задачата за анализиране на параметрите на магнитния поток

За да научите как да правите изводи за промяната на магнитния поток в елементите на различни електрически вериги, което може да доведе до наличието на нежелани индукционни токове, разгледайте проблема.

Телена намотка със стоманена сърцевина е свързана към DC веригата последователно с реостат и ключ (фиг. 6).

Ориз. 6. Илюстрация към задачата

Електрическият ток, протичащ през клоновете на намотката, създава магнитно поле в пространството около нея (фиг. 7). В полето на намотката е същата намотка.

Ориз. 7. Илюстрация към задачата

Как можете да промените магнитния поток, проникващ в намотката? Обмислете всички възможни варианти.

Нека си припомним промяната на кои параметри води до промяна на магнитния поток.

Нека започнем с промяна на индукцията на магнитното поле на намотката.Това може да се постигне чрез промяна на силата на тока, който генерира нейното магнитно поле. Можете да промените тока в показаната верига по 2 начина:

1. Преместване на плъзгача на реостата

2. Бутон за включване/изключване

Заслужава да се отбележи, че промяната в текущата стойност ще бъде най-голяма от максимум до нула, което ще доведе до най-голяма промяна в магнитния поток в намотката.

Следващият параметър, чиято промяна ще повлияе на стойността на магнитния поток, е площта на веригата. В нашия случай, намотки Но не можем да променим площта на напречното сечение на намотката. Следователно опцията отпада.

Последната възможност за промяна на магнитния поток е завъртане на намотката спрямо магнитните линии на намотката. За постигане на максимален резултат от смяната е необходимо бобината да се завърти на 90 (фиг. 8).

Ориз. 8. Илюстрация към задачата

Какво се описва с магнитен поток?

Както вече отбелязахме, това зависи от:

• От силата на магнитното поле
• От зоната на контура, през който преминават тези магнитни линии
• От ъгъла на разположение между контура и магнитните линии

По този начин, магнитен потокхарактеризира броя на магнитните линии, проникващи в ограничен контур.

Това се проверява лесно.

1. Да сравним броя на линиите, които пресичат един и същ контур, но в магнитни полета с различна сила (фиг. 9).

В по-силно поле контурът пресича повече линии.

Ориз. 9. Илюстрация към задачата

2. Ако сравним броя на линиите, които в едно и също еднородно магнитно поле проникват през контури с различна площ, тогава очевидно има повече от тях през по-голям контур (фиг. 10).

Ориз. 10. Илюстрация към задачата

3. Ако сравним въртенето на контура в магнитно поле под ъгъл спрямо магнитните линии и разположението му по линиите, то в първия случай техният брой през равнината на контура ще бъде максимален. А във втория магнитните линии ще се плъзгат по контура и изобщо няма да проникнат в него (фиг. 11).

В тези примери по-голям брой линии през веригата съответстват на по-голям магнитен поток.

В резултат на това отбелязваме, че тъй като величината на индукционния ток зависи от промяната в магнитната индукция, площта на веригата и от нейната ориентация в пространството, обичайно е да се казва, че зависи от промените в магнитния поток.

Освен това експериментите на Фарадей показаха, че скоростта на промяна на магнитния поток е важна. Колкото по-бързо промените тези стойности, толкова по-голяма ще бъде стойността на индукционния ток.

По този начин може да се твърди, че явлението електромагнитна индукция се характеризира със скоростта на промяна на магнитния поток.

Задачата за определяне на условията за възникване на индукционен ток

За да разберете връзката между магнитния поток през веригата и явлението електромагнитна индукция в нея, разгледайте проблема:

Малка намотка се движи напред в еднородно магнитно поле. Има ли индуциран ток в бобината? Обосновете отговора.

Ориз. 12. Илюстрация към задачата

Може да изглежда, че поради движението на бобината може да има промени, последицата от които ще бъде появата на индукционен ток в нейните завои (фиг. 12).

Спомнете си, че предпоставка за възникване на индукционен ток е промяна в магнитния поток през завоите на намотката. Това изисква промяна в магнитната индукция през веригата на намотката. Какво не се спазва, защото по условие полето е еднородно.

Освен това е възможно да се промени площта на напречното сечение на намотката, което също не се наблюдава.

Последният възможен вариант е да се промени ъгълът на въртене на равнината на намотката спрямо линиите на магнитното поле, което очевидно също не се случва, тъй като движението е транслационно, което означава, че не се наблюдават завъртания на намотката.

Следователно заключаваме, че магнитният поток няма да се промени, съответно няма да се образува индукционен ток в завоите на намотката.

Сравнение на магнитния поток с водния поток

Името на новата физична величина на изучавания от нас магнитен поток не е случайно. Факт е, че магнитният поток през веригата може да се сравни с потока вода през пръстена, който е поставен в тръба (фиг. 13). (1)

Колкото по-голяма е скоростта на водата, толкова повече тя преминава през пръстена за единица време. (2)

Колкото по-голяма е площта на пръстена, толкова повече вода ще тече през него за наблюдаваното време. (3)

Ако пръстенът се върти, когато е напречен на водния поток, максималното количество вода ще тече през равнината на пръстена. (4)

Ако започнете да го завъртате под остър ъгъл спрямо потока, тогава ще тече все по-малко вода. (5)

Ориз. 13. Сравнение на магнитния поток с водния поток

И при завъртане по изтичането водата изобщо няма да премине през пръстена, а ще се плъзне по него. (6)

Разгледахме подобни свойства за магнитния поток.

В урока обяснихме кои параметри на магнитното поле и веригата трябва да се променят, за да се наблюдава явлението електромагнитна индукция. Обединихме това в понятието "магнитен поток".

Библиография

1. Аксенович Л. А. Физика в гимназията: теория. Задачи. Тестове: Proc. надбавка за институции, осигуряващи общ. среди, образование.
2. Яворски Б.М., Пински А.А., Основи на физиката, т.2., - М. Физматлит., 2003.
3. Начален учебник по физика. Изд. Г.С. Ландсберг, Т. 3. - М., 1974.

1. Festival.1september.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Сlass-fizika.narod.ru ().

Домашна работа

1. Какво определя магнитния поток, проникващ в областта на плоска верига, поставена в равномерно магнитно поле?
2. Как се променя магнитният поток с увеличаване на магнитната индукция с n пъти, ако нито площта, нито ориентацията на веригата не се променят?
3. Променя ли се магнитният поток при такова въртене на веригата, когато линиите на магнитна индукция след това проникват в нея. след това се плъзга по неговата равнина?