磁束の変化。磁場誘導磁束磁束変化

15.02.2023

電場と磁場の関係は、非常に長い間注目されてきました。この接続は、19 世紀にイギリスの物理学者ファラデーによって発見され、名前が付けられました。磁束が閉回路の表面を貫通する瞬間に現れます。磁束の変化が一定時間発生した後、この回路に電流が現れます。

電磁誘導と磁束の関係

磁束の本質は、よく知られた式 Ф = BS cos α によって表されます。その中で、Fは磁束、Sは輪郭（面積）の表面、Bは磁気誘導のベクトルです。角度 α は、磁気誘導ベクトルの方向と輪郭面の法線によって形成されます。したがって、磁束は cos α = 1 で最大しきい値に達し、cos α = 0 で最小しきい値に達します。

2 番目の変形では、ベクトル B は法線に対して垂直になります。流線は輪郭を横切らず、その平面に沿ってスライドするだけであることがわかります。したがって、特性は、輪郭の表面と交差するベクトル B の線によって決定されます。計算には、ウェーバーが測定単位として使用されます: 1 wb \u003d 1v x 1s (ボルト-秒)。もう 1 つの小さい測定単位は、マクスウェル (µs) です。 1 wb \u003d 108 μs、つまり 1 μs \u003d 10-8 wb です。

ファラデーの研究では、互いに分離された 2 つのワイヤースパイラルが使用され、木製のコイルに配置されました。そのうちの 1 つはエネルギー源に接続され、もう 1 つは小さな電流を記録するように設計された検流計に接続されていました。その瞬間、元の渦巻きの回路が閉じて開いたとき、もう一方の回路では測定器の矢印が外れました。

誘導現象の研究

最初の一連の実験で、マイケル・ファラデーは電流に接続されたコイルに磁化された金属棒を挿入し、それを引き出しました (図 1、2)。

1 2

測定器に接続したコイルに磁石を入れると、回路に誘導電流が流れ始めます。磁石棒をコイルから離しても誘導電流は現れますが、その方向はすでに反転しています。その結果、誘導電流のパラメータは、バーの方向で、コイルに配置された極に応じて変化します。電流の強さは、磁石の移動速度の影響を受けます。

2回目の実験では、一方のコイルに電流を変化させると、もう一方のコイルに誘導電流が流れる現象が確認されました（図3、4、5）。これは、回路を開閉する瞬間に発生します。電流の方向は、電気回路が閉じているか開いているかによって異なります。さらに、これらのアクションは、磁束を変更する方法にすぎません。回路が閉じると増加し、開くと減少し、同時に最初のコイルを貫通します。

3 4

実験の結果、閉じた導電回路内で電流が発生するのは、それらが交流磁場に置かれた場合にのみ可能であることがわかりました。同時に、流れは何らかの手段で時間とともに変化する可能性があります。

電磁誘導の影響で現れる電流を誘導と呼びますが、これは従来の意味での電流ではありません。閉回路が磁場内にある場合、さまざまな抵抗に依存する電流ではなく、正確な値で EMF が生成されます。

この現象は誘導の EMF と呼ばれ、次の式に反映されます。Eind = - ΔF / Δt。その値は、閉ループの表面を貫通する磁束の変化率と一致し、負の値を取ります。この式にあるマイナスは、レンツの法則を反映しています。

磁束のレンツの法則

よく知られているルールは、19 世紀の 30 年代に一連の研究を経て導き出されました。次のように定式化されます。

変化する磁束によって閉回路で励起される誘導電流の方向は、誘導電流の出現を引き起こす磁束に対する障害を作成するような方法で、それが作成する磁場に影響を与えます。

磁束が増加すると、つまり Ф > 0 になり、誘導 EMF は減少し、Eind になります。< 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.

流量が減少すると、F のときに逆のプロセスが発生します。< 0 и Еинд >0、つまり誘導電流の磁場の作用により、回路を通過する磁束が増加します。

レンツの法則の物理的な意味は、一方の量が減少すると他方が増加し、逆に一方の量が増加すると他方が減少するエネルギー保存則を反映することです。さまざまな要因も誘導起電力に影響します。強い磁石と弱い磁石をコイルに交互に挿入すると、デバイスは前者の場合は高い値を、後者の場合は低い値をそれぞれ示します。磁石の速度が変化しても同じことが起こります。

下の図は、誘導電流の方向がレンツの法則を使用して決定される方法を示しています。青色は、誘導電流と永久磁石の磁場の力線に対応しています。それらは、すべての磁石に存在する南北極の方向に位置しています。

変化する磁束は誘導電流の出現につながり、その方向はその磁場からの反対を引き起こし、磁束の変化を防ぎます。この点に関して、コイルの磁場の力線は、永久磁石の力線とは反対の方向に向けられる。これは、永久磁石の動きがこのコイルの方向に起こるからである。

電流の方向を決定するために、右ねじで使用されます。前方への移動方向がコイルの誘導線の方向と一致するようにねじ込む必要があります。この場合、誘導電流の方向とギムレットハンドルの回転方向が一致します。

電気と磁場は同じソース (電荷) によって生成されるため、これらのフィールド間に一定の関係があると想定できます。この仮定は、1831 年に著名な英国の物理学者 M. ファラデーの実験で実験的に確認されました。彼は開いた 電磁誘導現象。

電磁誘導現象誘導電流発電機の動作の根底にあるのは、世界中で発電されるすべての電力を占める誘導電流発電機です。

磁束

均一磁場内に配置された閉回路

閉回路を介して磁場を変化させるプロセスの定量的特性は、と呼ばれる物理量です。磁束. 閉ループ領域 (S) を通る磁束 (F) は、ループ領域 (S) による磁気誘導ベクトル (B) のモジュラスと角度のコサインの積に等しい物理量です。間ベクトル B とサーフェスに垂直: Φ = BS cos α. 磁束の単位は F - ウェーバー (Wb): 1 Wb \u003d 1 T 1 m 2.

垂直 最大。

磁気誘導ベクトル平行等高線領域、次に磁束 ゼロに等しい。

電磁誘導の法則

経験的に、電磁誘導の法則が確立されました。閉回路内の誘導の EMF は、回路によって囲まれた表面を通る磁束の変化率に絶対値が等しくなります。この式は次のように呼ばれます。 ファラデーの法則 .

ファラデーの最初の実験は、電磁誘導の基本法則の古典的な実証です。その中で、磁石がコイルのターンを速く移動するほど、より多くの誘導電流が現れ、したがって誘導EMFが発生します。

レンツの法則

誘導電流の方向が閉回路を通る磁場の変化の性質に依存することは、1833 年にロシアの物理学者 E.Kh. レンツによって実験的に確立されました。によると レンツの法則 、閉回路で発生すると、その磁場による誘導電流が磁束の変化を打ち消し、それが 呼ばれた。簡単に言うと、このルールは次のように定式化できます。誘導電流は防止するように向けられます。 それを引き起こす理由。 レンツの法則は、それらが常に反対の符号を持つという実験的事実を反映しています (マイナス記号 ファラデー式).

レンツは、アルミニウムのクロスバーに取り付けられた、ソリッドとカットの2つのアルミニウムリングで構成されるデバイスを設計しました。ロッカーのように、軸を中心に回転できます。固体リングに磁石を挿入すると、磁石が磁石から「逃げ」始め、それに応じてロッカーが回転しました。リングから磁石を取り出す際に、磁石に「追いつく」ようにしました。磁石がカットリングの内側を移動すると、動きは発生しませんでした。レンツは、誘導電流の磁場が外部磁束の変化を補償しようとしたという事実によって実験を説明しました。

レンツの法則には深い物理的意味があります。 エネルギー保存の法則。

質問。

1. 均一な磁場に配置されたフラット回路の領域を貫通する磁束を決定するものは何ですか?

磁気誘導のベクトル B、輪郭 S の面積、およびその向きから。

2. 回路の面積も方向も変化しない場合、磁束は n 倍の磁気誘導の増加に伴ってどのように変化しますか?

n 倍に増加します。

3.この回路の領域を貫通する磁束が最大になるのは、磁気誘導線に対する回路のどの方向ですか? ゼロに等しい？

輪郭面が磁気誘導線に垂直な場合、磁束は最大になり、平行な場合はゼロになります。

4.磁束は、磁気誘導線が回路を貫通するときに、回路のそのような回転で変化しますか。次に、その平面に沿ってスライドしますか?

はい。回路面に対する磁力線の傾斜角が変化すると、磁束も変化します。

演習。

1. スチールコアを備えたワイヤコイル K が、可変抵抗器 R およびキー K と直列の DC 電源回路に接続されています (図 125)。コイル K 1 のターンを流れる電流は、その周囲の空間に磁場を生成します。コイルK 1のフィールドには、同じコイルK 2があります。コイル K 2 を貫く磁束をどのように変えることができますか? 考えられるすべてのオプションを検討してください。

コイルＫ２を貫く磁束は、以下のように変更することができる。 2) キーの開閉。 3) コイル K 2 の向きを変える。

磁場内に電流源を含まない閉じた導電回路がある場合、磁場が変化すると、回路に電流が発生します。この現象を電磁誘導といいます。電流の出現は、回路内の電界の発生を示します。これは、電荷の閉じた動き、つまりEMFの発生を提供できます。磁場が変化するときに発生し、閉じた回路に沿って電荷を移動するときに仕事がゼロに等しくない電場は、閉じた力線を持ち、渦と呼ばれます。

電磁誘導を定量的に説明するために、閉ループを通る磁束 (または磁気誘導ベクトル磁束) の概念が導入されます。均一な磁場内に配置されたフラット回路の場合 (統一された州の試験で学童が遭遇する可能性があるのはそのような状況のみ)、磁束は次のように定義されます。

ここで、は磁場誘導、は等高線面積、は誘導ベクトルと等高線平面の法線 (垂直) との間の角度です (図を参照してください。等高線平面への垂直線は点線で示されています)。国際 SI 単位系における磁束の単位はウェーバー (Wb) であり、これは、1 T の誘導を伴う一様磁場の面積 1 m 2 の輪郭を通る磁束として定義されます。輪郭。

この回路を通る磁束が変化するときに回路内で発生する誘導の EMF の値は、磁束の変化率に等しくなります。

これは、短い時間間隔で回路を通過する磁束の変化です。電磁誘導の法則 (23.2) の重要な特性は、磁束を変化させる理由に関する普遍性です。回路を通る磁束は、磁場誘導の変化、面積の変化により変化する可能性があります。回路、または回路がフィールド内で回転するときに発生する、誘導ベクトルと法線の間の角度の変化。これらすべての場合において、法則（23.2）によれば、誘導EMFと誘導電流が回路に現れます。

式 (23.2) のマイナス記号は、電磁誘導 (レンツの法則) から生じる電流の方向に「責任があります」。ただし、この記号が誘導電流のどの方向につながるかを法律の言葉（23.2）で理解するのはそれほど簡単ではありません。これまたは回路を通る磁束の変化です。しかし、結果を覚えておくのは簡単です。誘導電流は、それによって作成された磁場が、この電流を生成した外部磁場の変化を補償するように「傾向がある」ように向けられます。たとえば、回路を通る外部磁場の流れが増加すると、誘導電流が回路に現れ、その磁場は外部磁場とは反対に向けられ、外部磁場を減少させ、したがって維持します磁場の元の値。回路を通る界磁束が減少すると、誘導電流場は外部磁場と同じように向けられます。

何らかの理由で、電流のある回路で電流が変化すると、この電流自体によって作成される磁場の回路を通る磁束も変化します。次に、法則（23.2）に従って、誘導EMFが回路に現れるはずです。この回路自体の電流の変化の結果として、特定の電気回路に誘導のEMFが発生する現象は、自己誘導と呼ばれます。いくつかの電気回路で自己誘導のEMFを見つけるには、この回路によって作成された磁場の磁束を計算する必要があります。このような計算は、磁場の不均一性のために困難な問題です。ただし、このフローの 1 つの特性は明らかです。回路内の電流によって生成される磁場は電流の大きさに比例するため、回路を通る独自の磁場の磁束はこの回路内の電流に比例します

どこでは回路内の電流強度、は回路の「ジオメトリ」を特徴付ける比例係数ですが、回路内の電流には依存せず、この回路のインダクタンスと呼ばれます。国際 SI 単位系におけるインダクタンスの単位はヘンリー (H) です。 1 H は、そのような回路のインダクタンスとして定義され、それ自体の磁場の誘導フラックスは、1 A の電流強度で 1 Wb です。電磁誘導の法則からのインダクタンス (23.3) の定義を考慮します。 (23.2)、自己誘導のEMFを得る

自己誘導の現象により、電気回路の電流には特定の「慣性」があり、したがってエネルギーがあります。実際、回路に電流を発生させるには、自己誘導 EMF を克服するための作業を行う必要があります。電流と回路のエネルギーは、この仕事に等しいです。電流を伴う回路のエネルギーの式を覚えておく必要があります

どこでは回路のインダクタンス、はその中の電流です。

電磁誘導の現象は、技術で広く使用されています。これは、発電機や発電所での電流の生成に基づいています。電磁誘導の法則により、マイクロフォンでは機械的振動が電気的振動に変換されます。特に、電磁誘導の法則に基づいて、発振回路 (次の章を参照) と呼ばれる電気回路が動作し、無線送信または無線受信機器の基礎となります。

ここで、タスクについて考えてみましょう。

に記載されているもののうち タスク 23.1.1現象、電磁誘導の法則の結果は1つだけです-永久磁石がリングを通過したときのリング内の電流の出現（答え 3 ）。他のすべては、電流の磁気相互作用の結果です。

この章の冒頭で示したように、電磁誘導の現象がオルタネーターの動作の根底にあります ( タスク 23.1.2)、すなわち所定の周波数で交流電流を生成するデバイス (答え 2 ).

永久磁石によって生成される磁場の誘導は、永久磁石からの距離が長くなるにつれて減少します。したがって、磁石がリングに近づくと ( タスク 23.1.3）リングを通る磁石の磁場の誘導磁束が変化し、誘導電流がリングに現れます。明らかに、これは磁石が北極と南極の両方でリングに近づくときに起こります。しかし、これらの場合の誘導電流の方向は異なります。これは、磁石が異なる極を持つリングに近づくと、ある場合のリングの平面内の磁場が、他の場合の磁場と反対に向けられるという事実によるものです。したがって、外部磁場のこれらの変化を補償するには、誘導電流の磁場をこれらの場合に異なる方向に向ける必要があります。したがって、リング内の誘導電流の方向は反対になります (答えは 4 ).

リングに誘導EMFが発生するには、リングを通る磁束が変化する必要があります。そして、磁場の磁気誘導はそれまでの距離に依存するので、考えられるケースでは タスク 23.1.4その場合、リングを通る流れが変化し、誘導電流がリングに現れます（答えは 1 ).

1コマ回転時( タスク 23.1.5）磁気誘導の線（したがって、誘導ベクトル）とフレームの平面との間の角度は、常にゼロに等しくなります。その結果、フレーム1を通る磁束は変化せず（式（23.1）を参照）、誘導電流は発生しません。フレーム 2 では、誘導電流が発生します。図に示す位置では、フレームを通る磁束はゼロです。フレームが 4 分の 1 回転すると、次のようになります。フレームの。さらに 4 分の 1 回転すると、流量は再びゼロになります。したがって、フレーム2を通る磁気誘導の磁束は回転中に変化するため、誘導電流が発生します（答えは 2 ).

の タスク 23.1.6誘導電流はケース 2 でのみ発生します (答え 2 ）。実際、ケース 1 では、フレームは移動中に導体から同じ距離に留まり、その結果、フレームの平面内でこの導体によって生成される磁場は変化しません。フレームが導体から離れると、フレーム領域の導体フィールドの磁気誘導が変化し、フレームを通る磁束が変化し、誘導電流が発生します。

電磁誘導の法則は、このリングを通る磁束が変化する瞬間に、リング内の誘導電流が流れることを示しています。したがって、磁石がリングの近くで静止している間 ( タスク 23.1.7) リング内の誘導電流は流れません。したがって、この問題の正解は 2 .

電磁誘導の法則 (23.2) によれば、フレーム内の誘導 EMF は、フレームを通過する磁束の変化率によって決まります。そして、条件によって タスク 23.1.8フレームの領域での磁場の誘導は均一に変化し、その変化率は一定であり、誘導起電力の大きさは実験中に変化しません（答えは 3 ).

の タスク 23.1.9 2 番目のケースでフレームに発生する誘導起電力は、最初のケースで発生する誘導起電力の 4 倍です (答えは 4 ）。これは、フレーム領域が 4 倍に増加し、したがって、2 番目のケースではフレームを通過する磁束が原因です。

の タスク 23.1.10 2 番目のケースでは、磁束の変化率が 2 倍になります (磁場誘導は同じ量だけ変化しますが、時間は半分になります)。したがって、2 番目のケースでフレームに発生する電磁誘導の EMF は、最初のケースの 2 倍になります (答えは 1 ).

閉導体の電流が 2 倍になると ( タスク 23.2.1)、磁場の誘導の値は、方向を変えることなく、空間の各点で 2 回増加します。したがって、小さな領域を通過する磁束、したがって導体全体が正確に2回変化します（答えは 1 ）。しかし、導体のインダクタンスである、この導体の電流に対する導体を通る磁束の比率、変わらないまま ( タスク 23.2.2- 答え 3 ).

式 (23.3) を使用すると、 タスク 32.2.3 gn (答え 4 ).

磁束、磁気誘導、インダクタンスの測定単位の関係 ( タスク 23.2.4) インダクタンスの定義 (23.3) に従います。単位磁束 (Wb) は単位インダクタンス (H) あたりの単位電流 (A) の積に等しい - 答え 3 .

式（23.5）によると、コイルのインダクタンスが2倍に増加し、コイル内の電流が2倍に減少します（ タスク 23.2.5) コイルの磁場のエネルギーは 2 倍に減少します (答え 2 ).

フレームが均一な磁場内で回転すると、フレームの平面に対する垂線と磁場ベクトルとの間の角度の変化により、フレームを通る磁束が変化します。そして、最初と2番目のケースでは タスク 23.2.6この角度は同じ法則に従って変化し（条件により、フレームの回転周波数は同じです）、誘導のEMFは同じ法則に従って変化するため、振幅値の比率フレームワーク内の誘導の EMF は 1 に等しい (答え 2 ).

フレームの領域に電流が流れる導体によって生成される磁場 ( タスク 23.2.7）、「私たちから」送信されます（第22章の問題の解決策を参照）。フレーム領域のワイヤー磁場誘導の値は、ワイヤーから離れるにつれて減少します。したがって、フレーム内の誘導電流は、フレーム内に「私たちから離れて」向けられた磁場を作成する必要があります。ギムレットの法則を使用して磁気誘導の方向を見つけると、ループ内の誘導電流は時計回りになると結論付けます (答えは 1 ).

ワイヤーの電流が増加すると、それによって作成される磁場が増加し、誘導電流がフレームに現れます（ タスク 23.2.8）。その結果、ループ内の誘導電流と導体内の電流の相互作用が発生します。この相互作用 (引力または反発) の方向を見つけるには、誘導電流の方向を見つけてから、アンペールの公式を使用して、フレームとワイヤの間の相互作用の力を見つけることができます。ただし、レンツの法則を使用すると、別の方法で行うことができます。すべての誘導現象は、それらを引き起こす原因を補償するような方向を持っている必要があります. その理由はループ内の電流の増加であるため、誘導電流とワイヤの間の相互作用の力は、ループを通るワイヤフィールドの磁束を減少させる傾向があります。そして、ワイヤフィールドの磁気誘導は距離が長くなるにつれて減少するため、この力はフレームをワイヤから反発させます（答え 2 ）。ワイヤの電流が減少すると、フレームがワイヤに引き寄せられます。

タスク 23.2.9誘導現象の方向性とレンツの法則にも関連しています。磁石が導電リングに近づくと、その中に誘導電流が現れ、その方向はそれを引き起こした原因を補償するようなものになります. そして、この理由は磁石の接近なので、リングは反発します（答え 2 ）。磁石をリングから遠ざけると、同じ理由でリングが磁石に引き寄せられます。

タスク 23.2.10この章の唯一の計算問題です。誘導のEMFを見つけるには、回路を通る磁束の変化を見つける必要があります . このようにできます。ある時点でジャンパーが図に示す位置にあったとします。そして、短い時間間隔が経過します。この時間間隔中に、ジャンパーは値だけ移動します。これにより、輪郭領域が増加します金額で . したがって、回路を通る磁束の変化は等しくなり、誘導起電力の大きさは（答え 4 ).

このレッスンでは、私たちにとって新しい概念である磁束について学び、それがどのように特徴付けられるかを検討します。

磁場のパラメータが閉じた導体の近くで変化すると、そこに電流が発生することを思い出してください。この電流は誘導電流と呼ばれ、その現象は電磁誘導の現象です。

しかし、この効果を得るためには、磁場の具体的なパラメータとしてどのようなものが必要なのかという疑問が残ります。実験から始めましょう：

それを実行するには、巻き数の多いコイルとそれに接続された電流計が必要です。実験中は、電流計の針の動きに注意してください (図 1)。

米。 1. ファラデーの実験

ご覧のとおり、棒磁石を下げてコイルから取り外すと、誘導電流が発生します。

どのパラメーターの変更が観察された効果につながったかを分析してみましょう。磁石がコイルに近づいたり離れたりすると、磁場の強さが変化します。

したがって、コイル内の誘導電流の形成に影響を与える値は、磁場の強さです。

磁気誘導のような量で表されることを思い出してください。これはベクトルであり、T で示され、測定されます。

磁場に対して垂直に配置された閉じたワイヤーリングは、いくつかの側面から圧縮されて形状が変化します（図2）。

米。 2.体験用イラスト

この場合、変形プロセス中に誘導電流がリングに現れます。今回は何を変更しましたか？

これでリングの面積が変更されました。もちろん、リングの代わりに、閉じた導体を試すことができます。

回路は閉じた導体です（図3）。

米。 3.輪郭

米。 4.ジェネレーター

その主な要素は次のとおりです (図 4)。

その軸を中心に回転できるコイル。
コイルの周りに永久磁石。

コイルが磁場の中で回転すると、電球が光る（つまり、回路に誘導電流が現れる）ことがわかります。

この経験から、電磁誘導の現象は、コイルまたは導電フレームが磁場内で回転する場合にも現れると結論付けることができます (図 5)。変化します。

米。 5.体験用イラスト

誘導電流の大きさに影響を与える変化である 3 つのパラメータはすべて、磁束と呼ばれる物理量によって結合されます。

の -界磁誘導モジュール

S- 輪郭領域

磁力線に対するコンター平面の位置を特徴付けます。

磁束はウェーバー (Wb) で測定され、文字で表されます。 F.

したがって、磁束は、磁場の磁気誘導の係数、回路の面積に比例し、磁力線に対する回路面の位置に依存します。

磁束のパラメータを分析するタスク

不要な誘導電流の存在につながる可能性がある、さまざまな電気回路の要素内の磁束の変化について結論を出す方法を学ぶために、問題を検討してください。

スチールコアのワイヤコイルは、可変抵抗器およびキーと直列に DC 回路に接続されます (図 6)。

米。 6. 問題の説明

コイルの枝に電流が流れると、コイルの周囲に磁場が発生します（図7）。コイルのフィールドには同じコイルがあります。

米。 7. 問題の説明

コイルを貫く磁束をどのように変えることができますか? 考えられるすべてのオプションを検討してください。

どのパラメーターの変化が磁束の変化につながるかを思い出してみましょう。

コイルの磁場の誘導を変えることから始めましょう. これは、磁場を生成する電流の強さを変えることによって達成できます. 示されている回路の電流を 2 つの方法で変更できます。

1. レオスタットスライダーの移動

2. キーのオン/オフ

電流値の変化が最大からゼロまで最大になり、コイル内の磁束の最大の変化につながることに注意してください。

その変化が磁束の値に影響を与える次のパラメータは、回路の面積です。私たちの場合、コイルですが、コイルの断面積を変更することはできません。したがって、オプションはアウトです。

磁束を変更するための最後のオプションは、コイルの磁力線に対してコイルを回転させることです。変更の最大の結果を得るには、コイルを 90 回転させる必要があります (図 8)。

米。 8. 問題の図解

磁束によって何が記述されますか?

すでに述べたように、次のように異なります。

磁場の強さから
これらの磁力線が通過する輪郭の領域から
輪郭と磁力線の間の位置の角度から

したがって、磁束限られた輪郭を貫通する磁力線の数を特徴付けます。

これは簡単に確認できます。

1. 同じ等高線を横切る線の数を比較してみましょう。ただし、磁場の強さは異なります (図 9)。

より強いフィールドでは、アウトラインはより多くの線をカットします。

米。 9. 問題の説明

2. 同じ均一磁場内で異なる領域の等高線を貫通する線の数を比較すると、より大きな等高線を通過する線の数が明らかに多くなります (図 10)。

米。 10. 問題の図解

3.磁力線に対してある角度での磁場内の輪郭の回転と線に沿ったその位置を比較すると、最初のケースでは、輪郭の平面を通るそれらの数は最大になります。そして2つ目は、磁力線が輪郭に沿って滑り、まったく貫通しません（図11）。

これらの例では、回路を通るラインの数が多いほど、磁束が大きくなります。

その結果、誘導電流の大きさは磁気誘導の変化、回路の面積、および空間内での向きに依存するため、通常は磁束。

さらに、ファラデーの実験は、磁束の変化率が重要であることを示しました。これらの値を速く変更するほど、誘導電流の値が大きくなります。

したがって、電磁誘導の現象は磁束の変化率によって特徴付けられると主張することができます。

誘導電流の発生条件を決定するタスク

回路を通る磁束と電磁誘導の現象との関係を理解するために、次の問題を考えてみましょう。

小さなコイルが均一な磁場の中で前方に動かされます。コイルに誘導電流はありますか？答えを正当化します。

米。 12. 問題の説明

コイルの動きによって変化が生じるように見えるかもしれませんが、その結果、そのターンに誘導電流が発生します（図12）。

誘導電流が発生するための前提条件は、コイルの巻きを通る磁束の変化であることを思い出してください。これには、コイルの回路を通る磁気誘導の変化が必要です。条件によってフィールドが均一であるため、観察されないもの。

さらに、コイルの断面積を変更することも可能ですが、これも観察されていません。

最後の可能なオプションは、コイル面の回転角度を磁力線に変更することです。これも明らかに発生しません。これは、動きが並進的であるためです。つまり、コイルの回転は観察されません。

したがって、磁束はそれぞれ変化せず、コイルのターンにも誘導電流は形成されないと結論付けます。

水の流れによる磁束の比較

私たちが研究している磁束の新しい物理量の名前は偶然ではありません。事実、回路を通る磁束は、パイプに配置されたリングを通る水の流れと比較できます（図13）。 (1)

水の速度が速ければ速いほど、単位時間にリングを通過する回数が多くなります。 (2)

リングの面積が大きいほど、観測された時間内により多くの水がリングを通過します。 (3)

水流に対して横方向にリングを回転させると、最大量の水がリングの平面を流れます。 (4)

流れに対して鋭角に回転し始めると、水の流れはますます少なくなります。 (5)

米。 13. 水の流れによる磁束の比較

また、流出に沿って回転すると、水はリングをまったく通過せず、リングに沿って滑ります。 (6)

磁束についても同様の特性を考慮しました。

レッスンでは、電磁誘導現象を観察するために磁場と回路のどのパラメータを変更する必要があるかを説明しました。これを「磁束」という概念にまとめました。

参考文献

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