В чем измеряется магнитный поток в физике: Единица измерения магнитного потока, теория и онлайн калькуляторы

Физика Магнитный поток


Согнем проволоку в виде контура.  И поместим ее в однородное магнитное поле. Через контур будет проходить определенный магнитный поток. Принято говорить, что контур в магнитном поле пронизывается магнитным потоком. Обозначать эту новую физическую величину будем буквой Ф (эф).   Выясним, от каких параметров будет зависеть эта величина.  Можно провести аналогию между магнитным потоком и, например, потоком воды (рекой). Предположим, вы хотите с помощью сачка поймать рыбу, плывущую в реке. Очевидно, чем больше площадь сачка, тем большее количество рыбы в него попадет. Так и магнитный поток: чем больше площадь замкнутого контура, тем больше магнитный поток. То есть магнитный поток прямо пропорционален площади контура. Снова вернемся к реке. Чем сильнее течение, тем большее количество рыбы можно словить, используя один и тот же сачок.  Так же и в магнитном потоке. При усилении магнитного поля количество силовых линий возрастает, следовательно, возрастает и сам магнитный поток. Характеристикой магнитного поля является магнитная индукции. Если вектор магнитной индукции увеличился в эн раз, то во столько же раз стал больше и магнитный поток. Между величиной магнитного потока и величиной магнитной индукцией так же прямая зависимость. И снова вернемся к реке. Как вы думаете, будет ли зависеть наш улов от того, каким образом ориентирован сачок к движению рыбы в реке? Расположив сачок перпендикулярно потоку в реке, улов будет максимальным. А вот, поворачивая сачок под все большим углом, количество пойманной рыбы будет уменьшаться. И если расположить сачок параллельно движению рыбы, мы не сможем поймать ни одной. Аналогично, поворот контура в магнитном поле, приводит к изменению числа линий, пронизывающих замкнутый контур. И если контур параллелен линиям магнитной индукции, то магнитный поток равен нулю.  

Подведем итог. Магнитный поток Ф (эф), пронизывающий площадь контура, меняется при изменении модуля вектора магнитной индукции В (бэ), площади контура S (эс) и при вращении контура, то есть при изменении его ориентации по отношению к линиям магнитной индукции.

Поток магнитной индукции, теория и примеры

Определение и общие понятия потока магнитной индукции

Исходя из формулы (1), магнитный поток через произвольную поверхность S вычисляется (в общем случае), как:

   

Магнитный поток однородного магнитного поля сквозь плоскую поверхность можно найти как:

   

Для однородного поля, плоской поверхности, расположенной перпендикулярно вектору магнитной индукции магнитный поток равен:

   

Поток вектора магнитной индукции может быть отрицательным и положительным. Это связано с выбором положительного направления . Очень часто поток вектора магнитной индукции связывают с контуром, по которому течет ток. В этом случае положительное направление нормали к контуру связано с направлением течения тока правилом правого буравчика. Тогда, магнитный поток, который создается контуром с током, сквозь поверхность, ограниченную этим контуром является всегда большим нуля.

Единица измерения потока магнитной индукции в международной системе единиц (СИ) – это вебер (Вб). Формулу (4) можно использовать для определения единицы измерения магнитного потока. Одним вебером называют магнитный поток, который проходит сквозь плоскую поверхность площадь, которой 1 квадратный метр, размещенную перпендикулярно к силовым линиям однородного магнитного поля:

   

Теорема Гаусса для магнитного поля

Теорема гаусса для потока магнитного поля отображает факт отсутствия магнитных зарядов, из-за чего линии магнитной индукции всегда замкнуты или уходят в бесконечность, у них нет начала и конца.

Формулируется теорема Гаусса для магнитного потока следующим образом: Магнитный поток сквозь любую замкнутую поверхность (S) равен нулю. В математическом виде данная теорема записывается так:

   

Получается, что теоремы Гаусса для потоков вектора магнитной индукции () и напряженности электростатического поля (), сквозь замкнутую поверхность, отличаются принципиальным образом.

Примеры решения задач

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток)

Задание: Найдите силу, которая действует на рамку в предыдущем примере.

Решение:

Для того чтобы найти силу, которая действует на квадратную рамку с током в поле длинного провода положим, что под действием магнитной силы рамка сместилась на малое расстояние dx. В таком случае сила совершает работу равную:

\[\delta A=Fdx\ (2.1)\]

Элементарную работу $\delta A$ с другой стороны выразим как:

\[\delta A=I’dФ\ \left(2.2\right).\]

Выразим силу, используя (2.1) и (2.2), получим:

\[Fdx=I’dФ\ \to F=I’\frac{dФ}{dx}\left(2.3\right).\]

Используя формулу, полученную в примере 1:

\[dФ=-\frac{{\mu }_0}{2\pi }Il\frac{dх}{х}\ \to \frac{dФ}{dx}=-\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{Il}{х}\ \left(2.4\right).\]

Подставим $\frac{dФ}{dx}$ в выражении для модуля силы (2.3), получим:

\[F=I’\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{Il}{х}\left(2.5\right).\]

На каждый элемент контура квадратной рамки действует сила (сила Ампера), всего на рамку действует четыре составляющих силы, однако, очевидно, что силы, которые действуют на стороны AB и DC равны по модулю и противоположны по направлению:

\[\overrightarrow{F_{AB}}+\overrightarrow{F_{DC}}=0\ (2.6)\]

их сумма равна нулю, в таком случае, результирующая сила, приложенная к контуру будет:

\[\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_{AD}}+\overrightarrow{F_{BC}}\left(2.6\right).\]

Эти силы, в соответствии с правилом левой руки, направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны, то есть:

\[F=F_{AD}-F_{BC}\ \left(2.7\right).\]

Найдем силу $F_{AD,}$ используя формулу (2.5), где $x=b$, получим:

\[F_{AD}=I’\frac{м_0}{2\pi}\frac{Il}{b}\left(2.8\right).\]

Тогда $F_{BC}$ равна:

\[F_{BC}=I’\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{Il}{b+a}\left(2.9\right).\]

Искомая сила получается равной:

\[F=I’\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{Il}{b}-I’\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{Il}{b+a}={II}’\frac{{\mu }_0l}{2\pi }\left(\frac{1}{b}-\frac{1}{b+a}\right).\]

Ответ: $F={II}’\frac{{\mu }_0l}{2\pi }\left(\frac{1}{b}-\frac{1}{b+a}\right).\ $Магнитные силы выталкивают рамку стоком, пока она сохраняет первоначальную ориентацию относительно поля провода.

Вебер (единица магнитного потока) — это… Что такое Вебер (единица магнитного потока)?

Вебер (единица магнитного потока)
Вебер, единица магнитного потока, входит в Международную систему единиц. Названа по имени немецкого физика В. Вебера, русское обозначение вб, международное Wb. В. ‒ магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом проходит количество электричества 1 кулон. Иначе можно определить В. как магнитный поток, равномерное изменение которого до нуля за промежуток времени 1 сек вызывает в пронизываемом им замкнутом контуре эдс, равную 1 вольту. Следовательно, 1 вб = (1 ом).(1 к) или 1 вб = (1 в).(1 сек). 1 мкс (максвелл ‒ единица магнитного потока в системе СГС)= 10-8 вб. В Международной системе единиц (СИ) вебер определяется как магнитный поток, создаваемый однородным магнитным полем с индукцией 1 тесла через площадку в 1м2, нормальную к направлению поля: 1 вб = (1тл)'(1м2).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Вебб, Сидней и Беатриса
  • Вебер Альфред

Смотреть что такое «Вебер (единица магнитного потока)» в других словарях:

  • Вебер (единица магнитного потока) — Вебер (обозначение: Вб, Wb) единица измерения магнитного потока в системе СИ. По определению, изменение магнитного потока через замкнутый контур со скоростью один вебер в секунду наводит в этом контуре ЭДС, равную одному вольту (см. Закон… …   Википедия

  • ВЕБЕР (единица СИ) — ВЕБЕР, единица магнитного потока (см. МАГНИТНЫЙ ПОТОК) Ф и потокосцепления (см. ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕ) в системе СИ, названа в честь В. Вебера Обозначается Вб: 1 Вб=1 Тл.м2 1 Вб (вебер) магнитный поток, проходящий через плоскую поверхность площадью 1… …   Энциклопедический словарь

  • Максвелл (единица магн. потока) — Максвелл, единица магнитного потока в СГС системе единиц. Названа в честь английского физика Дж. К. Максвелла. Сокращённое обозначение: русское мкс, международное Мх. М. ≈ магнитный поток, проходящий при однородном магнитном поле с индукцией 1… …   Большая советская энциклопедия

  • Вебер (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Вебер. Вебер (обозначение: Вб, Wb) единица измерения магнитного потока в системе СИ. По определению, изменение магнитного потока через замкнутый контур со скоростью один вебер в секунду наводит в… …   Википедия

  • ВЕБЕР — единица магнитного потока в СИ, обозначается Вб …   Большая политехническая энциклопедия

  • ВЕБЕР

    — • ВЕБЕР (Weber) Вильгельм Эдуард (1804 91), немецкий физик, который в 1846 г. стандартизировал единицы измерения ЭЛЕКТРИЧЕСТВА, связав их с основными размерностями массы, длины, заряда и времени. Был первым физиком, который рассматривал… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ВЕБЕР — немецкие ученые, братья: 1) Эрнст Генрих (1795 1878), анатом и физиолог, иностранный член корреспондент Петербургской АН (1869 ). Один из основоположников экспериментальной психологии. Исследования физиологии органов чувств (слуха, зрения, кожных …   Большой Энциклопедический словарь

  • ВЕБЕР (немецкие ученые, братья) — ВЕБЕР, немецкие ученые, братья: 1) Эрнст Генрих (1795 1878), анатом и физиолог, иностранный член корреспондент Петербургской АН (1869 ). Один из основоположников экспериментальной психологии. Исследования физиологии органов чувств (слуха, зрения …   Энциклопедический словарь

  • Вебер

    — Единица магнитного потока в СИ …   Словарь мер

  • Вебер (Weber) — единица магнитного потока в системе СИ. 1 Вб равен магнитному потоку, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 Ом через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит количество электричества, равное 1 Кл.… …   Медицинские термины

Магнитное поле. Магнитный поток.Свойства магнитного поля.

Магнитное поле

Уже в VI в. до н.э. в Китае было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать железные предметы. Куски таких руд были найдены возле города Магнесии в Малой Азии, поэтому они получили название магнитов.

Посредством чего взаимодействуют магнит и железные предметы? Вспомним, почему притягиваютсянаэлектризованные тела? Потому что около электрического заряда образуется своеобразная форма материи -электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют 
магнитным полем
.

Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

Магнитное поле можно сделать «видимым» с помощью железных опилок.

Магнитное поле проводника с током

А теперь о том, что обнаружили Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Ампер в 1820 г. Оказывается, магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Любой провод, например, шнур от лампы, по которому протекает электрический ток, является магнитом! Провод с током взаимодействует с магнитом (попробуйте поднести к нему компас), два провода с током взаимодействуют друг с другом.

Силовые линии магнитного поля прямого тока — это окружности вокруг проводника.

Направление вектора магнитной индукции

Направление магнитного поля в данной точке можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенного в эту точку.

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

Определяется направление вектора индукции по правилу буравчика или правилу правой руки.

Вектор магнитной индукции

Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии r от него:

Индукция магнитного поля в центре тонкого кругового витка радиуса r:

Индукция магнитного поля соленоида (катушка, витки которой последовательно обходятся током в одном направлении):

Принцип суперпозиции

Если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности

Магнитный поток

 

Нормаль — перпендикуляр к плоскости контура.

Анализ формулы позволяет заключить, что магнитный поток изменится, если изменить угол наклона контура, площадь контура, интенсивность магнитного поля.

Контур — замкнутый провод. При изучении магнитного поля контур «усиливают», используя катушку.

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.

| Изменяющийся магнитный поток | Fiziku5

Рис. 5.1. Изменяющийся магнитный поток

1.  Запустите эксперимент, щёлкнув мышью по кнопке «Старт». Наблюдайте движение перемычки и изменение магнитного потока Ф (цифры внизу окна).

2.  Зацепив мышью, перемещайте движки регуляторов:

L – расстояния между проводами; R – сопротивления перемычки;

B1 – величины индукции магнитного поля.

Зафиксируйте значения, указанные в таблице 5.1 и под ней, для вашей бригады.

33

Таблица 5.1

Значения характеристик (не перерисовывать)

Бригады

R , Ом

B1 , мТл

B2 , мТл

B3 , мТл

1 и 5

1

1

40

90

2 и 6

2

2

20

80

3 и 7

1

1

10

70

4 и 8

2

2

-20

100

Для бригад 1–4 L = 1 м, для бригад 5–8 L = 0,7 м.

3. Установив указанное в таблице 5.2 значение скорости движе-ния перемычки, нажмите левую кнопку мыши, когда её маркер раз-мещён над кнопкой «Старт». Значения ЭДС и тока индукции занесите в таблицу 5.2. Повторите измерения для других значений скорости из таблицы 5.2.

Результаты измерений В = ____ мТл

Таблица 5.2

V , м/c

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ЭДС, В

I , мА

4. Повторите измерения для двух других значений индукции магнитного поля, выбирая их из таблицы 5.1. Полученные результаты запишите в таблицы 5.3 и 5.4.

Таблица 5.3

Результаты измерений В = ____ мТл

V , м/c

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ЭДС, В

I , мА

Результаты измерений В = ____ мТл

Таблица 5.4

V , м/c

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ЭДС, В

I , мА

Обработка данных и анализ результатов

1. Постройте на одном листе графики зависимости тока индук-ции от скорости движения перемычки при трёх значениях индукции магнитного поля.

34

2. Для каждой прямой определите тангенс угла наклона по фор-

муле: tg( )ЭКСП

I

.

V

3. Вычислите теоретическое значение тангенса для каждой пря-

мой по формуле: tg( )ТЕОР

BL .

R

4. Заполните таблицу 5.4 результатов измерений.

Результаты измерений

Таблица 5.4

Номер измерения

tg( )ЭКСП, Ac/м

tg( )ТЕОР, Ac/м

5. Сделайте выводы по графикам и результатам измерений.

Контрольные вопросы

1.  Что называется элементарным магнитным потоком?

2.  Что называется магнитным потоком?

3.  При каких условиях магнитный поток равен нулю?

4.  При каких условиях магнитный поток равен произведению индукции магнитного поля на площадь контура?

5.  Сформулируйте определение явления электромагнитной ин-дукции.

6.  Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

7.  Дайте определение циркуляции магнитного поля.

8.  Запишите закон электромагнитной индукции в расшифрован-ном виде.

9.  Какое поле является вихревым?

10.  Что такое ток Фуко?

11.  Чем отличается электрическое поле, созданное точечным за-рядом, от электрического поля, появляющегося при электро-магнитной индукции?

12.  Сформулируйте закон электромагнитной индукции для замк-нутого проводящего контура.

13.  При каких условиях возникает ЭДС самоиндукции?

14.  Сформулируйте определение явления самоиндукции.

35

15.  Сформулируйте словами закон самоиндукции.

16.  Назовите все способы создания переменного магнитного по-тока.

17.  Как изменяется со временем магнитный поток в данной рабо-те?

18.  Как выглядит поверхность, через которую формируется пе-ременный магнитный поток в данной работе?

19.  Какова зависимость магнитного потока от времени в данной работе?

20.  Как направлен вектор магнитной индукции в данной работе?

Лабораторная работа № 6 СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

Выберите «Электричество и магнетизм» и «Свободные колеба-ния в RLC-контуре». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изо-бражением страницы.

Цель работы:

знакомство с компьютерной моделью процесса свободных за-тухающих колебаний в электрическом колебательном контуре; экспериментальное исследование закономерностей свобод —

ных затухающих колебаний; экспериментальное определение величины индуктивности

контура.

Краткие сведения из теории

Колебательным контуром называется замкнутая цепь, содержа-щая катушку индуктивности с индуктивностью L и конденсатор ём-костью C . Если в цепи нет активного сопротивления R (резистора), то в контуре возможны гармонические (незатухающие) колебания то-ка I , заряда конденсатора q и напряжения на элементах.

Напряжение на конденсаторе Uc Cq .

ЭДС самоиндукции в катушке L dIdt . Напряжение на резисторе U R IR .

36

Определение тока I dq .

dt

Дифференциальное уравнение свободных незатухающих коле-

баний:

d 2q 02q 0 ,

1

dt 2

где

– собственная частота контура. Период Т 2 LC .

0

LC

Решение уравнения свободных незатухающих колебаний имеет

вид:

q(t) q

cos( t ) ,

где – начальная фаза.

0

0

Дифференциальное уравнение свободных затухающих колеба-

ний:

d 2q

dq

2

2

q 0 ,

dt2

dt

0

R

где

– коэффициент затухания.

2L

Решение уравнения свободных затухающих колебаний имеет

вид:

q(t) q et cos( t ) ,

0

где

2

2

– частота затухающих колебаний.

0

Период свободных затухающих колебаний:

T

2

.

2

2

0

Постоянная времени затухания в контуре 1 есть время, за

которое амплитуда колебаний уменьшается в e раз ( e 2,73). Логарифмическим декрементом затухания называется величина,

определяемая формулой ln

q(t)

T T .

q(t T )

Добротность контура равна Q

.

Методика и порядок измерений

Внимательно рассмотрите рисунок 6.1, найдите все регуляторы и другие основные элементы и зарисуйте их в конспект.

37

Рис. 6.1. Изменяющийся магнитный поток

Нажмите мышью кнопку «Выбор». Подведите маркер мыши к движку регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, меняйте величину ёмкости конденсатора С и установите числовое значение, равное взятому из таблицы 6.1, для вашей бригады. Аналогичным способом установите величину индук-тивности L в соответствии с таблицей 6.1.

Таблица 6.1

Значения ёмкости конденсатора и индуктивности катушки (не перерисовывать)

Бригада

1

2

3

4

5

6

7

8

C , мкФ

3

3

2,7

2,7

2,4

2,4

2

2

L , мГн

6

7

8

9

10

9

8

7

Установите сопротивления резистора R 1 Ом. Нажав кнопку «Старт», наблюдайте график зависимости заряда конденсатора от времени. Измерьте линейкой значения первых шести амплитуд коле-бания заряда A и запишите их в таблицу 6.2. Меняя сопротивление R , повторите измерения амплитуд и заполните таблицу 6.2.

38

Таблица 6.2

Результаты измерений при С = ___ мкФ, L = ___ мГн, Т = ___ мс

R , Ом

A1 , Кл

A2 , Кл

A3 , Кл

A4 , Кл

A5 , Кл

A6 , Кл

, мс

, с-1

1

2

3

4

5

6

t, мс

Обработка данных и анализ результатов

1.  Рассчитайте значения периода колебаний T и запишите в за-головке таблицы 6.2.

2.  Рассчитайте время t , при котором измерена соответствующая амплитуда колебания заряда A , и запишите в таблицу 6.2.

3.  Постройте на одном чертеже графики экспериментальных за —

висимостей амплитуды колебания заряда А от времени t (6 линий, соответствующих разным R ).

4.  Для каждого графика постройте касательную к нему в на-чальный момент времени. Продолжив касательную до пересе-чения с осью времени, определите экспериментальное значе-ние постоянной времени затухания и запишите в таблицу 6.2.

5. Рассчитайте величины коэффициента затухания 1 и также

внесите в таблицу 6.2.

6.  Постройте график зависимости коэффициента затухания от сопротивления резистора R .

7.  По графику f (R) определите индуктивность контура L ,

используя формулу L 1 R .

2

8. Запишите ответ и сформулируйте выводы по ответу и графи-кам.

Измерения магнитной индукции и идентификация проницаемости магнитореологических эластомеров с использованием моделирования методом конечных элементов

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.12.003Получить права и содержание подход к моделированию для определения проницаемости MRE.

Сравнение измерений магнитного потока с моделированием методом конечных элементов.

Установлена ​​проницаемость изотропных и анизотропных МРЗ с различным содержанием железа.

Результаты выгодно отличаются от теоретических предсказаний.

Простая экспериментальная установка.

Недорогой метод, который можно проводить в большинстве механических испытательных лабораторий.

Резюме

Изотропная и анизотропная магнитная проницаемость магнитореологических эластомеров (МРЭ) определяется с помощью простого метода обратного моделирования. Это включает в себя измерение плотности магнитного потока и силы притяжения, возникающей между магнитами, когда образцы MRE помещаются между магнитами.Испытания проводились с использованием изотропных МРЭ с 10–40 % и анизотропных МРЭ с 10–30 % объемной концентрацией частиц. Затем магнитные проницаемости были определены с помощью обратного моделирования путем моделирования системы с использованием коммерчески доступного мультифизического программного обеспечения для конечных элементов. Как и ожидалось, эффективная проницаемость изотропных МРЭ оказалась скалярной; увеличивается с увеличением объемной концентрации частиц (от примерно 1,6 при 10% до 3,7 при 30% объемной концентрации частиц).Сама магнитная проницаемость трансверсально-изотропных МРЭ оказалась трансверсально-изотропной, с проницаемостями в направлении выстраивания цепочек частиц от 1,6 на 10 % до 4,45 на 30 %, что до 1,07–1,25 раза выше, чем в поперечных направлениях. Показано, что результаты этого исследования хорошо согласуются с теми, о которых сообщается в литературе.

Ключевые слова

Ключевые слова

Магнитоологические эластомеры

Магнитная проницаемость

Композиты

Композиты

Gaussmeter Измерения

Конечные элементы Симуляции

COMSOL

Рекомендуемые статьи

Copyright © 2015 Авторы.Опубликовано Elsevier B.V.

Плотность магнитного потока: определение, формула, единицы измерения

Мы привыкли слышать об электрических полях и магнитных полях. Однако мы также слышим термин электромагнитное поле, который предполагает, что оба поля могут быть объединены. Действительно, электрические поля и магнитные поля не являются независимыми, а являются двумя сторонами одной медали, хотя во многих примерах и приложениях этой зависимостью можно пренебречь.

Хотя изучение законов Максвелла, описывающих полное поведение электромагнетизма, выходит за рамки этой статьи, мы кратко упомянем один аспект, т.е.e.:

Всякий раз, когда в нашей системе присутствует электрический ток, он генерирует магнитное поле. Электрический ток представляет собой коллективный эффект, достигаемый перемещением зарядов из одной точки в другую.

Плотность магнитного потока является мерой силы магнитного поля. Это векторное поле, указывающее направление магнитного поля, действующего на определенную область пространства. С этого момента будет полезно рассматривать электрические токи как основные объекты магнитных взаимодействий, подобно тому как электрические заряды являются основными объектами электрических взаимодействий.

Как создается плотность магнитного потока?

Рассмотрим бесконечно длинный прямой провод, по которому течет определенный электрический ток силой I .

Далее мы собираемся проанализировать две разные настройки, которые можно перепутать, поскольку провода, по которым течет электрический ток, могут создавать плотность магнитного потока и подвергаться воздействию электрических полей так же, как электрические заряды могут создавать электрическое поле. и подвергаться воздействию других электрических полей.

Генерация магнитной индукции проводом

Для нашего провода прямо формула создаваемой им магнитной индукции:

Здесь вектор B — плотность магнитного потока, радиальное расстояние от провода, вектор e a — вектор, закручивающийся вокруг провода, а μ 0 — проницаемость вакуума с приблизительным значением 1,26⋅10 -6 T M/A.A Тесла (T) — единица определяется как кг/с 2 А, где А — ампер.На изображении ниже показаны линии поля для провода.

Рисунок 1 . Магнитное поле B создается током I, протекающим по проводу. Источник: Stannered, Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

Мы определяем это поле для бесконечно длинного провода, поэтому имеет смысл рассматривать такие величины, как плотность магнитного потока, поскольку мы рассматриваем только величину по площади, а не целую величину, определенную на бесконечной области.

Экспериментальное определение плотности магнитного потока

Рассмотрим снова бесконечно длинный провод с током I .Однако на данный момент нас не интересует создаваемая им плотность магнитного потока. Вместо этого мы собираемся рассмотреть наличие плотности магнитного потока, создаваемого внешним источником. Нам требуется только, чтобы эта плотность магнитного потока была постоянной в пространстве с фиксированным значением B .

Поместив провод с током под влияние плотности магнитного потока, сила будет воздействовать на провод так же, как электрическое поле перемещает электрический заряд. Однако правила для этого более сложны.

Как правило, магнитные поля ведут себя «перпендикулярно» электрическим полям. Это можно увидеть на рис. 1, где магнитное поле совершенно перпендикулярно направлению тока. Эта общая особенность отражает то, как магнитные поля влияют на токи.

Чтобы определить направление, в котором плотность магнитного потока влияет на ток, нам нужно использовать правило правой руки, показанное на изображении ниже.

Рисунок 2 .Правило правой руки для токов и магнитных полей.Источник: Tokamac, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0).

По существу, чем более перпендикулярна плотность магнитного потока к току, тем эффективнее она будет воздействовать на провод. Направление прилагаемой силы перпендикулярно как полю, так и току. плотности потока находятся в одном направлении, ток вообще не пострадает.

Предположим, что плотность магнитного потока совершенно перпендикулярна току, формула для приложенной силы:

Здесь L — длина провода.Если мы рассмотрим провод конечной длины, формула имеет смысл, тогда как для бесконечно длинного провода она не имеет смысла. Вот почему мы определяем плотность магнитного потока как силу, действующую на единицу длины при токе в 1 ампер.

Рассмотрим провод, по которому течет ток 5·10 7 А. Если применить формулу для создаваемого поля, то получим следующую радиальную зависимость:

[Тл]

Это означает, что на 1 м поле будет иметь значение 1 Тл, а на расстоянии 2 м — 0.5 T.

Теперь представьте, что мы располагаем еще один провод параллельно предыдущему на расстоянии 10 метров. По этому проводу течет удвоенный ток, то есть 1⋅10 8 A. Первый провод имеет длину 2 метра, а второй 1 метр.

Сначала мы можем вычислить поле, создаваемое второй проволокой, которое, применяя формулу, равно:

Итак, если мы хотим рассчитать силу, действующую одной проволокой на другую, нам просто нужно использовать формулу для силы.В этом случае, поскольку провода параллельны, поля, создаваемые ими, должны быть перпендикулярны направлению тока. Применение формулы дает:

Основные выводы электрические заряды создают магнитные поля.

  • Плотность магнитного потока является мерой силы магнитного поля.

  • Токи (и провода, по которым они проходят) подвержены влиянию магнитных полей и магнитных сил.

  • Плотность магнитного потока — это векторное поле, которое действует не в направлении, на которое оно указывает, а скорее в направлении, перпендикулярном ему.

  • Линии магнитного поля — Электромагнетизм — WJEC — GCSE Physics (Single Science) Revision — WJEC

    Магниты создают магнитные поля. Эти магнитные поля нельзя увидеть. Они заполняют пространство вокруг магнита, где действуют магнитные силы и где они могут притягивать или отталкивать магнитные материалы.

    Обнаружение магнитных полей

    Хотя мы не можем видеть магнитные поля, мы можем обнаружить их с помощью железных опилок. Крошечные кусочки железа выстраиваются в линию в магнитном поле.

    Линии поля вокруг стержневого магнита

    Рисование диаграмм магнитного поля

    Было бы трудно вывести результаты эксперимента, показанного на фотографии, поэтому вместо этого мы рисуем простые линии магнитного поля.

    Обратите внимание на диаграмму:

    • линии поля отмечены стрелками
    • линии поля выходят из северного (северного) полюса и входят в южный (южный полюс)
    • силовые линии более сконцентрированы в полюса

    Магнитное поле сильнее всего на полюсах, где силовые линии наиболее сконцентрированы.

    Два стержневых магнита

    На этой диаграмме показана картина магнитного поля при использовании двух магнитов.

    Линии магнитного поля для полей с участием двух магнитов

    Обратите внимание на разные картины, наблюдаемые при использовании двух одинаковых полюсов и двух противоположных полюсов.

    Однородное магнитное поле

    Когда силовые линии магнитного поля находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, говорят, что магнитное поле однородно.

    Это показано на схеме ниже.

    Линии магнитного поля в однородном поле

    Следующая информация на этой странице предназначена только для учащихся старших курсов.

    Чтобы рассчитать силу магнитного поля на проводе, вы должны найти плотность магнитного потока. Измеряется в единице, называемой тесла. Линии нарисованы, чтобы показать направление на северный полюс магнита. Они называются линиями магнитного потока и показаны на схеме. Магнит на диаграмме B сильнее, чем магнит на диаграмме A. Чем больше линий, тем сильнее сила притяжения.

    Уравнение для расчета силы, действующей на провод, выглядит следующим образом: Сила (Н) = плотность магнитного потока (Тл) × ток (А) × длина (м) или, короче, F = B I L.

    Блог — Основы магнитных измерений

    Когда магниты и узлы поступают на ваше предприятие от производителей магнитов, инженеры по контролю качества проводят измерения, чтобы подтвердить работу магнитных характеристик устройства. Тестирование может включать несколько процедур, использующих результаты измерения магнитного поля, в том числе:

    • Сортировка узлов
    • Подтверждение характеристик магнитного поля в зависимости от приложенного тока
    • Отображение формы магнитного поля для компонента или сборки
    • Измерение краевых полей или остаточных полей
    • Диагностика вредного воздействия внешнего поля
    • Измерение рассеяния магнитного поля вокруг транспортного контейнера
    • Измерение воздействия магнитных полей на оператора, если применяются местные или федеральные нормы

    Надлежащее использование магнитных испытаний на протяжении всего производственного процесса поможет гарантировать, что конечный продукт или система в собранном виде будут работать должным образом.

    Магнитные единицы измерения

    Измерение магнитов требует базового понимания общепринятых единиц измерения и методов определения характеристик магнитных полей. Если вы не привыкли работать с магнитами, такие термины, как тесла , гаусс и эрстед , могут показаться совершенно чуждыми. Еще более запутанным является использование в отрасли более одного стандарта измерения — СГС и СИ. В то время как многие инженеры в США обычно используют cgs, система SI является предпочтительной для ученых и инженеров в мировом сообществе.До тех пор, пока не будет достигнуто четкое согласие относительно использования той или иной системы, техническим специалистам и инженерам будет полезно знать, как использовать обе.

    Некоторые магнитные единицы используются в промышленности из-за их удобства или соответствия конкретному применению. Несколько распространенных единиц СГС и СИ, а также преобразований, с которыми могут столкнуться инженеры по контролю качества, показаны на рисунке 1.

      Количество   сгс   СИ
      Флюс Ø максвелл (мкс)   Вебер (W)
      Плотность потока Б гаусс (G)   тесла (Т)
      Напряженность магнитного поля Х Эрстед (Э)   А/м
      Магнитный дипольный момент м Эму   Wm и Am 2
      Проницаемость µ
      Н/м
     
    1 вебер = 10 8  максвелл
      1 тесла = 10 000 гаусс  
      1 эрстед = 79.6 А/м  
      (Втсм) × (4π × 10 -5 ) = Am 2  
      1 миллигаусс = 0,1 микротесла = 100 нанотесла  
      1 миллитесла = 0,001 тесла = 10 гаусс  
      1 гамма = 0,01 мГс = 1 нанотесла  

    Рисунок 1. Единицы измерения магнетизма


    Для тех, кто плохо знаком с магнитными измерениями, полезно сначала рассмотреть магнитный поток, обычно обозначаемый как Ø.Основная составляющая потока, выраженная в терминах Макселла (Mx) или Вебера (W). Величина этого потока на единицу площади, или плотность потока, обозначается как B и выражается в единицах гаусса (G) или тесла (T). Это составляющая поля, измеряемая естественным образом датчиком Холла на основе тесламетра/гауссметра. Плотность потока (B) связана с напряженностью магнитного поля (H), которая измеряется естественным образом с помощью флюксметра.

    Хотя эти два типа приборов измеряют немного разные параметры магнитного поля, их можно преобразовать с помощью следующего соотношения:

    В = мкГн

    Это уравнение обеспечивает основу для дополнительного измерения напряженности магнитного поля (H) в воздухе (µ — известная константа) с помощью тесламетра на эффекте Холла.Проницаемость (µ) — это мера легкости, с которой магнитное поле течет в среде.

    Для измерения магнитных полей требуются специальные датчики и знания физики и электроники. Вы можете использовать различные инструменты, включая тесламетры, флюксметры и магнитометры, для измерения магнетизма.

    Независимо от того, какой инструмент вы используете, правильная техника важна для получения точных результатов. Узнайте, как предотвратить ошибки, загрузив технический документ «5 самых распространенных источников ошибок в магнитных измерениях».

     

    Эпизод 412: Сила, действующая на проводник в магнитном поле

    F_mag=BILsinθ

    Электричество и магнетизм

    Эпизод 412: Сила, действующая на проводник в магнитном поле

    Урок за 16-19

    • Время активности 70 минут
    • Уровень Передовой

    Напомнив своим ученикам, что магнитные поля можно обнаружить вблизи постоянных магнитов и при наличии электрического тока, следующим шагом будет показать, как можно количественно определить поле .Опять же, учащиеся должны знать, что проводник, по которому течет ток в магнитном поле, будет испытывать силу, и, вероятно, помнят, что правило левой руки Флеминга можно использовать для определения направления этой силы.

    Краткое содержание урока

    • Демонстрации: ведущий к F  =  B I L (15 минут)
    • Обсуждение: Факторы, влияющие на силу (15 минут)
    • Обсуждение: Формальные определения (20 минут)
    • Вопросы учащихся: B I L расчет силы (20 минут)
    Демонстрация: ведет к
    F  =  B I L

    Возможно несколько быстрых экспериментальных напоминаний.

    Эпизод 412-1: Силы на токах (Word, 79 КБ)

    Эпизод 412-2: Электромагнитная сила (Word, 53 КБ)

    Это приводит к следующему эксперименту, в котором может быть установлено отношение F  =  B I L .

    Эпизод 412-3: Сила на проводе с током (Word, 43 КБ)

    Обсуждение: Факторы, влияющие на силу

    Проведенные выше эксперименты приводят к выводу, что сила F на проводнике пропорциональна длине провода в поле, L , току I и напряженности поля, представленной потоком плотность B .(Есть также угловой фактор , но мы пока оставим это в стороне.)

    Комбинируя их, мы получаем F  =  B I L

    (Это может помочь учащимся называть эту силу B I L силой .)

    Студенты, вероятно, знают, что электрическое и гравитационное поля определяются как сила, действующая на единицу заряда или массы. Итак, для сравнения, B  =  F I L , и это дает возможность определить напряженность магнитного поля .Физики называют это B -плотностью магнитного поля или магнитного потока, которая имеет единицы N A -1 м -1 или тесла (Тл).

    Поле в 1 Тл является очень сильным полем. Поле между полюсами магнадурских магнитов, которые используются в вышеупомянутом эксперименте, составляет около 3 × 10 -2  Тл, в то время как магнитное поле Земли составляет примерно 1 × 10  -5  Тл.

    Если этого требует ваша спецификация, вам нужно будет преобразовать угловой коэффициент, наблюдаемый в эксперименте, в математическую формулу:

    F  =  B I L sin( θ ).

    Для математически склонных можно показать, что эффективная длина провода в поле (т. е. того, который находится под прямым углом) равна L sin( θ ). Если учащиеся найдут это трудным, то можно утверждать, что максимальная сила возникает, когда поле и ток находятся под прямым углом,

    θ = 90 °

    (sin(θ) = 1),

    и что это значение падает до нуля, когда поле и ток параллельны,

    θ = 0 °

    ( грех( θ ) = 0 )

    Обсуждение: формальные определения

    Некоторые спецификации требуют формального определения плотности магнитного потока и/или тесла.

    Напряженность магнитного поля или плотность магнитного потока B можно измерить силой на единицу тока на единицу длины, действующей на проводник с током, расположенный перпендикулярно линиям однородного магнитного поля.

    Единица плотности магнитного потока в СИ B — тесла (Тл), равный 1 N A -1 м -1 . Это плотность магнитного потока, если провод длиной 1 м, по которому течет ток 1 А, при силе 1 Н, действующей на него в направлении, перпендикулярном как потоку, так и току.

    Может потребоваться исследование силы между параллельными проводниками, ведущее к определению ампера. Студенты, возможно, уже видели эффект в ваших первоначальных экспериментах, но, возможно, это придется повторить здесь. Эффект можно объяснить, рассмотрев влияние поля, создаваемого одним проводником, на другой, а затем изменив аргумент.

    (Наиболее распространенный альтернативный подход опирается только на силовые линии и описывает эффект катапульты из областей, где силовые линии плотно упакованы, в области, где линии расположены более широко.)

    Сила между параллельными проводниками лежит в основе определения единицы силы тока — ампера. Формальное определение обычно не требуется, но учащиеся должны понимать, что в текущем балансе (таком, как был использован выше) измерение силы и длины может быть прослежено до основных единиц СИ (кг, м, с), оставляя ток как единственную . неизвестно .

    Некоторые студенты, вероятно, заинтересуются формальным определением:

    постоянный ток, который при подаче его в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины и незначительного поперечного сечения, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, создавал бы силу 2 × 10 -7 ньютонов на метр длины .

    Вопросы учащихся:
    B I L расчет силы

    Эпизод 412-4: Силы, действующие на токи в магнитных полях (Word, 35 КБ)

    Хотя здесь можно было бы обсудить электродвигатель, вероятно, лучше оставить это до тех пор, пока не будет рассмотрена электромагнитная индукция, чтобы можно было включить противо-ЭДС.

    Магнитный поток через площадь – Узнать – ScienceFlip

     

     

    Магнитный поток через площадь — обучение


    Эксперименты, проведенные Гансом Христианом Орстедом и Майклом Фарадеем в 19 веке, показали, что существует связь между электрическими и магнитными полями.Фарадей обнаружил, что переменное магнитное поле может производить электрический ток. Создание электрического тока в результате изменения магнитного поля известно как электромагнитная индукция .

    Ток, который наблюдал Фарадей, создавался так называемой ЭДС, ε. Термин ЭДС происходит от электродвижущей силы, но правильнее думать об ЭДС как о напряжении или разности потенциалов, а не о силе.


    Магнитный поток

    Чтобы понять, как изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток, важно сначала взглянуть на «величину магнитного поля».Величина магнитного поля известна как магнитного потока.

    Магнитный поток — это название, данное величине магнитного поля, проходящей через данную область. Он обозначен символом 𝜙 и измеряется в веберах (Вб).

    Сила магнитного поля, B, известна как плотность магнитного потока . Это количество магнитного потока, проходящего через единицу площади. Напомним, что напряженность магнитного поля B измеряется в теслах (Тл), а теперь также в веберах на квадратный метр (Wbm −2 ).

    Фарадей изобразил магнитное поле, состоящее из ряда силовых линий. Плотность этих силовых линий представляет собой плотность магнитного потока, а количество силовых линий, проходящих через любую конкретную область, представляет собой магнитный поток. Примечание: у нас может быть одинаковое количество магнитного потока через области разного размера. Например, небольшая область с большой плотностью магнитного потока может иметь такой же магнитный поток, что и большая область с малой плотностью магнитного потока.


    Расчет магнитного потока

    Уравнение, используемое для расчета магнитного потока, 𝜙:

    где:

    — магнитный поток (в Вб)

    — напряженность магнитного поля, параллельного вектору площади (в Тл)

    — вектор площади (в м 2 )

    — угол между магнитным полем и нормалью к вектору площади*

    *примечание: это определение важно.Многие студенты неправильно измеряют θ как угол между плоскостью вектора площади и силовыми линиями магнитного поля. (см. ниже)

    На приведенной ниже диаграмме показаны следующие ситуации:

    • θ = 0° (максимальный магнитный поток)
    • θ = 90° (минимальный магнитный поток)
    • θ = θ° (магнитный поток, )

    примечание: некоторые вопросы могут дать магнитное поле под углом к ​​плоскости площадки/катушки. Убедитесь, что вы можете определить правильный угол для использования в уравнении.На диаграмме ниже показано:

    • θ 1 = угол между магнитным полем и площадью/катушкой (неверно θ)
    • θ 2  = угол между магнитным полем и нормалью к площади/катушке (правильно θ)

    Пример 1:

    Квадратная катушка со стороной 10 см помещена в магнитное поле напряженностью 0,4 Тл. Рассчитайте магнитный поток, если:

    а) Катушка перпендикулярна полю

    б) Плоскость катушки расположена под углом 20° к полю

    Ответы:

    а) Если катушка перпендикулярна полю, нормаль к катушке должна быть параллельна полю, поэтому θ = 0°.Также площадь катушки A = 0,1 м × 0,1 м = 0,01 м 2

    используя:  

    б) Если плоскость катушки составляет 20° к полю, то угол между нормалью к катушке и полем должен быть = 70°

    используя:  

    Электромагнитная индукция — Физика, уровень A

    После изучения этого раздела вы должны уметь:

    • рассчитать потокосцепление через катушку с проволокой в ​​магнитном поле
    • объяснить, как возникает электромагнитная индукция из-за изменений в потокосцеплении 90 164
    • применить закон Фарадея и закон Ленца

    В этом разделе рассматриваются следующие темы

    Поток и потокосцепление

    Почти все, что мы делаем, кроме сна в темноте, зависит от электромагнитной индукции .Индукция используется для выработки электроэнергии на электростанциях и для преобразования ее напряжения при прохождении через систему распределения.

    Эффекты индукции объясняются с помощью концепции потока . Хотя существование потока уже давно дискредитировано, осознание его значения полезно для понимания законов индукции, изложенных Фарадеем и Ленцем.

    Flux представляет собой полезную модель для объяснения эффектов магнитных полей.

    Подобно гравитационным и электрическим полям, магнитные поля действуют на расстоянии.Картины магнитного поля используются для отображения сил, действующих вокруг магнита или электрического тока. Эти силы действуют без какой-либо физической связи между магнитом или током, который создает поле, и магнитным материалом или током, помещенным в поле. Во времена Фарадея и Ленца их приписывали действию потока.

    Текущая точка зрения состоит в том, что эти силы можно отнести к «обменным частицам».

    При рисовании моделей магнитного поля:

    • относительная напряженность в разных точках поля показана разделением линий поля
    • чем ближе линии друг к другу, тем сильнее поле
    • эти силовые линии представляют магнитный поток , который воображается заполняющим пространство вокруг магнита и ответственным за действие магнитного поля.

    Чтобы интегрировать модель потока с сегодняшним объяснением магнитных эффектов с точки зрения напряженности магнитного поля, это можно представить в терминах плотности потока, представленной концентрацией силовых линий магнитного поля. Плотность потока — это поток на единицу площади, поэтому теперь поток определяется с точки зрения напряженности магнитного поля и площади, которую пронизывает поле.

    КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Магнитный поток Φ, проходящий через площадь A, определяется как произведение напряженности магнитного поля и площади, перпендикулярной к полю.
    Φ = B × A
    Магнитный поток измеряется в веберах (Вб), где 1 Вб — поток через площадь 1 м 2 по нормали к однородному полю напряженностью 1 Тл.

    Это определение связывает эквивалентность современной концепции напряженности магнитного поля с более старой концепцией «плотности потока».

    На диаграмме показан поток через прямоугольную катушку в однородном магнитном поле.

    Когда катушка вращается, она «прорезает» поток или силовые линии и e.м.ф. индуцируется.

    Величина или величина ЭДС индукции. зависит от:

    • количество потока через катушку
    • скорость вращения
    • количество витков на катушке.

    Каждый виток катушки имеет потокосцепление, которое изменяется по мере вращения катушки. Потокосцепление катушки из N витков составляет , где Φ — поток через катушку.

    Движение катушки параллельно полю не вызывает э.m.f., так как никакие силовые линии не «перерезаются». ЭДС индукции имеет наибольшее значение, когда движение катушки перпендикулярно полю.

    Закон Фарадея

    Электромагнитная индукция возникает при изменении магнитного поля в проводнике. Это может быть связано с тем, что проводник движется через магнитное поле или проводник находится в фиксированном положении в изменяющемся магнитном поле, например, из-за переменного тока.Оба они приводят к ЭДС. индуцируется в проводнике.

    Примеры электромагнитной индукции включают:

    • перемещение магнита внутри проволочной катушки
    • генерация высокого напряжения, необходимого для ионизации пара в люминесцентной лампе и создания искры, необходимой для воспламенения взрывоопасной смеси в бензиновом двигателе
    • изменение напряжения переменного тока, с помощью трансформатора.

    На электростанции электричество вырабатывается электромагнитом, вращающимся внутри медных катушек.

    На приведенной ниже диаграмме показана разница в величине Э.Д.С. когда магнит движется с разной скоростью в катушке.

    Закон Фарадея связывает величину ЭДС индукции. к изменению потокосцепления.

    КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Закон Фарадея гласит, что: величина ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения потокосцепления. Поскольку константа пропорциональности равна 1, для равномерной скорости изменения потокосцепления это можно записать как:

    величина индуцированного e.м.ф. N = ΔΦ/Δt, где ΔΦ — изменение потока во времени Δt.

    Для создания высокого напряжения, необходимого для возникновения искры, поток должен быстро изменяться. Это происходит, когда ток в электромагните выключается.

    В каком направлении?

    Закон Фарадея можно использовать для определения величины ЭДС индукции. например, на концах крыльев самолета, летящего в магнитном поле Земли. В Британии поле Земли составляет угол 20° с вертикалью, см. следующую диаграмму.

    В отличие от стержневого магнита, магнитное поле Земли направлено с юга на север. Можно считать, что он имеет две составляющие: вертикальную и горизонтальную.

    Самолет, летящий в направлении север-юг, пересекает только вертикальную составляющую, а при полете с востока на запад дополнительно пересекает горизонтальную составляющую.

    ЭДС индукции возникает вследствие действия силы на свободные электроны в металле корпуса самолета.Когда самолет движется по воздуху, движение этих электронов образует ток в направлении, противоположном направлению полета. Правило левой руки Флеминга можно использовать для определения направления силы, действующей на электроны, и, следовательно, направления ЭДС индукции.

    На все заряженные частицы действует сила из-за их движения через магнитное поле, но эта сила слишком слаба, чтобы воздействовать на что-либо, кроме свободных электронов.

    В случае воздушного судна, летящего с севера на юг:

    • течение Юг-Север
    • «разрезанное» магнитное поле направлено вертикально вниз 90 164
    • сила на свободных электронах направлена ​​на восток.

    Это приводит к дисбалансу заряда и напряжению на законцовках крыльев. Направление э.д.с. индуцируется в самолете и когда магнит перемещается в катушку с проводом, можно вычислить, используя закон Ленца .

    КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Закон Ленца гласит, что: направление ЭДС индукции всегда находится в оппозиции к изменению, которое вызывает его.

    Если ЭДС индукции в самолете, заставляющем электроны течь с запада на восток, это будет создавать силу в северном направлении — противоположном движению самолета.Этого не происходит, потому что нет полной схемы.

    На приведенной ниже диаграмме показано, что когда северный полюс магнита перемещается в один конец катушки, ЭДС индукции вызывает индукционный ток в направлении против часовой стрелки. Когда ток проходит в катушке, магнитное поле похоже на магнитное поле стержневого магнита, северный полюс является концом, где ток проходит против часовой стрелки.

    Направление индуцированного тока меняется на противоположное путем изменения направления магнита или его движения.

    Если бы индуцированный ток был в противоположном направлении, он притянул бы магнит к катушке и вырабатывал бы электричество без затрат энергии.

    Закон Ленца является переформулировкой принципа сохранения энергии; индуцированный ток противодействует движению магнита, поэтому необходимо совершить работу, чтобы переместить магнит против индуцированного магнитного поля. Эта работа представляет собой передачу энергии в цепь, необходимую для возникновения тока.

    Объединение законов Фарадея и Ленца дает уравнение для индуцированного e.м.ф.:

    КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Где ε — ЭДС индукции. Знак минус показывает, что ЭДС индукции находится в оппозиции к изменению потока, вызывающего его.

    Трансформатор

    Трансформаторы используют изменяющиеся магнитные поля для изменения величины переменного напряжения. Переменный ток, протекающий в одной катушке (первичной), индуцирует ЭДС. в соседней катушке (вторичке).

    На приведенной ниже диаграмме показан поток, когда две катушки намотаны на железный сердечник.

    ЭДС индуцируется независимо от наличия вторичной цепи. Если есть полная цепь, есть также индуцированный ток.

    В трансформаторе:

    • переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле 90 164
    • это усилено высокопроницаемым железным сердечником
    • флюс концентрируется в чугуне
    • ЭДС индуцируется во вторичной обмотке из-за изменения потокосцепления.

    Железо легко намагничивается; его магнитные домены вносят вклад в силу магнитного поля.

    Из последнего пункта следует, что ЭДС индукции пропорциональна числу витков вторичной обмотки.

    КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Соотношение между напряжениями и числом витков для идеального трансформатора:

    Трансформатор, построенный из низкоомных катушек на пластинчатом железном сердечнике, близок к идеальному.

    0 comments on “В чем измеряется магнитный поток в физике: Единица измерения магнитного потока, теория и онлайн калькуляторы

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.