Как можно изменить магнитный поток
Перейти к содержимому

Как можно изменить магнитный поток

  • автор:

Магнитный поток

Магнитный поток — величина, характеризующая число магнитных силовых линий поля, проходящих через замкнутый контур.

Майкл Фарадей опытным путем пришел к выводу, что при любом соприкосновении проводника и магнитных линий по проводнику проходит заряд \(\triangle Q\) . Этот заряд прямо пропорционален количеству \( \triangle Ф\) пересеченных линий и обратно пропорционален сопротивлению R контура. Пересечение линий вызывается или движением проводника, или изменением поля.
Позже, представляя замкнутый контур, в котором действует ЭДС индукции, Джеймс Клерк Максвелл подсчитывал количество силовых линий \(\triangle Ф\) , пересекаемых контуром за время \(\triangle t\) . Ф он при этом отождествлял с магнитным потоком сквозь всю поверхность.

В чем измеряется, обозначение и размерность

Единица измерения — вебер, сокращенно Вб. Он обозначается буквой Ф.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Размерность — выражение, демонстрирующее связь физической величины с другими величинами данной системы, разложение ее на сомножители из других величин.

Размерность магнитного потока — \(В \times с = кг \times м^ \times с^ \times А^.\)

От чего зависит величина основного магнитного потока

Его можно изменить следующими способами:

  • изменив площадь контура;
  • изменив угол его наклона;
  • изменив магнитное напряжение.

Чему равен магнитный поток, как найти

Магнитный поток в случае однородного магнитного поля равен произведению модуля индукции В этого поля, площади S плоской поверхности, через которую вычисляется поток, и косинуса угла \(\varphi\) между направлением индукции В и нормали к данной поверхности.

Нормаль — перпендикуляр к плоскости контура.

Также поток можно вычислить через индуктивность, которая пропорциональна отношению полного, или суммарного потока к силе тока.

Обозначение суммарного потока — буква \( \psi\) . Он равен сумме потоков, проходящих через всю поверхность. И в простом случае, где рассматриваются одинаковые потоки, проходящие через одинаковые витки катушки, и в случаях, когда поверхность имеет очень сложную форму, эта пропорциональность сохраняется.

Скорость изменения магнитного потока через контур

Закон электромагнитной индукции Фарадея в интегральном виде выглядит следующим образом:

\(\;\underset С<\oint\;>\;(\overrightarrow\times\;d\overrightarrow l) = — \frac\frac\int \underset S<\int\;>\;(\overrightarrow \times d\overrightarrow).\)

Интеграл в левой части уравнения — циркуляция вектора \(\overrightarrow\) по замкнутому контуру С, это отражает знак интеграла, записанный с кругом. В правой части — скорость изменения потока Ф, который вычисляется как интеграл по поверхности S, «натянутой» на С.

Интеграл — целое, определяемое как сумма его бесконечно малых частей.

Если считать изменение потока в замкнутом контуре равномерным, то закон Фарадея примет следующий вид:

Какой формулой определяется величина магнитного потока

Математически величину Ф описывают двумя формулами:

\(Ф\;=\;\sum_\;\;B\triangle S = B \times S \times \cos\varphi. \)

Связь магнитного потока и работы сил магнитного поля

Герман Гельмгольц первым связал закон Фарадея и закон сохранения энергии. Возьмем проводник с током I, находящийся внутри однородного магнитного поля, которое перпендикулярно плоскости контура, и перемещающийся в нем. Под влиянием силы Ампера F проводник перемещается на отрезок dx. Сила F производит работу dA = IdФ.

Работу источника тока можно измерить, сложив работу на джоулеву теплоту и работу по перемещению проводника внутри поля:

\(\epsilon Idt = I^Rdt + IdФ.\)

Магнитный поток зависит от чего и как его изменить?

Магнитный поток играет важную роль во многих физических процессах. От его величины и направления зависит работа электродвигателей, генераторов, трансформаторов и других устройств. Поэтому важно понимать, от чего зависит магнитный поток и как можно изменить его параметры.

Рассмотрим подробнее факторы, влияющие на величину и направление магнитного потока.

От чего зависят магнитные потоки

1. Магнитные свойства среды

Величина магнитного потока в первую очередь зависит от магнитных свойств среды, в которой этот поток протекает. Чем выше магнитная проницаемость среды, тем сильнее в ней проявляются магнитные свойства и тем больше величина магнитного потока.

Поэтому для усиления магнитного поля используют ферромагнитные материалы, такие как железо, кобальт, никель и их сплавы. Магнитная проницаемость ферромагнетиков на много порядков выше, чем у вакуума или воздуха. Это позволяет значительно концентрировать и усиливать магнитный поток внутри ферромагнитного сердечника.

2. Напряженность магнитного поля

Другим важным фактором, влияющим на величину магнитного потока, является напряженность магнитного поля. Чем сильнее поле, тем больше поток.

Напряженность поля зависит от силы тока в проводнике. Увеличивая силу тока, можно увеличивать напряженность магнитного поля и, соответственно, магнитный поток.

Также на напряженность влияет количество витков катушки. Чем больше витков, тем сильнее поле внутри катушки при одинаковом токе. Поэтому для получения мощных электромагнитов используют катушки с большим числом витков.

3. Площадь сечения магнитопровода

На величину магнитного потока влияет не только напряженность поля, но и площадь поперечного сечения магнитопровода. Чем больше площадь, тем больше поток при одинаковой напряженности.

Поэтому сердечники электромагнитов и трансформаторов делают с большим поперечным сечением, чтобы увеличить магнитный поток в них.

4. Направление тока в проводнике

Направление магнитного потока напрямую зависит от направления электрического тока в проводнике. Для определения направления потока используют правило буравчика.

Меняя направление тока в катушке, можно менять направление магнитного потока. Это используется в электродвигателях постоянного тока для изменения направления вращения ротора.

5. Расположение проводников с током

Направление потока также зависит от расположения проводников с током относительно друг друга. Например, вторичная обмотка трансформатора располагается перпендикулярно первичной, чтобы изменить направление потока.

Изменяя конфигурацию обмоток и их взаимное расположение, можно добиться нужного направления магнитного потока в устройстве.

Таким образом, магнитный поток зависит от чего многих факторов — магнитных свойств среды, напряженности магнитного поля, площади сечения магнитопровода, направления тока в проводниках. Зная эти факторы, можно управлять величиной и направлением магнитного потока, что важно для работы электротехнических устройств.

Магнитное поле

6. Влияние температуры на магнитный поток

Температура материала, по которому протекает магнитный поток, также оказывает влияние на его величину. При нагревании ферромагнитных материалов их магнитные свойства ухудшаются.

Это связано с тепловым движением атомов, которое нарушает упорядоченность магнитных моментов атомов. Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение и тем сильнее разрушается ферромагнетизм материала.

Поэтому при работе электротехнических устройств необходимо следить за температурным режимом. Перегрев может значительно ослабить магнитный поток в сердечниках и обмотках.

7. Влияние механических напряжений

На магнитные свойства ферромагнитных материалов также влияют механические напряжения и деформации. Растяжение или сжатие материала приводит к нарушению структуры и ослаблению магнитных связей между атомами.

Поэтому при изготовлении магнитопроводов стараются избегать остаточных механических напряжений. А в процессе эксплуатации следят, чтобы детали магнитной системы не подвергались деформации.

8. Защита от внешних магнитных полей

На работу электротехнических устройств могут влиять внешние магнитные поля. Например, на трансформаторные подстанции воздействуют магнитные бури и электромагнитные импульсы.

Для защиты от внешних полей применяют экранирование корпусов устройств ферромагнитными материалами. Экраны из металла направляют магнитный поток в обход защищаемого объекта.

Также используют активные системы компенсации, которые генерируют магнитное поле, нивелирующее внешнее воздействие. Это позволяет поддерживать требуемые параметры магнитного потока в устройстве.

Всё что нужно знать о магнитном потоке

Магнитным потоком называется одна из того множества физических концепций, что остаются вне поля зрения большинства обывателей и ассоциируются у них в лучшем случае либо с чем-то занудным и бесполезным, когда-то пройденным в школе, либо и вовсе с какой-нибудь псевдонаучной теорией. Тем не менее, данный термин напрямую связан с явлением, наделённым исключительной ролью в современной физике, технике и быту — электромагнитной индукцией, и не может рассматриваться отдельно от нее.

Характеристики МП

Характеристики МП

Краткая история открытия

Понятие под названием «магнитный поток» было сформулировано самым выдающимся учёным эпохи королевы Виктории — Майклом Фарадеем. Ещё до него датчанин Ганс Кристиан Эрстед открыл то, что электричество порождает магнитную силу, а французы Био и Савар вывели закономерности, действующие при этом. Фарадей же искал обратное решение, веря, что магнитные силы способны возбудить электрический ток.

Размышляя над этой проблемой, экспериментатор придумал и провел несколько опытов, на первый взгляд доступных даже школьнику, но в то время бывших прорывом. Он намотал две катушки, которые, как известно, способны генерировать магнитное поле. Запитав их, Фарадей ожидал, что при включении одной катушки в другой начнется соответствующее электрическое движение. Первые опыты, однако, успехом не увенчались.

Позже по случайности было замечено, что ток возникает лишь в моменты включения или выключения первой катушки. Фарадей понял, что появлению тока способствует изменение магнитного поля или, точнее говоря, изменение магнитного потока. Понятие «магнитный вектор или поток» исследователь ввел позже, пытаясь создать строгие формулировки для найденного им феномена.

Что называют магнитным потоком

Наглядно магнитный поток можно представить, как проекцию пучка или потока силовых линий магнитного поля — линий магнитной индукции В (совокупность этих линий ещё называют плотностью магнитного потока) на перпендикуляр, приложенный к определенной площади пространства. Чем отвеснее падает вектор B на плоскость, тем больше его проекция на перпендикуляр — магнитный поток, который обозначается буквой Ф.

Определение магнитного потока

Определение магнитного потока

Более строго магнитный поток Ф определяется именно как поток вектора магнитной индукции, проходящий через некую поверхность. Плотность магнитного потока вычисляется как интеграл, то есть, сумма потоков, бегущих через бесконечно малые площади на этой поверхности. Благодаря такому представлению достигается нужная точность вычислений.

Интегральная формула

Интегральная формула

Интегральное счисление используется чаще всего для сложных кривых форм. Если рассматриваемая площадь — это простая плоскость и магнитное влияние на нее одинаково во всех точках, тогда используется такая формула магнитного потока:

Вычисление потока

Вычисление потока

На основании данной формулы можно понять, от чего зависит магнитный поток. Это такие характеристики, как индукция, площадь и угол между линиями индукции и плоскостью. Чем больше площадь, угол и индукция магнитного поля, тем сильнее магнитный поток.

Расширенное определение магнитного потока

Расширенное определение магнитного потока

Нам известно, в чем измеряется магнитная индукция и площадь — это тесла и метр квадратный. Следовательно, единицей измерения магнитного потока в СИ является Тл·м 2 , получившая название вебер (Вб или Wb). 1 Вебер равен 1 В·с. Согласно определению, магнитный поток, который меняется на 1 Вебер в секунду, вызовет в проводнике электродвижущую силу, равную 1 Вольту. Если продолжить разложение единицы измерения, принятой для магнитного потока в СИ до основных, то 1 Вебер = 1 кг · м 2 · с -2 · А -1 .

В более старой системе СГС используется такая единица измерения, как максвелл, сокращенное обозначение которой Мкс: 1 Мкс равен 10 -8 Вб.

Зависимости, связанные с магнитным потоком

Магнитный поток фигурирует во многих выражениях. Прежде всего, с ним связано такое понятие, как электромагнитная индукция.

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции

Величину ЭДС электромагнитного поля можно найти с помощью довольно простой формулы:

Формула ЭДС

Формула ЭДС

Как видим, ЭДС равна отношению изменения магнитного потока dФ к промежутку времени dt, в течение которого оно совершается. Это один из ключевых законов электродинамики и физики в целом.

Вторая формула менее популярна, однако приложение теории Гаусса к магнетизму довольно просто говорит о любопытном факте:

Формула для замкнутой поверхности

Формула для замкнутой поверхности

Формулировка, в которой указано, что магнитный поток через любую замкнутую поверхность равен нулю, на первый взгляд непонятна. Но что такое замкнутая поверхность? Это любая гипотетическая сфера, коробка и другое вместилище. Значит, внутри него не может находиться никакого точечного источника магнитного поля, от которого бы расходились незамкнутые линии, пронзающие эту поверхность. Только магнитный вихрь жизнеспособен. Это противопоставляет магнитные явления электрическим, где всегда можно найти точечный положительный и отрицательный заряды, распространяющие в пространство свои линии напряжённости. Это объясняет, почему никогда нельзя получить один полюс магнита — их всегда два, на сколько кусков не разломай его. Магнитный поток всегда замыкается на двух полюсах.

На практике возникают ситуации, когда линии магнитной индукции проходят через поверхность, ограниченную не одним контуром, а несколькими. Например, это могут быть витки соленоида. Они имеют одинаковую площадь и расположены параллельно друг другу. Поэтому магнитный поток соленоида или катушки индуктивности вычисляется по формуле:

Расчет потока для катушки

Расчет потока для катушки

Магнитный поток, проходящий через какую-либо поверхность, ограниченную контуром, можно изменить несколькими способами.

Способы позволяющие изменить величину магнитного потока

Способы позволяющие изменить величину магнитного потока

Применение в быту

Трудно переоценить значение магнитного потока. Именно явление электромагнитной индукции тока позволяет получать удобную, эффективную форму энергии, без которой человечество не приобрело бы нынешнего облика — электроэнергию. Изменение магнитного потока из-за вращения ротора генераторов самых разнообразных станций, работающих на химическом или ядерном топливе, силе текущей воды и ветра, позволяет генерировать переменный ток, легко передающийся по проводам на любое расстояние.

Каким образом можно изменить магнитный поток через контур?

Какие есть способы изменения магнитного потока через контур?

Слышал, что есть 3 метода — какие?

комментировать
в избранное бонус
Помощ­ ни к [57.3K]
6 лет назад

Чтобы понять как можно изменить магнитный поток через колебательный контур, нужно вспомнить какая между ними связь.

Для этого просмотрите два этих схематических рисунка:

как изменить магнитный поток через контур

изменение магнитного потока через контур зависимость

Как видите, есть уже как минимум 2 фактора, благодаря которым можно повлиять на магнитный поток через контур.

В сумме есть 3 способа как изменить эту физическую величину:

  • поменять ориентацию контура (рис. 1);
  • поменять интенсивность магнитного поля;
  • изменить площадь колебательного контура.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *