Потік магнітної індукції (магнітний потік).
Елемент довільній поверхні можна уявити як вектор D S. чисельно рівний площі елемента поверхні D S і спрямований по нормалі до поверхні.
За визначенням потоком магнітної індукції через елемент поверхні D S називається скалярний твір вектора магнітної індукції B на вектор D S.
Користуючись наочної картиною силових ліній поля, можна сказати, що магнітний потік дорівнює числу силових ліній вектора магнітної індукції, що проходять під прямим кутом через майданчик D S.
Розмірність магнітного потоку: [Ф] = Тл / м 2 = Вб (вебер).
Величина магнітного потоку через якусь поверхню може змінюватися з часом з двох причин:
1. якщо змінюється величина магнітної індукції, тобто B = B (t);
2. якщо змінюється площа поверхні, через яку проходять силові лінії магнітного поля, тобто S = S (t).
Явище електромагнітної індукції полягає в тому, що будь-яка зміна магнітного потоку Ф. пронизливого замкнутий контур, викликає поява індукційного струму в контурі.
Закон Фарадея-Ленца стверджує, що
ЕРС індукції дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, взятої з протилежним знаком.
Згідно з правилом Ленца:
індукційний струм має такий напрям, щоб створюване їм магнітне поле перешкоджало зміни магнітного потоку.
Електронний механізм ЕРС індукції
На малюнку зображена рамка з рухомою стороною. Магнітне поле направлено від нас.
Тягнемо рухливу сторону зі швидкістю. На заряд + q діє сила Лоренца
переміщає заряд на відстань l і здійснює роботу.
Знайдемо e згідно із законом Фарадея:
Рухома сторона рамки "замітає" за час dt площу dS = lvdt. тоді
Результат той же, значить:
Електронний механізм виникнення ЕРС індукції - це робота компоненти сили Лоренца.
Вихровий електричне поле
Перейдемо в систему відліку, пов'язану з рухомою стороною рамки.
У цій системі відліку v = 0,. але магнітне поле рухається зі швидкістю.
Так як заряд q нерухомий і на нерухомий заряд q діє сила величиною. значить, ця сила діє з боку електричного ПОЛЯ напруженістю.
Джерелом цього електричного поля є не заряд, як в статичному випадку, а рухається магнітне поле. Таке електричне поле називають вихровим, т. К. Його лінії напруженості замкнуті. Робота вихрового поля по переміщенню заряду по замкнутому контуру не дорівнює нулю (в відрізни і від електростатичного поля).
Деякі експериментальні факти
Розглянемо деякі експериментальні факти:
- постійний магніт вставляють в котушку, замкнуту на гальванометр, або виймають з неї. При русі магніту в контурі виникає електричний струм
Аналогічний результат буде мати місце в разі переміщення електромагніту, за яким пропускають постійний струм, щодо первинної котушки або при зміні струму в нерухомій вторинній котушці.
- рамку, замкнуту на гальванометр, поміщають в однорідне магнітне поле і обертають. У рамці виникає електричний струм. Якщо ж рамка рухається поступально, не перетинаючи силових ліній, то струм в ній не виникає.
- рамка рухається в неоднорідному магнітному полі. Число ліній індукції, що перетинають рамку, змінюється. У рамці виникає електричний струм.
Струм, що виникає в контурі при зміні магнітного потоку, називають індукційним струмом.
Умовою існування електричного струму в замкнутому контурі є наявність електрорушійної сили, що підтримує різницю потенціалів. Отже, при зміні магнітного потоку, що пронизує замкнутий контур, в ньому виникає ЕРС, яку називають ЕРС індукції (e i).
Таким чином, я тичних електромагнітної індукції полягає в виникнення ЕРС в контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур.
Якщо контур замкнутий, то ЕРС індукції проявляється у виникненні електричного індукційного струму
I = e i / R. де R- опір контуру.
Якщо контур розімкнений, то на кінцях провідника виникає різниця потенціалів, що дорівнює e i.
Напрямок індукційного струму в контурі визначається правилом Ленца:
Індукційний струм спрямований так, щоб своїм магнітним полем протидіяти зміні магнітного потоку, яким він викликаний.
Напрямок індукційного струму визначається наступним чином:
- встановити напрям зовнішнього магнітного поля В.
- визначити збільшується або зменшується потік вектора магнітної індукції зовнішнього поля.
- за правилом Ленца вказати напрямок вектора магнітної індукції індукційного струму В i.
- за правилом правого гвинта визначити напрямок індукційного струму в контурі.
Самоіндукція є окремим випадком різноманітних проявів електромагнітної індукції.
Розглянемо контур, підключений до джерела струму (рис. 6). По контуру протікає електричний струм I. Цей струм створює в навколишньому просторі магнітне поле. В результаті контур пронизує власним магнітним потоком Ф. Очевидно, що власний магнітний потік пропорційний току в контурі, що створив магнітної поле:
Коефіцієнт пропорційності L називається індуктивністю контуру. Індуктивність залежить від розмірів, форми провідника, магнітних свій ств ср їжі. Одиниця виміру індуктивності в системі СІ - 1 Генрі (Гн).
Якщо струм в контурі змінюється, то змінюється і власний магнітний потік Фс. Зміна величини Фс призводить до виникнення в контурі ЕРС індукції. Дане явище називається самоіндукцією, а відповідне значення - ЕРС самоіндукції e IС.
Нехай дано контур зі струмом I. Магнітний потік Ф через контур пропорційний току I.
Можна записати зв'язок між потоком і струмом:
тут L - індуктивність контуру, [L] = Гн (генрі).
Якщо I ≠ const. I = I (t), то Ф = Ф (t), і виникає ЕРС індукції, по
якщо L = const. то
В результаті цього залежність поля у феромагнетику від змінного зовнішнього поля має вигляд петлі гістерезису, яку зображують в осях B-H.
Вектор називається вектором напруженості магнітного поля. Він носить допоміжний характер, силовий характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції. Зв'язок між векторами і записується в такий спосіб: