Электричество и магнетизм неразрывно связаны, что привело к принятию терминаэлектромагнетизмдля описания сопутствующих явлений. Фактически, степень, в которой это правда, в значительной степени ускользнула от ученых до второй половины 1800-х годов, когда Джеймс Клерк Максвелл, опираясь на работы Уважаемые физики до него, создали свою знаменитую систему из четырех дифференциальных (математических) уравнений, связывающих воедино различные свойства магнитных полей и электрические поля.
Пониманиемагнитный поток, или силовые линии магнитного поля, проходящие через заданную геометрическую плоскость, называемуювекторная область, приводит к нескольким важным физическим явлениям, включаяэлектромагнитная индукция, или генерация электродвижущей силы (ЭДС).
Что такое магнитный поток?
Общий магнитный поток по сути является меройсколько силовых линий магнитного поля проходит через данную площадь поверхности A- то есть мера силы магнитного поля. Более формально это определяется как:
\ Phi_B = B \ cdot A = BA \ cos {\ theta}
где θ - угол между магнитным полем B иперпендикуляр к Aв определенном регионе.
- Магнитное поле B илиплотность магнитного потока на единицу площади, измеряется в теслах (Т) в единицах СИ, а A - это площадь, через которую проходит поле, в м2. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Wb), где Wb = T⋅m.2.
Если B не является однородным по поверхности A, определение исчисления таково, что Φ = ∫B⋅dA. Эта функция поверхностного интеграла означает, что значения потока через почти бесконечно малые участки A определяются независимо и суммируются для получения составного значения.
Какое значение имеет магнитный поток?
Закон Гаусса: Чистый магнитный поток через закрытую поверхность 0. Это второе из уравнений Максвелла, и оно согласуется с идеей об отсутствии магнитных монополей.
Независимо от того, насколько малый объем вы выберете, магнитное поле всегда можно описать как включающее диполь или крошечный невидимый стержневой магнит. Это контрастирует с электрическими полями, которые генерируются точечными зарядами (или массивами изолируемых точечных зарядов).
Закон электромагнетизма Фарадея:Индуцированныйэлектродвижущая сила(ЭДС) в катушке провода с N витками равна N, умноженному на изменение магнитного потока во времени:
ЭДС = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t}
Поток можно изменять во времени, изменяя B, изменяя площадь поперечного сечения A или изменяя угол между B и A, вращая катушку или источник поля.
- ЭДС имеет единицы измерения напряжения (разности потенциалов), а не силы. Это называется «силой», потому что напряжение - это то, что заставляет заряды двигаться, в первую очередь создавая ток.
Закон Ленца:Индуцированный электрический ток течет в направлении, противоположном вызвавшему его изменению. Например, у вас есть катушка с проводом, которая не подключена ни к какому источнику питания.
Представьте себе перемещение стержневого магнита по длине в середину катушки вдоль ее оси, как если бы стержень вставлялся прямо в середину длинной трубки, не касаясь ее сторон. Это увеличенное поле в катушке заставляет ток течь в таком направлении, что оно создает магнитное поле, противодействующее увеличению.
Если вы повторите эту процедуру после того, как поменяли местами концы южного и северного полюсов магнита, произведенное изменение будет равно по величине и противоположному направлению по сравнению с первым случаем, и ток будет течь в противоположном направлении, как результат.