Физика > Индуцированная ЭДС и магнитный поток
Рассмотрите электродвижущую силу, магнитный поток и закон электромагнитной индукции Фарадея: изменение магнитного потока в магнитном поле, гальванометр.
Закон индукции Фарадея: электродвижущая сила индуцируется через изменение в магнитном потоке.
Задача обучения
- Разобраться в связи магнитного поля и электродвижущей силы.
Основные пункты
- Изменение потока магнитного поля вызывает ЭДС.
- Магнитный поток сквозь поверхность выступает составляющей магнитного поля.
- Общая формула магнитного потока: ΦB = ∬AB ⋅ dA. Это интеграл всего магнитного поля, проходящего сквозь небольшие участки dА.
Термины
- Гальванометр – аналоговый прибор измерения тока (G), который основывается на отклонении иглы, созданной силой магнитного поля.
- Область вектора – вектор, чья величина расположена в конкретной области, а направление выступает перпендикулярным поверхностной площади.
Индуцированная ЭДС
Гальванометр использовал Фарадей, чтобы продемонстрировать способность магнитных полей создавать токи. Если переключатель закрыт, то магнитное поле скапливается в катушке на верхушке железного кольца и транспортируется на нижнее кольцо. Гальванометр применяют для выявления тока, индуцированного в отдельной катушке на дне.
Аппарат Фарадея показывает умение магнитного поля создавать ток. Перемены из-за верхней катушки индуцируют ЭДС, а также и ток в нижней катушке. При открытии/закрытии переключателя гальванометр регистрирует противоположное направление токов. Если контакт выключен или открыт, то ток не проходит сквозь аппарат
В экспериментах ученый заметил, что при закрытом выключателе гальванометр находит ток, перемещающийся в одном направлении на дне катушки. А вот при открытом, ток меняет направление. Если же оставить выключатель в одном положении на долгое время (открытый или закрытый), то ток прекращает перемещаться. Перемена в магнитном поле формирует ток.
Главной также остается электродвижущая сила (ЭДС), которая к нему и приводит. Ток – результат ЭДС, созданной переменой магнитного поля. Причем на нее не влияет присутствие траектории прохождения тока.
Магнитный поток
Магнитный поток – составляющая магнитного поля. Выступает пропорциональным количеству линий поля, пронизывающих поверхность. Высчитывается по формуле:
ΦB = B ⋅ A = BAcosθ (В – величина магнитного поля, А – площадь поверхности, а θ – угол между линиями магнитного поля и перпендикуляром).
Давайте взглянем на магнитный поток для бесконечно малого элемента участка dA, где будем считать поле постоянным:
Все точки на поверхности обладают единым направлением – поверхностная нормаль. Магнитный поток сквозь точку выступает составляющей магнитного поля вдоль нормального направления
dΦB = B ⋅ dA
Теперь общую поверхность А можно разделить на бесконечно малые элементы, а полный магнитный поток выступит интегралом поверхности:
ΦB = ∬A B ⋅ dA.