Магнитный поток

Магнитный поток

Понятие магнитного потока как раз и является характеристикой количества линий магнитного поля, пронизывающих контур. Для простоты мы ограничиваемся случаем однородного магнитного поля. Рассмотрим контур площади S, находящийся в магнитном поле с индукцией .

Пусть сначала магнитное поле перпендикулярно плоскости контура (рис. 1).

Рисунок 1. Φ = BS

В этом случае магнитный поток Φ определяется очень просто — как произведение индукции магнитного поля на площадь контура:

Теперь рассмотрим общий случай, когда вектор B~ образует угол α с нормалью к плоскости контура (рис. 2).

Рисунок 2. Φ = BS cos α

Мы видим, что теперь сквозь контур «протекает» лишь перпендикулярная составляющая ⊥ вектора магнитной индукции (а та составляющая, которая параллельна контуру, не «течёт» сквозь него). Поэтому, согласно формуле (1), имеем: Φ = B⊥S. Но B⊥ = B cos α, поэтому

Это и есть общее определение магнитного потока в случае однородного магнитного поля. Обратим внимание на следующие две ситуации.

• Если вектор перпендикулярен плоскости контура, то α = 0. Тогда cos α = 1, и мы снова приходим к формуле (1)

• Если вектор параллелен плоскости контура (то есть α = 90◦ ), то cos α = 0 и магнитный поток становится равным нулю (магнитное поле вообще не «течёт» сквозь контур).

А как определить магнитный поток, если поле не является однородным? Укажем лишь идею. Поверхность контура разбивается на очень большое число очень маленьких площадок, в пределах которых поле можно считать однородным. Для каждой площадки вычисляем свой маленький магнитный поток по формуле (2), а затем все эти магнитные потоки суммируем.

Eдиницей измерения магнитного потока является вебер (Вб). Как видим,

Почему же магнитный поток характеризует «количество линий» магнитного поля, пронизывающих контур? Очень просто. «Количество линий» определяется их густотой (а значит, величиной B — ведь чем больше индукция, тем гуще линии) и «эффективной» площадью, пронизываемой полем (а это есть не что иное, как S cos α). Но множители B и S cos α как раз и образуют магнитный поток!

Теперь мы можем дать более чёткое определение явления электромагнитной индукции, открытого Фарадеем.

ЭДС индукции

Каков механизм возникновения индукционного тока? Это мы обсудим позже. Пока ясно одно: при изменении магнитного потока, проходящего через контур, на свободные заряды в контуре действуют некоторые силы — сторонние силы, вызывающие движение зарядов.

Как мы знаем, работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вокруг контура называется электродвижущей силой (ЭДС): E = Aст/q. В нашем случае, когда меняется магнитный поток сквозь контур, соответствующая ЭДС называется ЭДС индукции и обозначается Ei.