Магнитный поток сообщение. Поток магнитной индукции
Используя силовые линии, можно не только показывать направление магнитного поля, но также характеризовать величину его индукции.
Условились проводить силовые линии таким образом, чтобы через 1 см² площадки, перпендикулярно вектору индукции в определенной точке, проходило число линий, равное индукции поля в этой точке.
В том месте, где индукция поля будет больше, силовые линии будут гуще. И, наоборот, там, где индукция поля меньше, реже и силовые линии.
Магнитное поле с одинаковой индукцией во всех точках называется однородным полем. Графически магнитное однородное поле изображается силовыми линиями, представляющими собой равно отстоящие друг от друга
Примером однородного поля является поле, находящееся внутри длинного соленоида, а также поле между близко расположенными друг к другу параллельными плоскими полюсными наконечниками электромагнита.
Произведение индукции магнитного поля, пронизывающего данный контур, на площадь контура называется магнитным потоком магнитной индукции либо же просто магнитный поток.
Определение ему дал и изучил его свойства английский ученый-физик – Фарадей. Он открыл, что это понятие позволяет глубже рассмотреть единую природу магнитных и электрических явлений.
Обозначая магнитный поток буквой Ф, площадь контура S и угол между направленностью вектора индукции В и нормалью n к площади контура α, можно написать следующее равенство:
Ф = В S cos α.
Магнитный поток – это скалярная величина.
Так как густота силовых линий произвольного магнитного поля равняется его индукции, то магнитный поток равен всему числу силовых линий, которые пронизывают данный контур.
С изменением поля меняется и магнитный поток, который пронизывает контур: при усилении поля он возрастает, при ослаблении – уменьшается.
За единицу магнитного потока в принимается поток, который пронизывает площадку в 1 м², находящуюся в магнитном однородном поле, с индукцией 1 Вб/м², и расположенную перпендикулярно вектору индукции. Такая единица называется вебером:
1 Вб = 1 Вб/м² ˖ 1 м².
Переменяющийся магнитный поток порождает электрическое поле, имеющее замкнутые силовые линии (вихревое электрическое поле). Такое поле проявляется в проводнике как действие посторонних сил. Данное явление называют электромагнитной индукцией, а электродвижущую силу, возникающую при этом — ЭДС индукции.
Кроме того, следует отметить, что магнитный поток дает возможность характеризовать в целом весь магнит (или же любые другие источники магнитного поля). Следовательно, если дает возможность характеризовать его действие в любой отдельно взятой точке, то магнитный поток – целиком. Т.е., можно сказать о том, что это вторая важнейшая А значит, если магнитная индукция выступает в роли силовой характеристики магнитного поля, то магнитный поток – является его энергетической характеристикой.
Вернувшись к опытам, можно сказать также о том, что всякий виток катушки можно вообразить как отдельно взятый замкнутый виток. Тот же контур, сквозь который и будет проходить магнитный поток вектора магнитной индукции.
В таком случае будет отмечаться индукционный электрический ток. Таким образом, именно под воздействием магнитного потока формируется электрополе в замкнутом проводнике. А затем уже это электрическое поле формирует электрический ток.
То линии индукции магнитного поля будут проходить через этот контур. Линия магнитной индукции это магнитная индукция в каждой точке этой линии. То есть, мы можем говорить о том, что линии магнитной индукции это поток вектора индукции по пространству, ограниченному и описываемому этими линиями. Можно сказать короче магнитный поток.
В общих чертах с понятием «магнитный поток» знакомятся в девятом классе. Более детальное рассмотрение с выводом формул и пр., относится к курсу физики старших классов. Итак, магнитный поток это определенное количество индукции магнитного поля в какой-либо области пространства.
Направление и количество магнитного потока
Магнитный поток имеет направление и количественное значение. В нашем случае контура с током, говорят, что этот контур пронизывает определенный магнитный поток.
При этом понятно, что чем больше по размеру будет контур, тем больший магнитный поток пройдет сквозь него.
То есть, магнитный поток зависит от площади пространства, через которую он проходит. Если мы имеем неподвижную рамку определенного размера, пронизываемую постоянным магнитным полем, то магнитный поток, проходящий через эту рамку, будет постоянным.
Если же мы увеличим силу магнитного поля, то соответственно увеличится магнитная индукция. Величина магнитного потока также возрастет, причем пропорционально возросшей величине индукции. То есть, магнитный поток зависит от величины индукции магнитного поля и площади пронизываемой поверхности.
Магнитный поток и рамка – рассмотрим пример
Рассмотрим вариант, когда наша рамка расположена перпендикулярно магнитному потоку. Площадь, ограничиваемая этой рамкой, будет максимальна по отношению к проходящему через нее магнитному потоку. Следовательно, величина потока будет максимальной для данной величины индукции магнитного поля.
Если же мы начнем вращать рамку относительно направления магнитного потока, то площадь, через которую может проходить магнитный поток, будет уменьшаться, следовательно, будет уменьшаться величина магнитного потока через эту рамку. Причем, она будет уменьшаться вплоть до нуля, когда рамка станет расположена параллельно линиям магнитной индукции.
Магнитный поток будет как бы скользить мимо рамки, он не будет ее пронизывать. В таком случае и действие магнитного поля на рамку с током будет равно нулю. Таким образом, мы можем вывести следующую зависимость:
Магнитный поток, пронизывающий площадь контура, меняется при изменении модуля вектора магнитной индукции B, площади контура S и при вращении контура, то есть при изменении его ориентации к линиям индукции магнитного поля.
Среди физических величин важное место занимает магнитный поток. В этой статье рассказывается о том, что это такое, и как определить его величину.
Что такое магнитный поток
Это величина, определяющая уровень магнитного поля, проходящего через поверхность.
Обозначается «ФФ» и зависит от силы поля и угла прохождения поля через эту поверхность.
Рассчитывается она по формуле:
ФФ=B⋅S⋅cosα, где:
- ФФ – магнитный поток;
- В – величина магнитной индукции;
- S – площадь поверхности, через которую проходит это поле;
- cosα – косинус угла между перпендикуляром к поверхности и потоком.
Единицей измерения в системе СИ является «вебер» (Вб). 1 вебер создаётся полем величиной 1 Тл, проходящим перпендикулярно поверхности площадью 1 м².
Таким образом, поток максимален при совпадении его направления с вертикалью и равен «0», если он параллелен с поверхностью.
Интересно. Формула магнитного потока аналогична формуле, по которой рассчитывается освещённость.
Постоянные магниты
Одним из источников поля являются постоянные магниты. Они известны много веков. Из намагниченного железа изготавливалась стрелка компаса, а в Древней Греции существовала легенда об острове, притягивающем к себе металлические части кораблей.
Постоянные магниты есть различной формы и изготавливаются из разных материалов:
- железные – самые дешёвые, но обладают меньшей притягивающей силой;
- неодимовые – из сплава неодима, железа и бора;
- альнико – сплав железа, алюминия, никеля и кобальта.
Все магниты являются двухполюсными. Это заметнее всего в стержневых и подковообразных устройствах.
Если стержень подвесить за середину или положить на плавающий кусочек дерева или пенопласта, то он развернётся по направлению «север-юг». Полюс, показывающий на север, называют северным и на лабораторных приборах красят в синий цвет и обозначают «N». Противоположный, показывающий на юг, – красный и обозначен » S». Одноимёнными полюсами магниты притягиваются, а противоположными – отталкиваются.
В 1851 году Майкл Фарадей предложил понятие о замкнутых линиях индукции. Эти линии выходят из северного полюса магнита, проходят по окружающему пространству, входят в южный и внутри устройства возвращаются к северному.
Если на устройство положить кусок стекла, а сверху тонким слоем насыпать железные опилки, то они расположатся вдоль линий магнитного поля. При расположении рядом нескольких приборов опилки покажут взаимодействие между ними: притяжение или отталкивание.
Магнитное поле Земли
Нашу планету можно представить в виде магнита, ось которого наклонена на 12 градусов. Пересечения этой оси с поверхностью называют магнитными полюсами. Как и у любого магнита, силовые линии Земли идут от северного полюса к южному. Возле полюсов они проходят перпендикулярно поверхности, поэтому там стрелка компаса ненадёжна, и приходится использовать другие способы.
Частицы «солнечного ветра» имеют электрический заряд, поэтому при движении вокруг них появляется магнитное поле, взаимодействующее с полем Земли и направляющее эти частицы вдоль силовых линий. Тем самым это поле защищает земную поверхность от космической радиации.
Однако возле полюсов эти линии направлены перпендикулярно поверхности, и заряженные частицы попадают в атмосферу, вызывая северное сияние.
В 1820 году Ганс Эрстед, проводя эксперименты, увидел воздействие проводника, по которому протекает электрический ток, на стрелку компаса. Через несколько дней Андре-Мари Ампер обнаружил взаимное притяжение двух проводов, по которым протекал ток одного направления.
Интересно. Во время электросварочных работ рядом расположенные кабеля двигаются при изменении силы тока.
Позже Ампер предположил, что это связано с магнитной индукцией тока, протекающего по проводам.
В катушке, намотанной изолированным проводом, по которому протекает электрический ток, поля отдельных проводников усиливают друг друга. Для увеличения силы притяжения катушку наматывают на незамкнутом стальном сердечнике. Этот сердечник намагничивается и притягивает железные детали или вторую половину сердечника в реле и контакторах.
Электромагнитная индукция
При изменении магнитного потока в проводе наводится электрический ток.
Этот факт не зависит от того, какими причинами было вызвано это изменение: перемещением постоянного магнита, движением провода или изменением силы тока в рядом расположенном проводнике.
Это явление было открыто Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Его эксперименты показали, что ЭДС (электродвижущая сила), появляющаяся в контуре, ограниченном проводниками, прямопропорциональна скорости изменения потока, проходящего через площадь этого контура.
Важно! Для возникновения ЭДС провод должен пересекать силовые линии. При движении вдоль линий ЭДС отсутствует.
Если катушка, в которой возникает ЭДС, включена в электрическую цепь, то в обмотке возникает ток, создающий в катушке индуктивности своё электромагнитное поле.
При движении проводника в магнитном поле в нём наводится ЭДС. Её направленность зависит от направления движения провода. Метод, при помощи которого определяется направление магнитной индукции, называется «метод правой руки».
Расчёт величины магнитного поля важен для проектирования электрических машин и трансформаторов.
Видео
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов согласно представлениям теории поля объясняется следующим образом: всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле, способное действовать на другие движущиеся электрические заряды.
В – физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. Она называется магнитной индукцией (или индукцией магнитного поля).
Магнитная индукция – векторная величина. Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине:
Единица магнитной индукции . В Международной системе единиц за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (сокращенно: Тл), в честь выдающегося югославского физика Н.
Тесла:
СИЛА ЛОРЕНЦА
Движение проводника с током в магнитном поле показывает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. На проводник действует сила Ампера F А = IBlsin a , а сила Лоренца действует на движущийся заряд:
где a – угол между векторами B и v .
Движение заряженных частиц в магнитном поле. В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила м, постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости.Под действием магнитной силы частица приобретает ускорение, модуль которого равен:
В однородном магнитном поле эта частица движется по окружности. Радиус кривизны траектории, по которой движется частица, определяется из условияоткуда следует,
Радиус кривизны траектории является величиной постоянной, поскольку сила, перпендикулярная вектору скорости, меняется только ее направление, но не модуль. А это и означает, что данная траектория является окружностью.
Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен:
Последнее выражение показывает, что период обращения частицы в однородном магнитном поле не зависит от скорости и радиуса траектории ее движения.
Если напряженность электрического поля равна нулю, то сила Лоренца л равна магнитной силе м:
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Явление электромагнитной индукции открыл Фарадей, который установил, что в замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток при любом изменении магнитного поля, пронизывающего контур.
МАГНИТНЫЙ ПОТОК
Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S – величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла а между вектором и нормалью к поверхности:
Ф=BScos
В СИ единица магнитного потока 1 Вебер (Вб) – магнитный поток через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно направлению однородного магнитного поля, индукция которого равна 1 Тл:
Электромагнитная индукция -явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур.
Возникающий в замкнутом контуре, индукционный ток имеет такое направление, что своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван (правило Ленца).
ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящем контуре прямо пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
Поэтому сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:
Известно, что если в цепи появился ток, это значит, что на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного заряда вдоль замкнутого контура называется электродвижущей силой (ЭДС). Найдем ЭДС индукции ε i .
По закону Ома для замкнутой цепи
Так как R не зависит от , то
ЭДС индукции совпадает по направлению с индукционным током, а этот ток в соответствии с правилом Ленца направлен так, что созданный им магнитный поток противодействует изменению внешнего магнитного потока.
Закон электромагнитной индукции
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна взятой с противоположным знаком скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур:
САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТЬ
Опыт показывает, что магнитный поток Ф , связанный с контуром, прямо пропорционален силе тока в этом контуре:
Ф = L*I .
Индуктивность контура L – коэффициент пропорциональности между проходящим по контуру током и созданным им магнитным потоком.
Индуктивность проводника зависит от его формы, размеров и свойств окружающей среды.
Самоиндукция – явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении магнитного потока, вызванном изменением тока, проходящего через сам контур.
Самоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.
Индуктивность – величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на единицу за единицу времени.
В СИ за единицу индуктивности принимают индуктивность такого проводника, в котором при изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В.
Эта единица называется генри (Гн):
ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Явление самоиндукции аналогично явлению инерции. Индуктивность при изменении тока играет ту же роль, что и масса при изменении скорости тела. Аналогом скорости является сила тока.
Значит энергию магнитного поля тока можно считать величиной, подобной кинетической энергии тела :
Предположим, что после отключения катушки от источника,ток в цепи убывает со временем по линейному закону.
ЭДС самоиндукции имеет в этом случае постоянное значение:
где I – начальное значение тока, t – промежуток времени, за который сила тока убывает от I до 0.
За время t в цепи проходит электрический заряд q = I cp t . Так как I cp = (I + 0)/2 = I/2 , то q=It/2 . Поэтому работа электрического тока:
Эта работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки. Таким образом, снова получаем:
Пример. Определите энергию магнитного поля катушки, в которой при токе 7,5 А магнитный поток равен 2,3*10 -3 Вб.
Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшиться вдвое?
Энергия магнитного поля катушки W 1 = LI 1 2 /2. По определению, индуктивность катушки L = Ф/I 1 . Следовательно,
Ответ: энергия поля равна 8,6 Дж; при уменьшении тока вдвое она уменьшится в 4 раза.
Что такое магнитный поток?
На картинке показано однородное магнитное поле. Однородное означает одинаковое во всех точках в данном объеме. В поле помещена поверхность с площадью S. Линии поля пересекают поверхность.
Магнитный поток определение
Определение магнитного потока:
Магнитным потоком Ф через поверхность S называют количество линий вектора магнитной индукции B, проходящих через поверхность S.
Магнитный поток формула
Формула магнитного потока:
здесь α – угол между направлением вектора магнитной индукции B и нормалью к поверхности S.
Из формулы магнитного потока видно, что максимальным магнитный поток будет при cos α = 1, а это случится, когда вектор B параллелен нормали к поверхности S.
Минимальным магнитный поток будет при cos α = 0, это будет, когда вектор B перпендикулярен нормали к поверхности S, ведь в этом случае линии вектора B будут скользить по поверхности S, не пересекая её.
А по определению магнитного потока учитываются только те линии вектора магнитной индукции, которые пересекают данную поверхность.
Магнитный поток является скалярной величиной.
Магнитный поток измеряется
Измеряется магнитный поток в веберах (вольт-секундах): 1 вб = 1 в * с.
Кроме того, для измерения магнитного потока применяют максвелл: 1 вб = 10 8 мкс. Соответственно 1 мкс = 10 -8 вб.
Индукция магнитного поля. Магнитный поток
Науку часто смешивают с знанием.
Это глубокое недоразумение.
Наука есть не только знание,
но и сознание, т.е. умение пользоваться знанием.
Василий Осипович Ключевский.
В прошлой теме речь шла о магнитных линиях, о
действиях магнитного поля, о его свойствах.
Вспомним основные понятия, связанные с магнитным полем.
Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды.
Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.
Так же напомним, что направление линий магнитного поля будет зависеть от направления тока в проводнике.
Это направление можно определить с помощью правила буравчика: если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитного поля тока.
В данной теме речь пойдёт о количественных характеристиках магнитного поля.
Известно, что одни магниты создают в пространстве более сильные поля, чем другие.
Рассмотрим простой пример. Возьмем два полосовых
магнита и поместим их над кучкой железных опилок и гвоздей.
Как видно из опыта,
сила притяжения к первому магниту оказалась достаточной для преодоления силы
тяжести гвоздей, а сила притяжения ко второму — нет.
Какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле? Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается B и называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией).
Индукция магнитного поля — одна из важнейших количественных характеристик магнитного поля.
Что это за величина?
Рассмотрим следующий опыт. По проводнику протекает
ток в направлении «от нас». Линии магнитного поля выходят из северного полюса
магнита и входят в его южный полюс. Тогда, согласно правилу левой руки, о
котором говорилось в прошлой теме, на проводник будет действовать сила со
стороны магнитного поля, и эта сила будет направлена вниз. Таким образом,
равновесие будет нарушаться, а величину вклада такой силы можно измерять при
помощи разновесов, которые можно добавить на чашу на противоположном конце
весов.
В результате многочисленно повторенных опытов было установлено, что сила, действующая на проводник, зависит от:
– самого магнитного поля магнита — более мощный магнит действует на данный проводник с большей силой;
– силы тока, протекающего по проводнику,
– длины самого проводника.
В результате таких опытов, проведенных Ампером и Араго в начале XIX в., было определено, что отношение максимальной действующей силы на проводник с током к силе тока в проводнике и длине проводника остаётся постоянной для этого магнитного поля, и именно она характеризует данное магнитное поле. Поэтому было введено понятие вектора магнитной индукции, как силовой характеристики магнитного поля.
Магнитная индукция — это векторная
физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля,
численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на
расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в
проводнике и его длине.
Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тл (Тесла) в честь югославского электротехника Николы Тесла.
1 Тесла — это магнитная индукция такого однородного магнитного поля, в котором на контур с единичным магнитным моментом действует единичный вращающий момент.
Магнитная индукция полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке может быть найден ее модуль и направление.
До сих пор для графического изображения магнитных полей использовались линии, которые условно называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Теперь можно уточнить их название и дать определение этих линий.
Более точное название магнитных линий — это линии магнитной индукции (или линии индукции магнитного поля).
Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.
Данное определение линий магнитной индукции можно
пояснить с помощью рисунка.
На нем кружочком с точкой изображен проводник с
током, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа. Окружность вокруг
проводника представляет собой одну из линий индукции магнитного поля,
созданного протекающим по проводнику током.
Видно, что проведенные к этой окружности касательные в любой точке совпадают с вектором магнитной индукции.
Так как в каждой точке магнитное поле характеризуется определенным значением индукции, то через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции и, причем, только одну. При этом линии магнитной индукции замкнуты и не пересекаются.
Теперь, пользуясь термином «магнитная индукция», дадим более строгое определение однородного и неоднородного магнитных полей. Для этого обратимся к рисункам.
В изображенном на
рисунке однородном магнитном поле (линии магнитной индукции которого
расположены параллельно друг другу и с одинаковой густотой) вектор магнитной
индукции во всех произвольно выбранных точках поля одинаков как по модулю, так
и по направлению.
Сравним это поле с двумя неоднородными полями: полем постоянного полосового магнита и полем тока, протекающего по прямолинейному участку проводника.
Легко заметить, что в неоднородных полях, в отличие от однородного, вектор магнитной индукции меняется от точки к точке.
Т.о. магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.
Для объяснения опытов, которые будут проводиться в дальнейшем, нам необходимо ввести еще одну физическую величину — магнитный поток.
Под словом «поток» понимают в обыденной жизни — это, например, поток воды или поток воздуха.
Возьмем кусок плотной бумаги с отверстием. Подуем в
отверстие, подставив руку с обратной стороны листа. Сильнее дуем — больше поток
воздуха. Будем дуть с такой же силой, но часть отверстия прикроем — поток
уменьшится. И наконец, если плоскость листа бумаги поставим параллельно
направлению потока выдуваемого воздуха, рука практически не почувствует влияние
воздушного потока.
Аналогично и с магнитным потоком. При усилении магнитного поля количество силовых линий возрастает, следовательно, возрастает и магнитный поток.
Уменьшение площади контура при неизменной индукции магнитного поля приводит к уменьшению числа линий, пронизывающих контур и, следовательно, к уменьшению магнитного потока.
Поворот контура также приводит к изменению числа линий, пронизывающих замкнутый контур.
Если же плоскость контура параллельна линиям магнитной индукции, то поток сквозь него равен 0.
Согласно определению (которое дается в курсе физики старших классов) магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.
В системе СИ единицей магнитного потока является Вб (вебер).
1 вебер — это магнитный поток
однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл через перпендикулярную ему
поверхность площадью 1 м2.
Основные выводы:
– Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине.
– Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тл (Тесла).
– Магнитная индукция полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке может быть найден ее модуль и направление.
– Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.
Линии характеристик магнитного потока Вопросы и ответы
Этот набор вопросов и ответов с несколькими вариантами ответов (MCQ) по основам электротехники посвящен «Характеристикам линий магнитного потока».
1. Силовые линии магнитного поля ищут путь сопротивления __________.
a) Максимум
b) Минимум
c) Бесконечно
d) Ноль
Просмотреть ответ
Ответ: b
Объяснение: Линии магнитного поля всегда будут искать путь наименьшего сопротивления. Он не ищет пути нулевого сопротивления, потому что в практических сценариях нулевое сопротивление невозможно.
2. Линии магнитного поля образуют _________ петель от полюса к полюсу.
a) Открытый
b) Закрытый
c) Разветвленный
d) Либо замкнутый, либо разветвленный
Просмотреть ответ
Ответ: b
Пояснение: Линии магнитного поля образуют замкнутые петли от полюса к полюсу. В линиях магнитного потока нет разрыва.
3. Линии магнитного потока пересекаются?
а) Да
б) Нет
в) В зависимости от ситуации
г) Невозможно определить
Посмотреть ответ
Ответ: б
Пояснение: Линии магнитного поля не пересекаются, потому что если они пересекаются, это означает, что в этой области есть два разных направления магнитного поля, а это невозможно.
реклама
реклама
4. Откуда проходят силовые линии внутри магнита?
a) с севера на юг
b) с юга на север
c) с запада на восток
d) с востока на запад
View Answer
Ответ: b
магнит и силовые линии магнитного поля образуют замкнутый контур, поэтому внутри магнита они движутся с юга на север.
5. Линии магнитного потока, параллельные и имеющие одинаковое направление __________ друг друга.
a) Притягиваются
b) Отталкиваются
c) Пересекаются
d) Отменяются как подобные полюса и подобные полюса отталкиваются друг от друга.
6. Больше количество линий магнитного потока _______ сила магнита.
а) Больше
b) Меньше
c) Либо больше, либо меньше
d) Ни больше, ни меньше
Просмотреть ответ
Ответ: a
Пояснение: Чем больше число линий магнитного потока, тем больше сила магнита. Это связано с тем, что линии магнитного потока обозначают силу поля магнита.
7.
Магнитное поле сильное, когда____________
а) линии магнитного поля ближе
б) линии магнитного поля дальше
в) линии магнитного поля длиннее
г) линии магнитного поля толще
View Answer
Ответ: a
Объяснение: Магнитное поле сильное там, где линии магнитного поля ближе, и слабое там, где линии магнитного поля дальше.
реклама
Sanfoundry Global Education & Learning Series – основы электротехники.
Чтобы практиковать все области базовой электротехники, здесь полный набор из более чем 1000 вопросов и ответов с несколькими вариантами ответов .
реклама
Следующие шаги:
- Получите бесплатный сертификат о заслугах в области базовой электротехники
- Участие в конкурсе по базовой сертификации электротехники
- Стать лучшим специалистом в области базовой электротехники
- Пройти базовые тесты по электротехнике
- Практические тесты по главам: глава 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
- Пробные тесты по главам: глава 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
реклама
реклама
Подпишитесь на наши информационные бюллетени (тематические).
Участвуйте в конкурсе сертификации Sanfoundry, чтобы получить бесплатный Сертификат отличия. Присоединяйтесь к нашим социальным сетям ниже и будьте в курсе последних конкурсов, видео, стажировок и вакансий!
Ютуб | Телеграмма | Линкедин | Инстаграм | Фейсбук | Твиттер | Пинтерест
Маниш Бходжасиа, ветеран технологий с более чем 20-летним стажем работы в Cisco и Wipro, является основателем и техническим директором в 9 лет.0081 Санлитейный завод . Он живет в Бангалоре и занимается разработкой Linux Kernel, SAN Technologies, Advanced C, Data Structures & Alogrithms. Оставайтесь на связи с ним в LinkedIn.
Подпишитесь на его бесплатные мастер-классы на Youtube и технические обсуждения в Telegram SanfoundryClasses.
gif”>
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gif”>Генераторы и двигатели
Магниты — это куски металла, способные притягивать к себе другие металлы.
У каждого магнита есть два полюса: северный и южный. Как и электрические заряды, два одинаковых магнитных полюса отталкивают друг друга; в то время как противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу. Магниты имеют непрерывную силу вокруг себя, известную как магнитное поле. Это поле позволяет им притягивать другие металлы. Рисунок 1 иллюстрирует эту силу с использованием стержневых и подковообразных магнитов.
Форма магнита определяет путь силовых линий. Обратите внимание, что сила на рисунке 1 состоит из нескольких линий, движущихся в определенном направлении. Можно сделать вывод, что линии идут от северного полюса магнита к южному. Эти силовые линии часто называют магнитным потоком. Если стержневой магнит теперь изогнут, чтобы сформировать подковообразный магнит, северный и южный полюса теперь находятся напротив друг друга. Обратите внимание, что в подковообразном магните силовые линии теперь прямые и проходят от северного полюса к югу.
Будет показано, как генераторы и двигатели используют эти силовые линии для выработки электричества, а также механического движения.
Когда ток течет по проводнику, магнитное поле окружает проводник. По мере увеличения тока увеличивается и количество силовых линий в магнитном поле (рис. 2).
Правило правой руки помогает продемонстрировать взаимосвязь между током в проводнике и направлением силы. Возьмите проволочный проводник в правую руку, положите большой палец на провод, направленный вверх, и обхватите провод четырьмя пальцами. Пока большой палец находится в направлении, в котором ток течет по проводу, пальцы скручиваются вокруг провода в направлении магнитного поля. Рисунок 3 демонстрирует правило правой руки.
Проводник можно скрутить в катушку, которая эффективно производит ток при разрезании силовых линий в магнитном поле.
Чем больше витков в этой катушке, тем сильнее магнитное поле. Кроме того, если катушку намотать на кусок железа, ток станет еще сильнее.
Когда нужно выяснить, какие полюса в проводнике какие, важно заметить, в какую сторону повернуты катушки, чтобы применить правило правой руки. Кроме того, всегда следует смотреть, какая сторона катушки подключена к положительной клемме источника питания, такого как батарея, а какая сторона подключена к отрицательной. Рисунок 4 иллюстрирует четыре различных сценария и соответствующие полюса.
Когда проводник пересекает силовые линии в магнитном поле, он генерирует ток. Этот метод индукции тока называется индукцией. Есть три правила индукции:
- Когда проводник пересекает силовые линии, он индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) или напряжение.
- Чтобы это произошло, либо магнитное поле, либо проводник должны двигаться.
- При изменении направления резки поперек магнитного поля меняется и направление ЭДС индукции.
Соответственно, закон Фарадея гласит, что индуцированное напряжение может быть определено количеством витков в катушке и скоростью, с которой катушка пересекает магнитное поле. Следовательно, чем больше витков в катушке или чем сильнее магнитное поле, тем больше индуцированное напряжение.
Кроме того, ток меняет направление в зависимости от того, каким образом он пересекает магнитное поле. Как показано на рис. 5, катушка, пересекающая основное магнитное поле по часовой стрелке, сначала приведет к возникновению тока положительной полярности, но поскольку она пересекает то же поле в противоположном направлении во второй половине своего оборота, полярность становится отрицательной.
Когда ток многократно переключается с положительного на отрицательный, это называется переменным током или переменным током. Переменный ток будет объяснен более подробно позже.
Постоянный ток Когда ток является постоянным (D.
C.), а не переменным (AC), полярность этого тока никогда не меняет направление. Обычно, когда катушка поворачивается по часовой стрелке, первые 180 градусов поворота приводят к тому, что индуцированный ток идет в положительном направлении. Однако, как упоминалось выше, вторые 180 градусов приводят к тому, что индуцированный ток идет в отрицательном направлении. В постоянном токе ток всегда течет в положительном направлении. Как это возможно? При индуцировании постоянного тока необходимо использовать какой-то механизм, чтобы убедиться, что катушки пересекают магнитное поле только в одном направлении, или что схема использует ток только от катушки, разрезающей в этом одном направлении. В таких устройствах, как генераторы постоянного тока, используется механизм, называемый коммутатором, для поддержания тока в одном направлении. На рис. 6 показан постоянный ток в виде синусоиды. Обратите внимание, что ток никогда не имеет отрицательной полярности и поэтому всегда течет в положительном направлении.
Генератор представляет собой устройство, преобразующее механическую энергию вращения в электрическую энергию.
Простые генераторы постоянного тока состоят из нескольких частей, включая якорь (или ротор), коллектор, щетки и обмотку возбуждения. Различные источники могут подавать механическую энергию на генератор постоянного тока для вращения его якоря. Коммутатор преобразует переменный ток (AC) в постоянный, когда он протекает через якорь.
Стационарные щетки, представляющие собой графитовые соединители на генераторе, образуют контакт с противоположными частями коллектора. Когда катушка якоря вращается, она пересекает магнитное поле, и индуцируется ток. При первом полуобороте катушки якоря (по часовой стрелке) контакты между коммутатором и щетками меняются местами, или, говоря иначе, первая щетка теперь касается противоположного сегмента, которого она касалась на первом полуобороте, а вторая щетка касается сегмента, противоположного тому, которого она коснулась на первом полуобороте.
Делая это, щетки удерживают ток в одном направлении и доставляют его к месту назначения и обратно.
Двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Двигатели и генераторы постоянного тока устроены очень похоже. Сначала они функционируют почти противоположным образом, потому что генератор создает напряжение, когда проводники пересекают силовые линии в магнитном поле, в то время как двигатели создают крутящий момент — крутящее усилие механического вращения. Простые двигатели имеют плоскую катушку, по которой течет ток, который вращается в магнитном поле. Двигатель действует как генератор, поскольку после запуска он создает противоположный ток, вращаясь в магнитном поле, что, в свою очередь, приводит к физическому движению.
Это достигается, когда проводник проходит через магнитное поле, затем противоположные поля отталкивают друг друга, вызывая физическое движение. Правило левой руки можно использовать для объяснения работы простого двигателя (рис.
9). Указательный палец указывает направление магнитного поля, средний палец указывает направление тока, а большой палец показывает, в какую сторону вынужден будет двигаться проводник.
Двигатель с самовозбуждением создает собственное возбуждение поля. У шунтового двигателя поле параллельно цепи якоря, а у последовательного двигателя поле последовательно с якорем.
Когда проводник сгибается в катушку, физическое движение совершает цикл вверх и вниз. Чем больше изгибов в катушке, тем менее пульсирующим будет движение. Это физическое движение называется крутящим моментом и может быть измерено уравнением:
T = кт Q ia
T = крутящий момент
кт = константа в зависимости от физических размеров двигателя
Q = общее количество линий потока, поступающих на якорь от одного полюса N
ia = ток якоря
Переменный ток Подобно процессу производства постоянного тока, процесс производства переменного тока требует, чтобы петля проводника вращалась в магнитном поле.
На самом деле процесс одинаков для обоих типов тока, за исключением того, что переменный ток никогда не превращается в постоянный с помощью коммутатора. Проводниковая петля или катушка разрезает силовые линии в магнитном поле, индуцируя переменное напряжение на своих клеммах. Каждый полный оборот петли называется «циклом». Волна переменного тока изображена на рисунке 10.
Обратите внимание, какой отрезок волны состоит из одного цикла, а какой является частью волны от точки А до следующей точки А. Если разделить волну на четыре равные части, деления происходят в точках А, В, С, и D. Мы можем прочитать поворот катушки и то, как он связан с производимой волной. От А до В — первая четверть витка катушки, от В до С — вторая четверть витка, от С до D — третья четверть витка, а от D до А — последняя четверть витка.
Важно отметить, что отметки градусов на горизонтальной оси относятся к электрическим градусам и не являются геометрическими. Пример выше относится к однополюсному генератору.
Однако, если бы это был двухполюсный генератор, то 1 цикл происходил бы на каждые 180 градусов, а не на 360 градусов, и так далее.
Генератор переменного тока или генератор переменного тока вырабатывает переменный ток, что означает многократное изменение направления полярности тока. Для этого типа генератора требуется катушка, пересекающая магнитное поле, и он прикреплен к двум токосъемным кольцам, соединенным со щетками. Щетки передают ток к месту назначения нагрузки и от него, замыкая таким образом цепь.
Во время первого полуоборота катушка пересекает поле вблизи северного полюса магнита. Электроны поднимаются по проводу, и нижнее токосъемное кольцо становится положительно заряженным. Когда катушка обрывается около южного полюса провода во время второго полуоборота, нижнее токосъемное кольцо становится отрицательно заряженным, и электроны движутся по проводу. Чем быстрее вращается катушка, тем быстрее движутся электроны, или, другими словами, тем больше увеличивается частота, или чем больше герц в секунду, тем сильнее ток.
Двигатель переменного тока аналогичен двигателю постоянного тока, за исключением нескольких характеристик. Вместо поля ротора, изменяющегося каждые пол-оборота, поле статора меняется каждые пол-оборота.
Существует несколько различных типов двигателей переменного тока. Наиболее распространенным типом является многофазный асинхронный двигатель, который содержит статор и ротор, где статор подключен к сети переменного тока. Когда обмотка статора находится под напряжением, создается вращающееся магнитное поле. ЭДС индуцируется, когда поле проходит через катушки индуктивности и через них протекает ток. Таким образом, крутящий момент воздействует на проводники ротора, несущие ток в статоре.
ВЕРНУТЬСЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНИТИЗМ ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА
Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида.
