В чем измеряется магнитный поток

Поток вектора магнитной индукции

Магнитный поток Φ через площадку S (поток вектора магнитной индукции) – это скалярная величина:

Φ = B S cos α = B n S = B → S → с углом между n → и B → , обозначаемым α , n → является нормалью к площадке S .

Формула магнитного потока

Φ равняется количеству линий магнитной индукции, пересекающих площадку S , как показано на рисунке 1 . Поток магнитной индукции по формуле принимает положительные и отрицательные значения. Его знак зависит от выбора положительного направления нормали к площадке S . Зачастую положительное направление нормали связано с направлением обхода контура током. За такое направление берут поступательное перемещение правого винта во время его вращения по току.

В чем измеряется магнитный поток

В случае неоднородности магнитного поля S не будет плоской, а плоскость может быть разбита на элементарные площадки d S , рассматриваемые в качестве плоских, поле которых также считается однородным. Определение магнитного потока d Φ производится через эту поверхность. Запись примет вид:

d Φ = B d S cos α = B → d S → .

Нахождение полного потока через поверхность S :

Φ = ∫ S B d S cos α = ∫ S B → d S → .

Основной единицей измерения магнитного потока в системе СИ считаются веберы ( В б ) . 1 В б = 1 Т л 1 м 2 .

Связь магнитного потока и работы сил магнитного поля

Элементарная работа δ A , совершаемая силами магнитного поля, выражается через элементарное изменение потока вектора магнитной индукции d Φ :

Если проводник с током совершает конечное перемещение, сила тока постоянна, то работа сил поля равняется:

A = I Φ 2 — Φ 1 с Φ 1 , обозначаемым потоком через контур в начале перемещения, Φ 2 является потоком через контур в конце перемещения.

Теорема Гаусса для магнитного поля

Значение суммарного магнитного потока через замкнутую поверхность S равняется нулю:

Выражение ∮ B → d S → = 0 является справедливым для любых магнитных полей. Данное уравнение считается аналогом теоремы Остроградского-Гаусса в электростатике в вакууме:

Запись ∮ B → d S → = 0 говорит о том, что источник магнитного поля – это не магнитные заряды, а электрические токи.

Дан бесконечно длинный прямой проводник с током I , недалеко от которого имеется квадратная рамка. По ней проходит ток с силой I ‘ . Сторона рамки равна a . Она располагается в одной плоскости с проводом, как показано на рисунке 2 . Значение расстояния от ближайшей стороны рамки до проводника равняется b . Найти работу магнитной силы при удалении рамки из поля. Считать токи постоянными.

Решение

Индукция магнитного поля длинного проводника с током в части, где расположена квадратная рамка, направляется на нас.

Следует учитывать нахождение рамки с током в неоднородном поле, что означает убывание магнитной индукции при удалении от провода.

За основу возьмем формулу магнитного потока и работы, которая их связывает:

A = I ‘ Φ 2 — Φ 1 ( 1 . 1 ) , где I ‘ принимают за силу тока в рамке, Φ 1 – за поток через квадратную рамку при расстоянии от ее стороны к проводу равняющимся b . Φ 2 = 0 . Это объясняется тем, что конечное положение рамки вне магнитного поля, как дано по условию. Отсюда следует, запись формулы ( 1 . 1 ) изменится:

A = — I ‘ Φ 1 ( 1 . 2 ) .

Перейдем к нормали n → и выберем ее направление к квадратному контуру относительно нас, используя правило правого винта. Отсюда следует, что для всех элементов поверхности, ограниченной при помощи контура квадратной рамки, угол между нормалью n → и вектором B → равняется π . Запись формулы потока через поверхность рамки на расстоянии х от провода примет вид:

d Φ = — B d S = — B · a · d x = — μ 0 2 π I l d x x ( 1 . 3 ) , значение индукции магнитного поля бесконечно длинного проводника с током силы I будет:

B = μ 0 2 π x I l ( 1 . 4 ) .

Отсюда следует, что для нахождения всего потока из ( 1 . 3 ) потребуется:

Φ 1 = ∫ S — μ 0 2 π I l d x x = — μ 0 2 π I l ∫ b b + a d x x = — μ 0 2 π I l · ln b + a b ( 1 . 5 ) .

Произведем подстановку формулы ( 1 . 5 ) в ( 1 . 2 ) . Искомая работа равняется:

A = I ‘ μ 0 2 π I l · ln b + a b .

Ответ: A = μ 0 2 π I I ‘ l · ln b + a b .

Найти силу, действующую на рамку, из предыдущего примера.

Решение

Для нахождения искомой силы, действующей на квадратную рамку с током в поле длинного провода, предположим, что под воздействием магнитной силы рамка смещается на незначительное расстояние d x . Это говорит о совершении силой работы, равной:

δ A = F d x ( 2 . 1 ) .

Элементарная работа δ A может быть выражена как:

δ A = I ‘ d Φ ( 2 . 2 ) .

Произведем то же с силой, применяя формулы ( 2 . 1 ) , ( 2 . 2 ) . Получаем:

F d x = I ‘ d Φ → F = I ‘ d Φ d x ( 2 . 3 ) .

Используем выражение, которое было получено в примере 1 :

d Φ = — μ 0 2 π I l d x x → d Φ d x = — μ 0 2 π I l x ( 2 . 4 ) .

Произведем подстановку d Φ d x в ( 2 . 3 ) . Имеем:

F = I ‘ μ 0 2 π I l x ( 2 . 5 ) .

Каждый элемент контура квадратной рамки находится под воздействием сил (силы Ампера). Отсюда следует, что на рамку действует 4 силы, причем на стороны A B и D C равные по модулю и противоположные по направлению. Выражение принимает вид:

F A B → + F D C → = 0 ( 2 . 6 ) , то есть их сумма равняется нулю. Тогда значение результирующей силы, приложенной к контуру, запишется:

F → = F A D → + F B C → ( 2 . 6 ) .

Используя правило левой руки, получаем направление этих сил вдоль одной прямой в противоположные стороны:

F = F A D — F B C ( 2 . 7 ) .

Произведем поиск силы F A D , действующей на сторону A D , применив формулу ( 2 . 5 ) , где x = b :

F A D = I ‘ м 0 2 π I l b ( 2 . 8 ) .

Значение F B C будет:

F B C = I ‘ μ 0 2 π I l b + a ( 2 . 9 ) .

Для нахождения искомой силы:

F = I ‘ μ 0 2 π I l b — I ‘ μ 0 2 π I l b + a = I I ‘ μ 0 l 2 π 1 b — 1 b + a .

Ответ: F = I I ‘ μ 0 l 2 π 1 b — 1 b + a . Магнитные силы выталкивают рамку с током до тех пор, пока она находится в первоначальной ориентации относительно поля провода.

Магнитный поток простыми словами

Вероятно, термин «поток» ассоциируется у вас с потоком воды. Если бы вы хотели описать этот поток количественно, то имели бы в виду определенное количество воды, протекающей через поперечное сечение в определенной точке. Такой поток может нести большое или малое количество воды в зависимости от скорости воды и площади этого поперечного сечения.

Магнитный поток — это физическая величина, тесно связанная с явлением электромагнитной индукции. Это сложная величина, довольно абстрактная. Но, как вы правильно догадались, его название берет свое начало в гидродинамике. Здесь, однако, нет потока материи через поверхность, есть только векторы магнитной индукции B , «пронзающие» поверхность и иногда «скользящие» по ней.

Представьте себе однородное магнитное поле, описываемое вектором магнитной индукции B . Мы помещаем плоскую поверхность с полем S в это поле совершенно произвольным образом, то есть под любым углом по отношению к вектору B (рис. 1). Теперь определим вектор B , перпендикулярный плоскости поверхности. Пусть длина этого вектора равна величине поверхности.

Рис. 1. Плоская поверхность в магнитном поле. Красным цветом обозначен вектор S, представляющий эту поверхность.

Потоком вектора магнитной индукции Ф_B через поверхность S называется скалярное произведение векторов B и S .

Итак можно дать следующее определение термину «магнитный поток»:

Магнитный поток — это поток вектора магнитной индукции B через некоторую поверхность. Для бесконечно малого участка равен произведению модуля | B | на площадь участка dS и косинус угла α между B и нормалью n к плоскости участка. Для поверхности конечных размеров находится как сумма (интеграл) по её малым фрагментам.

Википедия

Зависимости магнитного потока

Используя формулу, можно увидеть, что магнитный поток зависит от трех переменных: магнитного поля B, площади S и угла α.

Магнитный поток линейно зависит от B и S. Например, если увеличить площадь S, но оставить магнитное поле B и угол α прежними, то магнитный поток будет больше. Поэтому большая площадь означает большой поток, а маленькая площадь — маленький магнитный поток.

Если, с другой стороны, увеличить магнитное поле B, то магнитный поток также увеличится. Сильное магнитное поле приводит к большому потоку, слабое поле — к малому магнитному потоку.

В целом, чем больше магнитное поле B или площадь S, тем больше магнитный поток.

Ситуация с углом α немного сложнее. Представьте, что ваша поверхность перпендикулярна магнитному полю, тогда ваш угол α = 0 ° . Здесь у вас самый большой магнитный поток. Если теперь шаг за шагом увеличивать угол, магнитный поток уменьшается. Когда вы достигаете α = 90 ° , магнитный поток равен нулю, потому что магнитное поле параллельно поверхности. После этого он снова начинает увеличиваться.

Единица измерения и обозначение магнитного потока

Магнитное поле B имеет единицу Тесла (T), а площадь — единицу квадратный метр м 2 .

Поток является скалярной величиной и его единицей измерения является вебер (Вб): 1 Вб = 1 Т * м 2 , то есть [Ф] = Т * м 2 . Обозначается магнитный поток как Ф (символ формулы — греческая фи).

Примеры

Приведенные ниже примеры дадут вам лучшее понимание того, что представляет собой новая концепция и аналогия с потоком воды.

1. В случае, показанном на рис. 2, поток магнитного поля с магнитной индукцией B через поверхность S составляет: Ф_B = B * S и при этом его значение максимально, так как:

2. А в каком случае при ненулевой магнитной индукции Ф_B = 0 ?

Рис. 3. Поверхность параллельна силовым линиям магнитного поля. Векторы B и S перпендикулярны

Определение магнитного потока показывает, что это тот случай, когда:

потому что cos 90 ° = 0.

На рис. 3 мы видим, как в этой ситуации располагается плоская поверхность относительно векторов магнитной индукции.

Обратите внимание, что Ф_B можно представить как произведение В и S_⟂, где S_⟂ = S * cos α. Аналогично, вы всегда можете рассчитать величину потока магнитного поля, умножив составляющую магнитной индукции, перпендикулярную поверхности, на величину площади поверхности (см. рис. 4а. и 4б.).

Рис. 4а. Поверхность S⊥ — это проекция поверхности S в направлении, параллельном линиям магнитного поля Рис. 4б. Вектор B_⟂ — это проекция вектора B на направление вектора S

Как можно рассчитать поток магнитного поля, если поле неоднородно и/или поверхность искривлена? Мы делим поверхность, через которую мы должны вычислить поток, на такие маленькие участки, что можно считать, что они плоские и поле однородное. Все это для того, чтобы можно было применить определение потока. Поэтому мы вычисляем небольшие «потоки» и суммируем их. Описанная процедура называется вычислением поверхностного интеграла, который записывается в виде:

Вычислять такие интегралы совсем не обязательно, но полезно понимать смысл такой процедуры.

Единица измерения магнитного потока

Элементарный магнитный поток ($dФ$) сквозь малую поверхность $dS$ равен произведению проекции вектора магнитной индукции ($B_n$) на нормаль к элементарной площадке $dS$ на величину этой площадки:

Полный поток сквозь всю поверхность $S$ будет равен:

Если поверхность $S$ является плоской, находится она в однородном магнитном поле, причем перпендикулярно линиям индукции поля, то магнитный поток можно найти как:

Вебер — единица измерения магнитного потока в системе СИ

Единицу измерения магнитного потока можно определить исходя из выражения (3), как:

Единица измерения магнитного потока имеет собственное наименование — вебер (Вб). 1 Вебер — единица измерения магнитного потока в Международной системе единиц (СИ), это магнитный поток, который создает магнитное поле имеющее индукцию 1Тл через поперечное сечение площадью 1 $м^2$.

Иногда 1 вебер определяют иначе. Вебер (единица измерения магнитного потока) — это магнитный поток, при уменьшении которого до нуля, в сцепленной с ним электрической цепи, имеющей сопротивление один ом сквозь поперечное сечение проводника проходит заряд равный одному кулону. Данное определение вебера основывается на формуле:

где $\Delta q$ — заряд, который проходит в замкнутой цепи, при изменении магнитного потока $\Delta Ф$ сквозь поверхность, которую ограничивает цепь; $R$ — сопротивление рассматриваемой цепи. Исходя из формулы (4) вебер можно считать комбинацией следующих единиц:

Производная единица измерения магнитного потока вебер выражается через основные единицы системы СИ как:

Для обозначения кратных и дольных десятичных единиц измерения магнитного потока используют стандартные приставки системы СИ. Например, мВб (мили вебер): $1\ мВб=<10>^<-3\ >Вб;;$ ГВб (гига вебер) $1\ ГВб=<10>^<6\ >Вб.$

Максвелл — единица измерения магнитного потока в системе СГС

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) единица измерения магнитного потока, так же как в СИ имеет свое наименование. Она называется максвелл (Мкс). С вебером максвелл соотносится как:

Максвелл — единица измерения магнитного потока, получил свое название в честь Дж. К. Максвелла в 1900 г.

Через плоский контур, площадью один квадратный сантиметр, находящийся в однородном магнитном поле с индукцией 1 гаусс (Гс) перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции, проходит магнитный поток в один максвелл.

Примеры задач с решением

Задание. Получите вебер, как комбинацию основных единиц Международной системы, основываясь на его определении: $Вб=Кл\cdot Ом.$

Решение. Используя определение вебера- единицы измерения магнитного потока через произведение кулона на ом, рассмотрим как каждая из этих двух единиц выражается через основные единицы СИ. Так для единицы заряда имеем:

\[Кл=А\cdot с\ \left(1.1\right).\]

Для единицы сопротивления:

Используя (1.1) и (1.2) в определении единицы измерения магнитного потока, получаем:

Ответ. Единица измерения магнитного потока при определении как $Вб=Кл\cdot Ом$=$\ Тл\cdot м^2=\frac<м^2\cdot кг><с^2\cdot А>$

Задание. Какова величина магнитного потока, пронизывающего плоскую поверхность, площадь которой равна $S=50\ <см>^2$, если индукция магнитного поля составляет 0,4 Тл, при этом рассматриваемая поверхность расположена под углом $\beta =$300 к направлению вектора магнитной индукции поля? Запишите ответ в единицах системы СГС.

Решение. Сделаем рисунок.

По определению магнитный поток через плоскую поверхность в однородном поле равен:

где $\alpha $ — угол меду нормалью к плоскости и направлением вектора $\overline$. Следует обратить внимание на то, что в условии задачи угол в 300 — это угол между направлением вектора индукции и плоскостью, следовательно, необходимый для решения задачи угол равен:

\[\alpha =90-\beta \ \left(2.2\right).\]

Так как задачу следует решать в какой-либо, но одной системе единиц, то переведем площадь поверхности в единицы СИ, получим:

Чему равна единица магнитного потока

Магнитный поток — это физическая величина, определяющая количество магнитного поля, проходящего через поверхность. Важно понимать, как считать и измерять магнитный поток, чтобы правильно анализировать магнитные явления и процессы.

Единицы измерения магнитного потока

В СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб). Размерность вебера равна В · с = кг · м² · с⁻² · А⁻¹. В системе СГС единицей измерения магнитного потока является максвелл (Мкс), а 1 Вб = 10⁸ Мкс.

Как считать магнитный поток

Для расчета магнитного потока необходимо учитывать магнитное поле и площадь поверхности, на которую это поле направлено. Магнитное поле B измеряется в Теслах (Т), а площадь — в квадратных метрах (м²).

Формула для расчета магнитного потока записывается следующим образом: Ф = B * S * cos(α), где Ф — магнитный поток в веберах, B — магнитная индукция в Теслах, S — площадь поверхности в квадратных метрах, α — угол между перпендикуляром к плоскости поверхности и вектором магнитной индукции.

Единицы измерения скорости потока

Представляя собой направленное движение частиц или непрерывной среды, поток также имеет свою скорость, которая измеряется в системе SI в метрах в секунду (м/с).

Полезные советы

• При расчете магнитного потока всегда учитывайте угол между магнитной индукцией и поверхностью, на которую она направлена, так как это может оказать значительное влияние на финальный результат.
• При проведении экспериментов по магнитным явлениям необходимо убедиться в правильном использовании единиц измерения магнитного потока, чтобы получить точные и надежные результаты.
• Знание единиц измерения магнитного потока является необходимым условием для понимания магнитных процессов в различных областях, таких как электротехника, материаловедение и т.д.

Выводы

Магнитный поток является ключевой физической величиной, которая определяет магнитные явления и является основой для широкого спектра приложений. Правильное использование единиц измерения магнитного потока является важным условием для получения точных и достоверных результатов при проведении экспериментов и исследований в области магнетизма.

Сколько Тесла в магните

Отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера имеют магнитную индукцию от 0,54 до 8,3 Тесла. В звездах типа белых карликов магнитная индукция может достигать 100 Тл. Человеческими силами был установлен рекорд по постоянному магнитному полю в 1200 Тл без разрушения установки. Также было зафиксировано рекордное значение импульсного магнитного поля в лаборатории, которое составляет 2800 Тл. Знание магнитной индукции является важным в физике и инженерии при проектировании и изучении устройств, использующих электромагнитные явления.

Сколько наименований товаров в магните

В магазинах «Магнит» можно приобрести продукцию, выпускаемую компанией под различными торговыми марками. Некоторые из этих марок — это собственные бренды сети. К таким торговым маркам относятся «Моя цена», «Магнит», «Магнит Свежесть» и несколько других. Всего же в ассортименте компании более 5 тысяч наименований товаров, выпускаемых под различными наименованиями и марками. Разнообразие ассортимента включает в себя продукты питания, бытовую химию, товары для дома и быта, косметику и многое другое. Богатый выбор товаров позволяет магазинам сети удовлетворить потребности практически всех категорий покупателей, что делает их одними из наиболее популярных на рынке торговли.

Как магниты с одинаковыми полюсами

Как правило, магниты имеют два полюса — северный и южный. Если провести разрез между ними, то образуются два магнита с соответствующими полюсами. Однако, между разрезанными элементами возникает магнитное поле, который сохраняет свои свойства. Важно отметить, что магниты с одинаковыми полюсами (например, два северных или два южных) отталкиваются друг от друга, так как поля совпадают. В то же время, магниты с разными полюсами притягиваются, потому что поля направлены в разные стороны. Такое явление обусловлено законами электромагнетизма и оно может иметь непосредственное применение в реальной жизни, например, при создании магнитных механизмов и систем.

Сколько стоит 1 кг магнита

Стоимость 1 кг постоянных магнитов и прецизионных сплавов находится на уровне 700 рублей в Москве. Это значительная цена, которая объясняется свойствами данных материалов. Постоянные магниты обладают постоянной магнитной силой и использование их может быть необходимо в различных областях науки и техники. Прецизионные сплавы, в свою очередь, обеспечивают высокую точность при изготовлении сложных деталей и механизмов. Таким образом, помимо стоимости, данные материалы являются важным инструментом для изготовления различных технических изделий. Несмотря на высокую цену, спрос на магниты и сплавы остается стабильным, что свидетельствует о их популярности и востребованности в науке и технике.

Единицей магнитного потока является вебер в СИ и максвелл в СГС системе измерений. Также следует учитывать, что единица магнитного потока равна произведению вольта на секунду. Вебер, как СИ единица измерения, обусловлен системой международных стандартов и признан по всему миру. Он равен килограмму на метр в секунду в квадрате, умноженному на ампер в минус первой степени. Один вебер соответствует потоку, пересекающему единичную поверхность перпендикулярно вектору магнитной индукции со скоростью один метр в секунду. Это основное определение, которое позволяет вычислять магнитный поток в различных технических задачах.