Конспект
урока "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.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.