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 �⃗B.

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:

Φ=��(1)Φ=BS(1)

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 �⊥⃗B⊥​​ ⊥ вектора магнитной индукции �⃗B(а та составляющая, которая параллельна контуру, не «течёт» сквозь него). Поэтому, согласно формуле (1), имеем: Φ = B⊥S. Но B⊥ = B cos α, поэтому

Φ=������(2)Φ=BScosα(2)

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

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

• Если вектор �⃗B 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,

Вб=Тл⋅м2=В⋅сВб=Тл⋅м2=В⋅с

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.

Электромагнитная индукция — это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

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.

ЭДС индукции Ei — это работа сторонних сил, возникающих при изменении магнитного потока через контур, по перемещению единичного положительного заряда вокруг контура