Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2 Анемометр

Единицы измерения магнитного потока

В СИединицей магнитного потока является вебер (Вб, размерность — Вб = В·с =
кг·м²·с-2·А-1), в системе СГС — максвелл (Мкс, 1 Вб = 108 Мкс).

Измерение магнитного потока

Устройство, используемое для измерения магнитного потока, называется флюксметром. Принцип действия флюксметра основан на законе магнитной индукции в интегральной форме. Первые флюксметры были механическими. Классический флюксметр представлял собой разновидность баллистического гальванометра, в котором управляющий момент был очень мал, в то время как электродинамическое демпфирование — очень большим.

Подвеска измерительной рамки прибора была устроена таким образом, что возвращающая сила была равна нулю. Измерительная катушка помещалась в изменяющееся магнитное поле и флюксметр определял изменение напряжения в катушке, которое было пропорциональным скорости изменения магнитного потока.

Интегрирование осуществлялось механически за счет высокой инерционности прибора. Именно таким флюксметром пользовался Вильгельм Эдуард Вебер во время исследования направления магнитного поля Земли. Аналогичные флюксметры использовались и на флоте для измерения магнитного поля кораблей с целью контроля их размагничивания.

Современный флюксметр состоит из измерительных катушек и электроники, которая оценивает изменение напряжения в катушке с последующим его интегрированием, рассчитывая таким образом магнитный поток. Для измерения магнитного потока необходимо интегрирование напряжения измерительной катушки в течение времени измерения.

Такое интегрирование напряжения, снятого с измерительной катушки, осуществляется либо с помощью аналогового интегратора (обычно используется интегрирующий операционный усилитель), либо с помощью аналого-цифрового интегратора или микропроцессора, осуществляющего численное интегрирование.

Измерительная катушка флюксметра может быть стационарной или подвижной. Для получения надежных результатов важно, чтобы каркас катушки имел хорошую механическую жесткость и малый коэффициент теплового расширения. Высокую стабильность и повторяемость результатов обеспечивает правильная намотка катушки.

Используемые в электронных флюксметрах катушки бывают точечными, линейными, плоскостными и катушками для измерения гармонических составляющих. Все катушки должны быть откалиброваны, так как основной вклад в погрешность измерений вносят именно катушки с неправильно определенной чувствительностью. Для калибровки катушек применяют постоянные магниты с известными свойствами.

Точечные катушки используются для измерения магнитного потока в определенной точке пространства. Они обычно наматываются на небольшом сердечнике. Такие катушки часто имеют форму шара. Линейные катушки предназначены для измерения интегрированного магнитного потока вдоль прямой линии.

Их ширина намного меньше длины. Линейные катушки обычно охватывают лишь небольшую зону измеряемого пространства. Плоскостные катушки предназначены для измерения больших зон измеряемого пространства. Длинные прямоугольные катушки часто используются при измерениях в ускорителях элементарных частиц.

Для измерения изменения магнитного потока с помощью одной или нескольких измерительных катушек используют различные методы. При измерении катушку могут перемещать из зоны, где имеется поле, в зону, где поле нулевое. Другим методом является отключение поля в процессе измерения. При использовании еще одного метода катушку поворачивают и измерение повторяют.

Для измерения с помощью электронного флюксметра, например, магнитного потока постоянного магнита для контроля качества в процессе производства магнитов, выполняется приведенная ниже последовательность действий.

  • К входу флюксметра подключается измерительная катушка.
  • После включения прибора и выбора диапазона измерений выполняется контроль уровня дрейфа. Обычно из-за дрейфа нулевые показания поддерживаются не более нескольких минут, после чего нужно заново настраивать прибор.
  • Положительное измерение. При пустой измерительной катушке нажать кнопку сброса, затем поместить в катушку магнит так, чтобы его северный полюс был вверху. Записать измеренное значение.
  • Отрицательное измерение. Вначале поместить магнит в измерительную катушку северным полюсом вверх. Нажать кнопку сброса, извлечь магнит из катушки и отнести на достаточно большое расстояние от нее. Считать и записать измеренное значение.
  • Рассчитать среднее значение двух измерений.
  • Магнитная пленка-визуализатор позволяет наблюдать стационарные или медленно меняющиеся магнитные поля

Квантование магнитного потока

При рассмотрении ряда квантовых явлений, таких как эффект Ааронова — Бома или квантовый эффект Холла, используется квант магнитного потока:

Φ0=he{displaystyle Phi _{0}={frac {h}{e}}},

где h{displaystyle h} — постоянная Планка, e{displaystyle e} — элементарный заряд.

Опыты с неодносвязным сверхпроводником (например, со сверхпроводящим кольцом) показывают, что магнитный поток через кольцо всегда кратен половине кванта магнитного потока, откуда следует, что носители тока в сверхпроводнике являются парами связанных элементарных зарядов.

Φs=Φ02=h2e=2,067833758×10−15{displaystyle Phi _{s}={frac {Phi _{0}}{2}}={frac {h}{2e}}=2{,}067833758times 10^{-15}} Вб (в СИ);
Φs=hc2e=2,067833636×10−7{displaystyle Phi _{s}={frac {hc}{2e}}=2,067833636times 10^{-7}} Гаусс·см2 (в СГС), c{displaystyle c} — скорость света.
Про анемометры:  Прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков. 9 букв - кроссворды на Дословно.РФ

Экспериментально квантование магнитного потока было обнаружено в 1961 году.

Некоторые свойства магнитного потока

В соответствии с теоремой Гаусса для магнитной индукции, поток вектора магнитной индукции B{displaystyle mathbf {B} } через любую замкнутую поверхность S{displaystyle S} равен нулю:

Φ=∮SB⋅dS=0{displaystyle Phi =oint limits _{S}mathbf {B} cdot {text{d}}mathbf {S} =0}.

Это означает, что в классической электродинамике невозможно существование магнитных зарядов, которые создавали бы магнитное поле подобно тому, как электрические заряды создают электрическое поле.

В соответствии с теоремой Стокса, магнитный поток Φ{displaystyle Phi } через поверхность, «натянутую» на некий контур L{displaystyle L}, можно выразить через циркуляциювекторного потенциала A{displaystyle mathbf {A} } магнитного поля по этому контуру:

Φ=∮LA⋅dl{displaystyle Phi =oint limits _{L}mathbf {A} cdot mathbf {dl} },

Определение магнитного потока

Магнитным потоком через бесконечно малый элемент поверхности dS{displaystyle {rm {d}}S} называется произведение

dΦ=BdScos⁡α=B⋅dS{displaystyle dPhi =B,{rm {d}}S,cos alpha =mathbf {B} cdot {rm {d}}mathbf {S} },

где α{displaystyle alpha } — угол между вектором магнитной индукции B{displaystyle mathbf {B} } и единичным вектором нормалиn{displaystyle mathbf {n} } к участку поверхности, а векторный элемент dS площади поверхности S определяется как

dS=dSn{displaystyle {rm {d}}mathbf {S} ={rm {d}}S,mathbf {n} }.

Магнитным потоком через поверхность конечной площади называется интеграл от dΦ{displaystyle dPhi } по поверхности:

Φ=∫dΦ=∬SB⋅dS{displaystyle Phi =int {rm {d}}Phi =iint limits _{S}mathbf {B} cdot {rm {d}}mathbf {S} }.

Направление вектора n{displaystyle mathbf {n} } в общем случае непостоянно (см. рис.), магнитное поле также может изменяться вдоль поверхности. Точка в произведениях означает скалярное умножение векторов. Интеграл понимается как предел суммы по малым участкам при стремлении их размеров к нулю. Поверхность может быть незамкнутой (как на рис.) или замкнутой.
В случае однородного поля и плоской поверхности магнитный поток рассчитывается как Φ=BScos⁡α{displaystyle Phi =B,S,cos alpha }.

Постоянные магниты

Источником магнитного поля (МП) могут служить постоянные магниты. Они изготавливаются из магнетита. В природе он известен как оксид железа. Это минерал чёрной окраски, имеющий молекулярное строение FeO·Fe2O3. Свойства магнитов известны с давних времён. Магниты имеют два полюса – северный и южный.

Постоянные магниты можно классифицировать по следующим критериям:

  • материал, из которого изготовлен магнит;
  • форма;
  • сфера использования.

Магниты с постоянными полюсами изготавливаются из различных материалов:

  • ферритов – прессованных изделий из порошков оксида железа и оксидов иных металлов;
  • редкоземельных – нодимовых (NdFeB), самариевых (SmCo), литых (сплавы металлов), полимерных (магнитопласты).

Форма магнитов самая различная:

  • цилиндрическая (прямоугольная);
  • подковообразная;
  • кольцеобразная;
  • дискообразная.

Важно! В зависимости от формы изменяется месторасположение полюсов, соответственно, и направление магнитных линий у поля.

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2
Направление линий МП в зависимости от формы магнита

Постоянные магниты нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства:

  • МРТ – медицинский прибор для диагностики человеческого организма;
  • приводы жёстких дисков в современных компьютерах;
  • в радиотехнике, при изготовлении динамиков;
  • производство декоративных украшений с применением магнитов на полимерной основе.

В двигателях постоянного тока такие магниты вмонтированы в корпус индуктора.

Похожие ответы в сканвордах

  • Вебер — Единица магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Писатель Вальдемар Вениаминович … 5 букв
  • Вебер — Поэт Вальдемар Вениаминович … 5 букв
  • Вебер — Режиссер, кинорежиссер Франсис … 5 букв
  • Вебер — Единица измерения магнитного потока в системе СИ 5 букв
  • Вебер — Единица магнитного потока; немецкий композитор 18-19 вв 5 букв
  • Вебер — Единица измеряения магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Немецкий физик, ставший единицей магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Немецкий физик, именем которого названа единица магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Немецкий, австрийский композитор, оперы «Вольный стрелок», «Оберон 5 букв
  • Вебер — Ед. магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Немецкий социолог, историк и экономист. Старший брат Альфреда …а. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Немецкий композитор, дирижёр, пианист, музыкальный писатель, основоположник немецкой романтической оперы. Барон. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Польско-американский живописец, работавший в стиле кубизма. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Выдающийся немецкий востоковед. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Немецкий историк и филолог. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Немецкий конструктор. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Российский художник, заслуженный художник АССР немцев Поволжья. (фамилия) 5 букв
  • Вебер — Глубоководный желоб в море Банда, расположенный к западу от островной дуги Малых Зондских островов 5 букв
  • Вебер — Единица измерения магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Известный немецкий композитор 5 букв
  • Вебер — Мера магнитного потока 5 букв
  • Вебер — Автор оперы «Оберон» 5 букв
  • Вебер — Автор оперы «Вольный стрелок» 5 букв
  • Вебер — Одна из распростр. немецких фамилий 5 букв
  • Вебер — (Банда) глубоководный желоб в море Банда; расположен к западу от островной дуги Малых Зондских островов 5 букв
  • Вебер — Альфред (1868—1958) немецкий экономист и социолог 5 букв

Тема 9. «электродинамика. магнитное поле и электромагнитная индукция».. физика, архив

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.

Про анемометры:  Купить Somfy Soliris Uno, комплект солнце-ветровой автоматики, 230V 1818150 - магазин в Москве

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:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

СИЛА ЛОРЕНЦА

Движение проводника с током в магнитном поле показывает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. На проводник действует сила Ампера FА = IBlsin a , а сила Лоренца действует на движущийся заряд:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 силаМагнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2м , постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скоростиМагнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2.Под действием магнитной силы частица приобретает ускорение, модуль которого равен:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

В однородном магнитном поле эта частица движется по окружности. Радиус кривизны траектории, по которой движется частица, определяется из условияМагнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2откуда следует,

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2л равна магнитной силе Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2м :

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 векторомМагнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2 и нормалью Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2
к поверхности:

Ф=BScosМагнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 Ii 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:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 εi.

Про анемометры:  Анемометры в Москве: 199-товаров: бесплатная доставка, скидка-50% [перейти]

По закону Ома для замкнутой цепи

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

Так как R не зависит отМагнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2 , то

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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.

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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):

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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 = Icpt . Так как Icp = (I 0)/2 = I/2 , то q=It/2 . Поэтому работа электрического тока:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

Эта работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки. Таким образом, снова получаем:

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

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?

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

Энергия магнитного поля катушки W 1 = LI 1 2 /2. По определению, индуктивность катушки L = Ф/I 1. Следовательно,

Магнитный поток — Википедия с видео // WIKI 2

Ответ: энергия поля равна 8,6 Дж; при уменьшении тока вдвое она уменьшится в 4 раза.

Электрическая зависимость

Британский физик Майкл Фарадей не сомневался в единственной природе явлений магнетизма в своей теореме. Изменяющийся во времени фон создаёт электронный и магнитный вид. В 1831 году Фарадей обнаружил появление индукции, которая легла в основу устройства для генераторов, преобразующих механическую энергию в электронную. А в 1835 г. немецкий математик Карл Гаусс определил аксиому, описывающую обозначение и зависимость напряжённости поля от величины заряда.

Появление электрической индукции замечено в появлении тока в проводящей цепи, которая либо лежит на изменяющемся во времени фоне, либо движется на непременном участке таким образом, что фактически число магнитных витков проникает в контуры трансформаций.

Для своих многочисленных экспериментов Фарадей воспользовался двумя катушками, магнитом, переключателем постоянного тока и гальванометром. Электронный поток мог зависеть и намагничивать кусок железа.

В результате экспериментов Фарадея были заложены основные особенности возникновения электрической индукции, и ток появляется:

  • в одной из катушек во время замыкания или размыкания электронной цепи внутри другой части;
  • когда энергия протекает в одном из элементов с поддержкой реостата;
  • при перемещении катушек относительно друг друга;
  • когда неизменный магнит движется относительно.

В замкнутом проводящем контуре ток появляется, когда число линий магнитной индукции изменяется, создавая плоскость, ограниченную цепью. И чем раньше перевести количество рядов МИ, тем больше генерируется индукционный ток в рамке. Это является основной причиной конфигурации численности последовательностей индукции.

Явление позволяет содержать и изменять число линий МИ, делая плоскость площадки, ограниченной неподвижной проводящей цепью, из-за конфигурации тока в катушке, расположенной рядом. Происходит максимальное изменение количества последовательностей МИ из-за смещения схемы на неоднородном фоне, плотность линий которого может изменяться на месте.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий