Магнитный поток в 1 вб может быть выражен в си: Магнитный поток в 1 вб может быть выражен в системе си как: — Знания.site

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

  1.  

    Катушка замкнута на гальванометр.

    а) В катушку вдвигают постоянный магнит. 

    б) Катушку надевают на постоянный магнит.

    Электрический ток возникает

    только в случае а)   только в случае б)

    в обоих случаях     ни в одном из перечисленных случаев

  2.  
 Медное кольцо, находящееся в магнитном поле, поворачивается из положения, когда его плоскость параллельна линиям магнитной индукции, в перпендикулярное положение. Модуль магнитного потока при этом:

   увеличивается  уменьшается 

не изменяется равен 0

    3.      За 3 секунды магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно увеличился с 6 Вб до 9 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке? 

1 В   2 В   3 В   0 В

    4.  Магнитный поток в 1 Вб может быть выражен в системе СИ  как
    5.   Постоянный прямой магнит падает сквозь алюминиевое кольцо. Модуль ускорения падения магнита.

равен g          больше g               меньше g

    6.  В короткозамкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, второй раз медленно. Сравните значения заряда, переносимого индукционным током.
    7.  Изменяясь во времени, магнитное поле порождает

 вихревое электрическое поле   электростатическое поле  

постоянное магнитное поле          гравитационное поле

    8.  Тонкое медное кольцо площадью 100 см2 расположено во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца параллельна линиям магнитной индукции. За 1 секунду магнитная индукция равномерно увеличивается с 1 мТл до 2 мТл. Модуль ЭДС индукции, возникающей при этом в контуре, равен

0,0001В       0,001 В       0,1 В         0 В

     9.   
Медное кольцо находится во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца перпендикулярна линиям магнитной индукции. Индукция магнитного поля равномерно увеличивается. Индукционный ток в кольце

увеличивается    уменьшается равен 0   постоянен

    10. Сила тока в катушке с индуктивностью 1 Гн увеличилась в 2 раза. Магнитный поток через катушку

  увеличился в 2 раза         увеличился в 4 раза

  уменьшился в 2 раза          уменьшился в 4 раза

      

                                                                     назад



Содержание

Магнитный поток и электромагнитная индукция: физические формулы

Если проводник замкнут, то есть является контуром, то в нем появляется ток индукции. Явление было открыто в 1831 г. М. Фарадеем.

Основной закон электромагнитной индукции

Основной формулой, при помощи которой определяют ЭДС индукции (), является закон Фарадея – Максвелла, больше известный как основной закон электромагнитной индукции (или закон Фарадея).

В соответствии с данным законом, электродвижущая сила индукции в контуре, находящемся в переменном магнитном поле, равна по модулю и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока () через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур:

   

где – скорость изменения магнитного потока. Полная производная присутствующая в формуле (1) охватывает весь спектр причин изменения магнитного потока через поверхность контура. Знак минус в формуле (1) отвечает правилу Ленца. В виде (1) формула ЭДС записана для международной системы единиц (СИ), в других системах вид закона может отличаться.

При равномерном изменении магнитного потока основной закон электромагнитной индукции записывают как:

   

Формулы ЭДС индукции для частных случаев

  • ЭДС индукции для контура имеющего N витков, находящегося в переменном магнитном поле можно найти как:
  •    
  • где – потокосцепление.
  • Если прямолинейный проводник движется в однородном магнитном поле, то в нем появляется ЭДС индукции, равная:
  •    
  • где v – скорость движения проводника; l – длина проводника; B – модуль вектора магнитной индукции поля; .
  • Разность потенциалов (U) на концах прямого проводника, движущегося в однородном магнитном поле с постоянной скоростью будет равна:
  •    
  • где – угол между направлениями векторов и .
  • При вращении плоского контура с постоянной скоростью в однородном магнитном поле вокруг оси, которая лежит в плоскости контура в нем появляется ЭДС индукции, которую можно вычислить как:
  •    

где S – площадь, которую ограничивает виток; – поток самоиндукции витка; — угловая скорость; () – угол поворота контура. Необходимо заметить, что формула (5) применима, в случае, если ось вращения составляет прямой угол с направлением вектора внешнего магнитного поля .

  1. Если вращающаяся рамка обладает N витками, при этом самоиндукцией рассматриваемой системы можно пренебречь, то:
  2.    
  3. Если проводник неподвижен в переменном магнитном поле, то ЭДС индукции можно найти как:
  4.    

Примеры решения задач по теме «Электромагнитная индукция»

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/formuly-po-fizike/formuly-elektromagnitnoj-indukcii/

Электромагнитная индукция. Магнитный поток — Класс!ная физика

«Физика — 11 класс»

Электромагнитная индукция

Английский физик Майкл Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле — магнитное.

  • В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, легшее в основу устройства генераторов, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока.
  • Явление электромагнитной индукции
  • Явление электромагнитной индукции — это возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.
  • Для своих многочисленных опытов Фарадей использовал две катушки, магнит, выключатель, источник постоянного тока и гальванометр.

Электрический ток способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока?

В результате опытов Фарадей установил главные особенности явления электромагнитной индукции:

1). индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания или размыкания электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.

2). индукционный ток возникает при изменении силы тока в одной из катушек с помощью реостата 3). индукционный ток возникает при движении катушек относительно друг друга 4). индукционный ток возникает при движении постоянного магнита относительно катушки

Вывод:

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток.

При этом не важно. что является причиной изменения числа линий магнитной индукции. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную неподвижным проводящим контуром, вследствие изменения силы тока в соседней катушке,

и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве, и т.д.

Магнитный поток — это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром.

Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле. Нормаль (вектор, модуль которого равен единице) к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции .

  1. Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и :
  2. Ф = BScos α
  3. где Вcos α = Вn — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура. Поэтому
  4. Ф = BnS
  5. Магнитный поток тем больше, чем больше
    Вn
    и S.
  6. Магнитный поток зависит от ориентации поверхности, которую пронизывает магнитное поле.
  7. Магнитный поток графически можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единицей магнитного потока является вебер. Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Следующая страница «Направление индукционного тока. Правило Ленца» Назад в раздел «Физика — 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин»

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Электромагнитная индукция. Магнитный поток — Направление индукционного тока. Правило Ленца — Закон электромагнитной индукции — ЭДС индукции в движущихся проводниках. Электродинамический микрофон — Вихревое электрическое поле — Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока — Электромагнитное поле — Примеры решения задач — Краткие итоги главы

Источник: http://class-fizika.ru/11_7.html

Магнитный поток (Ерюткин Е.С.). Видеоурок. Физика 9 Класс

Продолжая изучение темы «Электромагнитная индукция» давайте  подробнее остановиться на таком понятии, как магнитный поток.

Вы уже знаете, как обнаружить явление электромагнитной индукции — если замкнутый проводник пересекают магнитные линии, в этом проводнике возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

  • Теперь давайте обсудим, за счет чего образуется этот электрический ток и что является главным для того, чтобы этот ток появился.
  • Прежде всего, обратимся к опыту Фарадея и посмотрим еще раз на его важные особенности.
  • Итак, у нас в наличии есть амперметр, катушка с большим числом витков, которая накоротко прикреплена к этому амперметру.

Берем магнит, и точно так же, как на предыдущем уроке, опускаем этот магнит внутрь катушки. Стрелка отклоняется, то есть в данной цепи существует электрический ток.

Рис. 1. Опыт по обнаружению индукционного тока

А вот когда магнит находится внутри катушки электрического тока в цепи нет. Но стоит только попытаться этот магнит достать из катушки, как в цепи вновь появляется электрический ток, но направление этого тока изменяется на противоположное.

Обратите внимание также на то, что значение электрического тока, который протекает в цепи, зависит еще и от свойств самого магнита. Если взять другой магнит и проделать тот же эксперимент, значение тока существенно меняется, в данном случае ток становится меньше.

Проведя эксперименты, можно сделать вывод о том, что электрический ток, который возникает в замкнутом проводнике (в катушке), связан с магнитным полем постоянного магнита.

Иными словами, электрический ток зависит от какой-то характеристики магнитного поля. А мы уже ввели такую характеристику — магнитная индукция.

Напомним, что магнитная индукция обозначается буквой , это — векторная величина. И измеряется магнитная индукция в теслах.

  1. [Tл] — Тесла — в честь европейского и американского ученого Николы Тесла.
  2. Магнитная индукция характеризует действие магнитного поля на проводник с током, помещенный в это поле.
  3. Но, когда мы говорим об электрическом токе, то должны понимать, что электрический ток, и это вы знаете из 8 класса, возникает под действием электрического поля.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что электрический индукционный ток появляется за счет электрического поля, который в свою очередь образуется в результате действия магнитного поля. И такая взаимосвязь как раз осуществляется за счет магнитного потока.

Что же такое магнитный поток?

Магнитный поток обозначается буквой Ф и выражается в таких единицах, как вебер, и обозначается [Bб].

Магнитный поток можно сравнить с потоком жидкости, протекающей через ограниченную поверхность. Если взять трубу, и в этой трубе протекает жидкость, то, соответственно, через площадь сечения трубы будет протекать определенный поток воды.

Магнитный поток по такой аналогии характеризует, какое количество магнитных линий будет проходить через ограниченный контур. Этот контур это и есть площадка, ограниченная проволочным витком или, может быть, какой-либо другой формой, при этом обязательно эта площадь — ограниченная.

Рис. 2. В первом случае магнитный поток максимален. Во втором случае – равен нулю.

На рисунке изображены два витка. Один виток – это проволочный виток, через который проходят линии магнитной индукции. Как видите, этих линий здесь изображено четыре.

Если бы их было гораздо больше, то мы бы говорили, что магнитный поток будет большой.

Если бы этих линий было меньше, например, мы бы нарисовали одну линию, то тогда бы мы могли сказать, что магнитный поток достаточно мал, он небольшой.

И еще один случай: тогда, когда виток располагается таким образом, что через его площадь не проходят магнитные линии. Такое впечатление, что линии магнитной индукции скользят по поверхности. В этом случае можно сказать, что магнитный поток отсутствует, т.е. нет линий, которые пронизывали бы поверхность этого контура.

Магнитный поток характеризует весь магнит в целом (либо другой источник магнитного поля). Если магнитная индукция характеризует действие в какой-то одной точке, то магнитный поток – весь магнит целиком.

Можно сказать о том, что магнитный поток – это вторая очень важная характеристика магнитного поля.

Если магнитную индукцию называют силовой характеристикой магнитного поля, то магнитный поток – это энергетическая характеристика магнитного поля.

Вернувшись к экспериментам, можно сказать о том, что каждый виток катушки можно представить как отдельный замкнутый виток. Тот самый контур, через который и будет проходить магнитный поток вектора магнитной индукции. В этом случае будет наблюдаться индукционный электрический ток.

Т.о., именно под действием магнитного потока создается электрическое поле в замкнутом проводнике. А уже это электрическое поле создает не что иное, как электрический ток.

Давайте посмотрим еще раз на эксперимент, и теперь, уже зная, что существует магнитный поток, посмотрим на связь магнитного потока и значение индукционного электрического тока.

Возьмем магнит и достаточно медленно пропустим его через катушку. Значение электрического тока меняется очень незначительно.

Если же попытаться вытащить магнит быстро, то значение электрического тока будет больше, чем в первом случае.

В данном случае роль играет скорость изменения магнитного потока. Если изменение скорости магнита будет достаточно большим, значит, и индукционный ток тоже будет значительным.

В результате такого рода экспериментов были выявлены следующие закономерности.

Рис. 3. От чего зависят магнитный поток и индукционный ток

1. Магнитный поток пропорционален магнитной индукции.

2. Магнитный поток прямо пропорционален площади поверхности контура, через который проходят линии магнитной индукции.

3. И третье — зависимость магнитного потока от угла расположения контура. Мы уже обращали внимание на то, что, если площадь контура тем или иным образом, это оказывает влияние на наличие и величину магнитного потока.

  • Таким образом, можно сказать, что сила индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.
  • I~
  • ∆Ф – это изменение магнитного потока.
  • ∆t – это время, в течение которого изменяется магнитный поток.
  • Отношение – это как раз и есть скорость изменения магнитного потока.
  • Исходя из этой зависимости, можно сделать вывод, что, например, индукционный ток может быть создан и достаточно слабым магнитом, но при этом скорость движения этого магнита должна быть очень большой.

Первым человеком, который этот закон получил, был английский ученый М. Фарадей. Понятие магнитного потока позволяет глубже взглянуть на единую природу электрических и магнитных явлений.

Список дополнительной литературы:

Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга, Т. 2. М., 1974 Яворский Б.М., Пинский А.А., Основы физики, т.2., М. Физматлит., 2003 А так ли хорошо знакомы вам потоки?// Квант. — 2009. — № 3. — С. 32-33. Аксенович Л. А.

Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C.

344.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/9-klass/elektromagnitnye-yavleniya/magnitnyy-potok-2

Электромагнитная индукция. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Электромагнитная индукция
1831 г. — М. Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает так называемый индукционный ток. (Индукция, в данном случае, — появление, возникновение).
  • Индукционный ток в катушке возникает при
  • перемещении постоянного магнита относительно катушки;
  • при перемещении электромагнита относительно катушки;
  • при перемещении сердечника относительно электромагнита, вставленного в катушку;
  • при регулировании тока в цепи электромагнита;
  • при замыкании и размыкании цепи
  1. Появление тока в замкнутом контуре при изменении магнит­ного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил (или о возникно­вении ЭДС индукции).
  2. Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля (потока), пронизывающего контур, назы­вается электромагнитной индукцией.
  3. Или: явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля (потока), называется электромагнитной индукцией.
Закон электромагнитной индукции
При всяком изменении магнитного потока через проводящий замкнутый контур в этом контуре возникает электрический ток. I зависит от свойств контура (сопротивление):  .  e не зависит от свойств контура: .
ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.
Основные применения электромагнитной индукции: генерирование тока (индукционные генераторы на всех электростанциях, динамомашины), трансформаторы.
Возникновение индукционного тока — следствие закона сохранения энергии!
В случае 1: При приближении магнита, увеличении тока, замыкании цепи: ; Магнитный поток Ф­ → ΔФ>0.Чтобы компенсировать это изменение (увеличение) внешнего поля, необходимо магнитное поле, направленное в сторону, противоположную внешнему полю: , где  — т.н. индукционное магнитное поле.
В случае 2: при удалении магнита, уменьшении тока, размыкании цепи: . Магнитный поток Ф  → ΔФ0). Ток в контуре имеет положительное направление (), если  совпа­дает с ,   (т.е. ΔΦ

Источник: https://www.eduspb.com/node/1776

Магнитный поток

Субботин Б.П.

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.

  • Определение
    магнитного потока:
  • Магнитным
    потоком Ф через поверхность S называют
    количество линий вектора магнитной
    индукции B, проходящих через поверхность
    S.
  • Формула
    магнитного потока:
  • Ф
    = BS cos α
  • 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.

Измеряется
магнитный поток в веберах (вольт-секундах):
1 вб = 1 в * с. Кроме того, для измерения
магнитного потока применяют максвелл:
1 вб = 108 мкс.
Соответственно 1 мкс = 10-8 вб.

Магнитный
поток является скалярной величиной.

ЭНЕРГИЯ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА

Вокруг
проводника с током существует магнитное
поле, которое обладает энергией.
Откуда
она берется? Источник тока, включенный
в эл.цепь, обладает запасом энергии.
В
момент замыкания эл.цепи источник тока
расходует часть своей энергии на
преодоление действия возникающей ЭДС
самоиндукции.

Эта часть энергии,
называемая собственной энергией тока,
и идет на образование магнитного
поля. Энергия магнитного поля
равна собственной
энергии тока.

Собственная
энергия тока численно равна работе,
которую должен совершить источник тока
для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы
создать ток в цепи.

Энергия
магнитного поля, созданного током, прямо
пропорциональна квадрату силы тока.
Куда
пропадает энергия магнитного поля после
прекращения тока? — выделяется ( при
размыкании цепи с достаточно большой
силой тока возможно возникновение искры
или дуги)

4.1. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность

Основные
формулы

·            Закон
электромагнитной индукции (закон
Фарадея):

где – эдс индукции;–
полный магнитный поток (потокосцепление).

·            Магнитный
поток, создаваемый током в контуре,

где  –
индуктивность контура;–
сила тока.

·            Закон
Фарадея применительно к самоиндукции

·            Эдс индукции, возникающая при
вращении рамки с током в магнитном поле,

где –
индукция магнитного поля;–
площадь рамки;–
угловая скорость вращения.

·            Индуктивность
соленоида

где –
магнитная постоянная;

png» width=»19″>–
магнитная проницаемость вещества;–
число витков соленоида;

png» width=»17″>–
площадь сечения витка;–
длина соленоида.

·            Сила
тока при размыкании цепи

где –
установившаяся в цепи сила тока;

png» width=»17″>–
индуктивность контура,–
сопротивление контура;

png» width=»11″>–
время размыкания.

·            Сила
тока при замыкании цепи

·            Время
релаксации

Примеры
решения задач

Пример
1.

Магнитное
поле изменяется по закону ,
где=
15 мТл,.

 В
магнитное поле помещен круговой
проводящий виток радиусом = 20
см под угломк
направлению поля (в начальный момент
времени).

Найти эдс индукции, возникающую в
витке в момент времени=
5 с.

Решение

По
закону электромагнитной индукции возникающая в
витке эдс индукции ,
где–
 магнитный поток, сцепленный в витке.

где –
площадь витка,;

png» width=»19″>– угол
между направлением вектора магнитной
индукциии
нормалью к контуру:

png» width=»159″>.

Подставим
числовые значения: =
15 мТл,,= 20
см =   = 0,2 м,.

Пример 2В однородном магнитном поле с индукцией = 0,2 Тл расположена прямоугольная рамка, подвижная сторона которой длиной= 0,2 м перемещается со скоростью= 25 м/с перпендикулярно линиям индукции поля (рис. 42). Определить эдс индукции, возникающую в контуре.РешениеПри движении проводника АВ в магнитном поле площадь рамки увеличивается, следовательно, возрастает магнитный поток сквозь рамку и возникает эдс индукции.

По
закону Фарадея ,
 где

png» width=»120″>,
тогда,
но

png» width=»58″>,
поэтому.

Знак
«–» показывает, что эдс индукции
и индукционный ток направлены против
часовой стрелки.

САМОИНДУКЦИЯ

Каждый
проводник, по которому протекает эл.ток,
находится в собственном магнитном поле.

При
изменении силы тока в проводнике меняется
м.поле, т.е. изменяется магнитный поток,
создаваемый этим током. Изменение
магнитного потока ведет в возникновению
вихревого эл.

поля и в цепи появляется
ЭДС индукции.  Это
явление называется самоиндукцией.Самоиндукция —
явление возникновения ЭДС индукции в
эл.цепи в результате изменения силы
тока.

Возникающая при этом ЭДС
называется ЭДС
самоиндукции


Проявление
явления самоиндукции

Замыкание
цепи При
замыкании в эл.

цепи нарастает ток, что
вызывает в катушке увеличение магнитного
потока, возникает вихревое эл.поле,
направленное против тока, т.е.

в катушке
возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая
нарастанию тока в цепи ( вихревое поле
тормозит электроны).
В результатеЛ1
загорается позже,
 чем
Л2.

Размыкание
цепи При
размыкании эл.цепи ток убывает, возникает
уменьшение м.потока в катушке, возникает
вихревое эл.поле, направленное как ток
( стремящееся сохранить прежнюю силу
тока) , т.е.

в катушке возникает ЭДС
самоиндукции, поддерживающая ток в
цепи.
В результате Л при выключении ярко
вспыхивает.
Вывод в
электротехнике явление самоиндукции
проявляется при замыкании цепи (эл.ток
нарастает постепенно) и при размыкании
цепи (эл.ток пропадает не сразу).


ИНДУКТИВНОСТЬ

Единицы
измерения индуктивности в
системе СИ:

Индуктивность
катушки зависит от:
числа витков,
размеров и формы катушки и от относительной
магнитной проницаемости среды 
(
возможен сердечник).

ЭДС
САМОИНДУКЦИИ

ЭДС
самоиндукции препятствует нарастанию
силы тока при включении цепи и убыванию
силы тока при размыкании цепи.

Для
характеристики намагниченности вещества
в магнитном поле используетсямагнитный
момент (Р
м). Он
численно равен механическому моменту,
испытываемому веществом в магнитном
поле с индукцией в 1 Тл.

  1. Магнитный
    момент единицы объема вещества
    характеризует его намагниченность
    — I
    ,
    определяется по формуле:
  2. I= Рм /V,
    (2.4)
  3. где V —
    объем вещества.
  4. Намагниченность
    в системе СИ измеряется, как и напряженность,
    в А/м,
    величина векторная.
  5. Магнитные
    свойства веществ характеризуются объемной
    магнитной восприимчивостью
     — cо , величина
    безразмерная.

Если
какое-либо тело поместить в магнитное
поле с индукцией В,
то происходит его намагничивание.
Вследствие этого тело создает свое
собственное магнитное поле с индукцией В,
которое взаимодействует с намагничивающим
полем.

  • В
    этом случае вектор индукции в среде (В)будет
    слагаться из векторов:
  • В
    = В
     +
    В
    (знак
    вектора опущен), (2.5)
  • где В —индукция
    собственного магнитного поля
    намагнитившегося вещества.
  • Индукция
    собственного поля определяется магнитными
    свойствами вещества, которые характеризуются
    объемной магнитной восприимчивостью
    — cо,
    справедливо выражение:В = cо В(2.6)
  • Разделим
    на mвыражение
    (2.6):
  • В/
    m
    оcо В/m
  • Получим: Н‘ cо Н , (2.7)

но Н‘ определяет
намагниченность вещества I,
т.е. Н = I,
тогда из (2.7):

I
= c
оН.
(2.8)

Таким
образом, если вещество находится во
внешнем магнитном поле с напряженностьюН,
то внутри него индукция определяется
выражением:

В=В +
В
 =
m
Н +mН =
m
 +
I) 
(2.9)

Последнее
выражение строго справедливо, когда
сердечник (вещество) находится полностью
во внешнем однородном магнитном поле
(замкнутый тор, бесконечно длинный
соленоид и т.д.).

Источник: https://studfile.net/preview/5582906/page:11/

Магнетизм — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи — Обучение Физике, Онлайн подготовка к ЦТ и ЕГЭ

Основные теоретические сведения

Сила Ампера

К оглавлению…

Заряженные тела способны создавать кроме электрического еще один вид поля. Если заряды движутся, то в пространстве вокруг них создается особый вид материи, называемый магнитным полем.

Следовательно, электрический ток, представляющий собой упорядоченное движение зарядов, тоже создает магнитное поле. Как и электрическое поле, магнитное поле не ограничено в пространстве, распространяется очень быстро, но все же с конечной скоростью.

Его можно обнаружить только по действию на движущиеся заряженные тела (и, как следствие, токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности E электрического поля. Такой характеристикой является вектор B магнитной индукции.

В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принят 1 Тесла (Тл).

 Если в магнитное поле с индукцией B поместить проводник длиной l с током I, то на него будет действовать сила, называемая силой Ампера, которая вычисляется по формуле:

где: В – индукция магнитного поля, I – сила тока в проводнике, l – его длина. Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. 

Для определения направления силы Ампера обычно используют правило «Левой руки»: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник (см. рисунок).

Если угол α между направлениями вектора магнитной индукции и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера надо взять составляющую магнитного поля, которая перпендикулярна направлению тока. Решать задачи этой темы нужно так же как и в динамике или статике, т.е. расписав силы по осям координат или складывая силы по правилам сложения векторов.

Момент сил, действующих на рамку с током

Пусть рамка с током находится в магнитном поле, причём плоскость рамки перпендикулярна полю. Силы Ампера будут сжимать рамку, а их равнодействующая будет равна нулю.

Если поменять направление тока, то силы Ампера поменяют своё направление, и рамка будет не сжиматься, а растягиваться. Если линии магнитной индукции лежат в плоскости рамки, то возникает вращательный момент сил Ампера.

Вращательный момент сил Ампера равен:

где: S — площадь рамки, α — угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции (нормаль — вектор, перпендикулярный плоскости рамки), N – количество витков, B – индукция магнитного поля, I – сила тока в рамке.

Сила Лоренца

К оглавлению…

Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Δl с силой тока I, находящийся в магнитном поле B может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда. Эти силы называют силами Лоренца. Сила Лоренца, действующая на частицу с зарядом q в магнитном поле B, двигающуюся со скоростью v, вычисляется по следующей формуле:

Угол α в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции. Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки или по правилу буравчика (как и сила Ампера).

Вектор магнитной индукции нужно мысленно воткнуть в ладонь левой руки, четыре сомкнутых пальца направить по скорости движения заряженной частицы, а отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца.

Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы Лоренца, найденное по правилу левой руки, надо будет заменить на противоположное.

Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам скорости и индукции магнитного поля. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по окружности, радиус которой можно вычислить по следующей формуле:

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы. Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен:

Последнее выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения (а значит и частота, и угловая скорость) не зависит от скорости (следовательно, и от кинетической энергии) и радиуса траектории R.

Теория о магнитном поле

К оглавлению…

Магнитное взаимодействие токов

Если по двум параллельным проводам идёт ток в одном направлении, то они притягиваются; если в противоположных направлениях, то отталкиваются. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером.

 Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

 Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

где: μ0 – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно:

μ0 = 4π·10–7 H/A2 ≈ 1,26·10–6 H/A2.

Сравнивая приведенное только что выражение для силы взаимодействия двух проводников с током и выражение для силы Ампера нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля создаваемого каждым из прямолинейных проводников с током на расстоянии R от него:

где: μ – магнитная проницаемость вещества (об этом чуть ниже). Если ток протекает по круговому витку, то в центре витка индукция магнитного поля определяется по формуле:

Силовыми линиями магнитного поля называют линии, по касательным к которым располагаются магнитные стрелки. Магнитной стрелкой называют длинный и тонкий магнит, его полюса точечны. Подвешенная на нити магнитная стрелка всегда поворачивается в одну сторону. При этом один её конец направлен в сторону севера, второй — на юг.

Отсюда название полюсов: северный (N) и южный (S). Магниты всегда имеют два полюса: северный (обозначается синим цветом или буквой N) и южный (красным цветом или буквой S). Магниты взаимодействуют так же, как и заряды: одноименные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Невозможно получить магнит с одним полюсом.

Даже если магнит разломать, то у каждой части будет по два разных полюса.

Вектор магнитной индукции

Вектор магнитной индукции — векторная физическая величина, являющаяся характеристикой магнитного поля, численно равная силе, действующей на элемент тока в 1 А и длиной 1 м, если направление силовой линии перпендикулярно проводнику. Обозначается В, единица измерения — 1 Тесла. 1 Тл — очень большая величина, поэтому в реальных магнитных полях магнитную индукцию измеряют в мТл.

Вектор магнитной индукции направлен по касательной к силовым линиям, т.е. совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещённой в данное магнитное поле. Направление вектора магнитной индукции не совпадает с направлением силы, действующей на проводник, поэтому силовые линии магнитного поля, строго говоря, силовыми не являются.

Силовая линия магнитного поля постоянных магнитов направлена по отношению к самим магнитам так, как показано на рисунке:

В случае магнитного поля электрического тока для определения направления силовых линий используют правило «Правой руки»: если взять проводник в правую руку так, чтобы большой палец был направлен по току, то четыре пальца, обхватывающие проводник, показывают направление силовых линий вокруг проводника:

В случае прямого тока линии магнитной индукции — окружности, плоскости которых перпендикулярны току. Вектора магнитной индукции направлены по касательной к окружности.

Соленоид — намотанный на цилиндрическую поверхность проводник, по которому течёт электрический ток I. Магнитное поле соленоида подобно полю прямого постоянного магнита. Внутри соленоида длиной l и количеством витков N создается однородное магнитное поле с индукцией (его направление также определяется правилом правой руки):

Линии магнитного поля имеют вид замкнутых линий — это общее свойство всех магнитных линий. Такое поле называют вихревым. В случае постоянных магнитов линии не оканчиваются на поверхности, а проникают внутрь магнита и замыкаются внутри. Это различие электрического и магнитного полей объясняется тем, что, в отличие от электрических, магнитных зарядов не существует.

Магнитные свойства вещества

Все вещества обладают магнитными свойствами. Магнитные свойства вещества характеризуются относительной магнитной проницаемостью μ, для которой верно следующее:

Данная формула выражает соответствие вектора магнитной индукции поля в вакууме и в данной среде. В отличие от электрического, при магнитном взаимодействии в среде можно наблюдать и усиление, и ослабление взаимодействия по сравнению с вакуумом, у которого магнитная проницаемость μ = 1.

У диамагнетиков магнитная проницаемость μ немного меньше единицы. Примеры: вода, азот, серебро, медь, золото. Эти вещества несколько ослабляют магнитное поле. Парамагнетики — кислород, платина, магний — несколько усиливают поле, имея μ немного больше единицы.

У ферромагнетиков — железо, никель, кобальт — μ >> 1. Например, у железа μ ≈ 25000.

Магнитный поток. Электромагнитная индукция

К оглавлению…

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М.Фарадеем в 1831 году. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур. Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину:

где: B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором магнитной индукции B и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура, S – площадь контура, N – количество витком в контуре. Единица магнитного потока в системе СИ называется Вебером (Вб).

  • Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции εинд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:
  • Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум возможным причинам.
  1. Магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле. Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.
  2. Вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре.

При решении задач важно сразу определить за счет чего меняется магнитный поток. Возможно три варианта:

  1. Меняется магнитное поле.
  2. Меняется площадь контура.
  3. Меняется ориентация рамки относительно поля.

При этом при решении задач обычно считают ЭДС по модулю. Обратим внимание также внимание на один частный случай, в котором происходит явление электромагнитной индукции. Итак, максимальное значение ЭДС индукции в контуре состоящем из N витков, площадью S, вращающемся с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией В:

Движение проводника в магнитном поле

К оглавлению…

При движении проводника длиной l в магнитном поле B со скоростью v на его концах возникает разность потенциалов, вызванная действием силы Лоренца на свободные электроны в проводнике. Эту разность потенциалов (строго говоря, ЭДС) находят по формуле:

где: α — угол, который измеряется между направлением скорости и вектора магнитной индукции. В неподвижных частях контура ЭДС не возникает.

Если стержень длиной L вращается в магнитном поле В вокруг одного из своих концов с угловой скоростью ω, то на его концах возникнет разность потенциалов (ЭДС), которую можно рассчитать по формуле:

Индуктивность. Самоиндукция. Энергия магнитного поля

К оглавлению…

Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре.

Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.

Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I:

Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. Единица индуктивности в СИ называется Генри (Гн).

Запомните: индуктивность контура не зависит ни от магнитного потока, ни от силы тока в нем, а определяется только формой и размерами контура, а также свойствами окружающей среды. Поэтому при изменении силы тока в контуре индуктивность остается неизменной. Индуктивность катушки можно рассчитать по формуле:

  1. где: n — концентрация витков на единицу длины катушки:
  2. ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, согласно формуле Фарадея равна:
  3. Итак ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии. Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, может быть рассчитана по одной из формул (они следуют друг из друга с учётом формулы Φ = LI):

  • Соотнеся формулу для энергии магнитного поля катушки с её геометрическими размерами можно получить формулу для объемной плотности энергии магнитного поля (или энергии единицы объёма):

Правило Ленца

К оглавлению…

Инерция – явление, происходящее и в механике (при разгоне автомобиля мы отклоняемся назад, противодействуя увеличению скорости, а при торможении отклоняемся вперёд, противодействуя уменьшению скорости), и в молекулярной физике (при нагревании жидкости увеличивается скорость испарения, самые быстрые молекулы покидают жидкость, уменьшая скорость нагревания) и так далее.

В электромагнетизме инерция проявляется в противодействии изменению магнитного потока, пронизывающего контур. Если магнитный поток нарастает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать нарастанию магнитного потока, а если магнитный поток убывает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать убыванию магнитного потока.

Правило Ленца для определения направления индукционного тока: возникающий в контуре индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывало этот ток.

Источник: https://educon.by/index.php/materials/phys/magnetizm

Электромагнитная индукция и магнитный поток 🐲 СПАДИЛО.РУ

Английский физик и химик Майкл Фарадей считал, что если электрический ток может намагнитить кусок железа, то магнит тоже каким-то образом должен вызывать появление электрического тока. И он оказался прав. В 1831 году он открыл явление электромагнитной индукции.

Определение

Электромагнитная индукция — явление, заключающееся в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитной поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Опыты Фарадея

Сначала Фарадей открыл электромагнитную индукцию в неподвижных друг относительно друга проводниках пи замыкании и размыкании цепи. Он собрал установку, состоящую из источника тока, реостата, гальванометра, ключа и двух катушек. Одну катушку он соединил с реостатом, ключом и подключил к источнику питания. Вторую он подключил к гальванометру и устанавливал ее на тот же сердечник, что и первую. Всякий раз, как он замыкал или размыкал цепь, стрелка гальванометра отклонялась от нулевого значения шкалы.

Затем электромагнитная индукция была обнаружена при сближении и удалении катушек в замкнутой цепи. Если ученый перемещал одну катушку относительно второй, стрелка гальванометра также отклонялась.

Потом явление электромагнитной индукции было обнаружено при изменении силы тока в подключенной к источнику питания катушке с помощью реостата. Если сила тока уменьшалась или увеличивалась, стрелка гальванометра отклонялась от начального положения. Но она вставала на нулевое значение, если прекращать перемещение ползунка реостата (делать силу тока постоянной).

Ученый понимал, что магнит представляет собой совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. Поэтому он поставил следующий опыт.

Фарадей собрал установку, состоящую из катушки и подключенного к ней гальванометра. Затем он взял полосовой магнит и ввел его внутрь катушки. В этот момент стрелка амперметра отклонилась от нулевого значения. Если же ученый останавливал движение магнита внутри катушки, стрелка прибора возвращалась в исходное положение. При извлечении магнита из катушки стрелка амперметра отклонялась в противоположную сторону.

Все эти опыты позволили Фарадею уловить то общее, от чего зависит появление индукционного тока в катушках. В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции совершенно безразлична. Это может быть изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность неподвижного проводящего контура вследствие изменения силы тока в соседней катушке, и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве.

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции →B характеризует магнитное поле в каждой точке пространства. Можно ввести еще одну величину, зависящую от значения вектора →B не в одной точке, а во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром. Для этого рассмотрим плоский замкнутый проводник (контур) с площадью поверхности S, помещенный в однородное магнитное поле. Нормаль →n к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции →B (см. рисунок).

Определение

Магнитным потоком, или потоком магнитной индукции через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции →B на площадь S и косинус угла α между векторами →B и →n. Обозначается магнитный поток как Φ.

Φ=BScos.α

Произведение Bcos.α=Bn представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура. Поэтому:

Φ=BnS

Магнитный поток можно представить как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единица измерения магнитного потока — вебер (Вб). Магнитный поток в 1 Вб создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Пример №1. Линии индукции однородного магнитного поля пронизывают рамку площадью 0,5 м2 под углом 30° к её поверхности, создавая магнитный поток, равный 0,2 Вб. Чему равен модуль вектора индукции магнитного поля?

Выразим модуль вектора магнитной индукции:

В=ΦScos.α..

Так как нам дан угол между поверхностью рамки и вектором магнитной индукции, угол между вектором магнитной индукцией и нормалью будет равен разности 90о и угла поверхностью рамки и вектором магнитной индукции. Отсюда:

0,20,5cos.(90°−30°)..=0,20,5·0,5..=0,8 (Тл)

Задание EF18180

Плоская рамка помещена в однородное магнитное поле, линии магнитной индукции которого перпендикулярны её плоскости. Если площадь рамки увеличить в 3 раза, а индукцию магнитного поля уменьшить в 3 раза, то магнитный поток через рамку

Ответ:

а) увеличится в 9 раз

б) не изменится

в) уменьшится в 3 раза

г) уменьшится в 9 раз

Алгоритм решения

1.Записать формулу, раскрывающую зависимость магнитным потоком, площадью рамки, помещенной в магнитное поле и индукции этого поля.

2.Установить, как изменится магнитной поток при изменении указанных в задаче величин.

Решение

Магнитный поток, пронизывающий площадь, ограниченную рамкой, определяется формулой:

Φ=BScos.α

По условию задачи площадь рамки увеличивают в 3 раза, а индукцию магнитного поля уменьшают во столько же раз. Следовательно:

S1=3S

B1=B3..

Следовательно:

Φ1=B1S1cos.α=3S·B3..cos.α=BScos.α=Φ

Следовательно, магнитный поток не изменится.

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18285

Линии индукции однородного магнитного поля пронизывают рамку площадью 0,5 м2 под углом 30° к её поверхности, создавая магнитный поток, равный 0,2 Вб. Чему равен модуль вектора индукции магнитного поля?

Ответ:

а) 0,2 Тл

б) 0,4 Тл

в) 0,8 Тл

г) 0,16 Тл

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Записать формулу для определения потока магнитной индукции.

3.Выразить искомую величину.

4.Подставить исходные данные и выполнить вычисления.

Решение

Запишем исходные данные:

• Магнитный поток, пронизывающий рамку: Φ = 0,2 Вб.

• Площадь рамки, находящейся в однородном магнитном поле: S = 0,5 м2.

• Угол между вектором магнитной индукции и плоскостью, ограниченной контуром рамки: β = 30о.

Запишем формулу для определения потока магнитной индукции:

Φ=BScos.α

Так как в условиях задачи указан угол между вектором магнитной индукции и плоскостью рамки, то угол между нормалью и плоскостью рамки будет равен α=90°−β.

Выразим модуль вектора индукции магнитного поля:

B=ΦScos.(90−β)..=0,20,5·cos.(90°−30°)..=0,40,5..=0,8 (Тл)

Ответ: в

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF19000

Проволочная рамка площадью 2×10–3 м2  вращается в однородном магнитном поле вокруг оси, перпендикулярной вектору магнитной индукции. Магнитный поток, пронизывающий площадь рамки, изменяется по закону    Ф=4×10–6cos10πt, где все величины выражены в СИ. Чему равен модуль магнитной индукции? Ответ выразите в мТл.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Записать формулу для определения потока магнитной индукции.

3.Выразить искомую величину.

4.Подставить исходные данные и выполнить вычисления.

Решение

Запишем исходные данные:

• Магнитный поток, пронизывающий рамку: Φ = 4∙10–6cos10πt Вб.

• Площадь рамки, находящейся в однородном магнитном поле: S = 2∙10–3 м2.

Запишем формулу для определения потока магнитной индукции:

Φ=BScos.α

Выразим модуль вектора индукции магнитного поля:

B=ΦScos.α..

Так как рамка вращается в однородном магнитном поле, угол между нормалью, проведенной к ее плоскости, и вектором магнитной индукции постоянно меняется. Если мы примем этот угол за 0 градусов, то косинус этого угла будет равен 1. Тогда мы получим максимальное значение магнитного потока, пронизывающего рамку, и сможем вычислить модуль вектора магнитной индукции.

Ответ: 2

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить


Алиса Никитина | Просмотров: 1.1k | Оценить:

Единица измерения магнитного потока в систем СИ

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U — напряжение на участке, R — сопротивление участка.

5)Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементовэлектрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же:

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках:

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в цепи). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.

В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.

6)Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом.

Математически может быть выражен в следующей форме:

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мощность постоянного тока — Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формулам:

7) Примесная проводимость полупроводников — электрическая проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике донорных или акцепторных примесей.

Примесная проводимость, как правило, намного превышает собственную, и поэтому электрические свойства полупроводников определяются типом и количеством введенных в него легирующих примесей.

Собственная проводимость

Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».

Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:

где — удельное сопротивление, — подвижность электронов, — подвижность дырок, — их концентрация, q — элементарный электрический заряд(1,602·10−19 Кл).

8) Полупроводниковый диод — радиотехническое устройство, содержащее один электронно-дырочный переход.
Полупроводниковый диод обладает свойством односторонней проводимости и используется для выпрямления переменного тока.

Транзи́стор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

9)Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения[1], магнитная составляющая электромагнитного поля. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Постоянный магнит — изделие различной формы из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля.

10) Электродвигатель– это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую. В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки

11)Магнитный поток — В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции В.

Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением:

Φ = B · S · cos α

Единица измерения магнитного потока в систем СИ — 1 Вебер (1 Вб).

1 Вб = 1 Тл · 1 м2

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Зако́н электромагни́тной инду́кции Фараде́я является основным законом электродинамики, касающимся принципов работытрансформаторов, дросселей, многих видов электродвигателей и генераторов.[1] Закон гласит: Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит:

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.

12)Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре[1] при изменении тока, протекающего по контуру. При изменении тока в контуре пропорционально меняется[2] и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром[3]. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС.Это явление и называется самоиндукцией.

Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре:

(1)

где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.

Взаимоиндукция (взаимная индукция) — возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в одном проводнике вследствие изменения силы тока в другом проводнике или вследствие изменения взаимного расположения проводников. Взаимоиндукция — частный случай более общего явления — электромагнитной индукции.

13) Генераторами называются машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.

Переменный ток – это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника

или

Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Трансформатор — устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте. Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции.

14) Производство электроэнергии — это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации:

Тепловая электроэнергетика. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС)

Гидроэнергетика. К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС)

Ядерная энергетика. К ней относятся атомные электростанции (АЭС)

Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям.

Электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.

Электроснабжение определяется двумя факторами – качеством электроэнергии и её надёжностью. С проблемами электроснабжения потребители сталкиваются тогда, когда начинаются неполадки в работе их электрооборудования.

15)Колебательный контур — осциллятор, представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока

Резонансная частота контура определяется формулой Томсона:

Свободные электромагнитные колебания – это периодически повторяющиеся изменения электромагнитных величин (q – электрический заряд, I – сила тока, U – разность потенциалов), происходящие без потребления энергии от внешних источников.

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника. Внешним источником ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока, работающие на электростанциях.

16)Конденсатор в цепи переменного тока проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

Катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току.

Руководство по экспертизе заявок на изобретения

Часть третья. РУКОВОДСТВО ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРТИЗЫ ЗАЯВОК НА ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО СУЩЕСТВУ

Оглавление части третьей

 

Приложение. Единицы величин, признанные в международной практике и соответствующие требованию подпункта (3) пункта 10.11 Регламента ИЗ


 


 

1. Единицы Международной системы единиц (единицы СИ) и их десятичные кратные и дольные единицы


 

1.1. Основные единицы СИ

Величина

Единица

Название

Обозначение

Длина

метр

м

Масса

килограмм

кг

Время

секунда

с

Электрический ток

ампер

А

Термодинамическая температура

кельвин

К

Количество вещества

моль

моль

Сила света

кандела

кд

Определения основных единиц СИ:

– единица длины: метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 секунды;

– единица массы: килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа (эталона) килограмма;

– единица времени: секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;

– единица электрического тока: ампер есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10–7 ньютонам;

– единица термодинамической температуры: кельвин есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды;

– единица количества вещества: моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 килограмма.

При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц;

– единица силы света: кандела есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватт на стерадиан.

Примечание. Кроме термодинамической температуры (Т) допускается применять также температуру Цельсия (t), определяемую выражением t = T – T0 , где T0 = 273,15 K. Термодинамическую температуру выражают в кельвинах, температуру Цельсия – в градусах Цельсия (°С). По размеру градус Цельсия равен кельвину.


 

1.2. Производные единицы СИ, имеющие специальные названия и обозначения

Величина

Единица

Выражение через основные и производные единицы СИ

Название

Обозначение

Плоский угол

радиан

рад

Телесный угол

стерадиан

ср

Частота

герц

Гц

с–1

Сила

ньютон

Н

м·кг·с–2

Давление, механическое напряжение

паскаль

Па

м–1·кг·с–2

Энергия, работа; количество теплоты

джоуль

Дж

м2·кг·с–2

Мощность

ватт

Вт

м2·кг·с–3

Электрический заряд, количество электричества

кулон

Кл

с·A

Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила

вольт

В

м2·кг·с–3·A–1

Электрическое сопротивление

ом

Ом

м2·кг·с–3·A–2

Электрическая проводимость

сименс

См

м–2·кг–1·с3·A2

Электрическая емкость

фарад

Ф

м–2·кг–1·с4·A2

Поток магнитной индукции, магнитный поток

вебер

Вб

м2·кг·с–2·A–1

Плотность магнитного потока, магнитная индукция

тесла

Тл

кг·с–2·A–1

Индуктивность

генри

Гн

м2·кг·с–2·A–2

Световой поток

люмен

лм

кд·ср

Освещенность

люкс

лк

м2·кд·ср

Активность радионуклида

беккерель

Бк

с–1

Поглощенная доза ионизирующего излучения, керма

грей

Гр

м2·с–2

Эквивалентная доза ионизирующего излучения

зиверт

Зв

м2·с–2

1.3. Правила образования названий и обозначений десятичных кратных и дольных единиц

Десятичный множитель

Приставка

Обозначение приставки

Десятичный множитель

Приставка

Обозначение приставки

1024

йота

И

10–1

деци

д

1021

зета

З

10–2

санти

с

1018

экса

Э

10–3

милли

м

1015

пета

П

10–6

микро

мк

1012

тера

Т

10–9

нано

н

109

гига

Г

10–12

пико

п

106

мега

М

10–15

фемто

ф

103

кило

к

10–18

атто

а

102

гекто

г

10–21

зепто

з

101

дека

да

10–24

иокто

и

Названия и обозначения десятичных кратных и дольных единиц массы формируют с помощью приставки к слову «грамм» и их обозначения к обозначению «г».

Когда производная единица выражена как фракция, ее десятичные кратные и дольные единицы могут быть определены путем добавления приставки к единицам в числителе или знаменателе или в обеих этих частях.

Составные приставки, т. е. приставки, сформированные сопоставлением нескольких из приведенных приставок, не должны использоваться.


 

1.4. Внесистемные единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ

Величина

Единица

Название

Обозначение

Соотношение с другими единицами СИ

Объем, вместимость

литр

л

1 л = 1 дм3 = 10–3 м3

Масса

тонна

т

1 т = 103 кг

Давление, напряжение

бар

бар

1 бар = 105 Па

Плоский угол

оборот*

1 оборот = 2 π рад

градус (гон)

град

1 град = π/200 рад

градус

о

1о = π/180 рад

минута

1′ = π/10 800 рад

секунда

»

1» = π/648 000 рад

Время

минута

мин

1 мин = 60 с

час

ч

1 ч = 3 600 с

сутки

сут

1 сут = 86 400 с

* Международного обозначения не существует.


 

2. Единицы, используемые с СИ, величины которых в СИ получены путем проведения экспериментов

Величина

Единица

Название

Обозначение

Соотношение с единицами СИ

Масса

атомная единица массы

а.е.м.

1,6605655·10–27 кг

Энергия

электронвольт

эВ

1,6021892·10–19 Дж

Атомная единица массы равна 1/12 массы атома нуклида углерода 12C.

Электронвольт – это кинетическая энергия, полученная электроном, проходящим через потенциальную разность 1 вольт в безвоздушном пространстве.


 

3. Внесистемные единицы, временно допускаемые к применению только в специализированных областях

Величина

Единица

Название

Обозначение

Соотношение с единицами СИ

Оптическая сила линз диоптрия дптр 1 м–1
Масса драгоценных камней метрический карат кар 2·10–4 кг
Площадь земли акр акр 102 м2
Масса на единицу длины текстильных пряж и нитей текс текс 10–6 кг·м–1
Кровяное давление и давление других жидкостей тела миллиметр ртутного столба мм рт. ст. 133 322 Па
Эффективное поперечное сечение барн б 10–28 м2

4. Производные единицы со сложной размерностью


 

Комбинации единиц, перечисленных в данном приложении, формируют производные единицы со сложной размерностью.

Энергетическое образование

1. Международная система единиц СИ

Международная система единиц, СИ — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы.

Полное официальное описание СИ вместе с её толкованием содержится в действующей редакции Брошюры СИ и Дополнении к ней, опубликованных Международным бюро мер и весов (МБМВ). Брошюра СИ издаётся с 1970 года, с 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков, однако официальным считается текст только на французском языке.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1960 году, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

СИ определяет семь основных единиц физических величин и производные единицы (сокращённо — единицы СИ или единицы), а также набор приставок. СИ также устанавливает стандартные сокращённые обозначения единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные наименования, например, единице радиан.

Приставки можно использовать перед наименованиями единиц. Они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Основные единицы СИ

Величина Единица
Наименование Символ размерности Наименование Обозначение
русское французское/английское русское международное
Длина L метр mètre/metre м m
Масса M килограмм kilogramme/kilogram кг kg
Время T секунда seconde/second с s
Сила электрического тока I ампер ampère/ampere А A
Температура Θ кельвин kelvin К K
Количество вещества N моль mole моль mol
Сила света J кандела candela кд cd

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций — умножения и деления. Некоторым из производных единиц для удобства присвоены собственные наименования, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется, или из определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).

Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц. Однако на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н·м, и не следует использовать м·Н или Дж.

Наименование некоторых производных единиц, имеющих одинаковое выражение через основные единицы, может быть разным. Например, единица измерения «секунда в минус первой степени» (1/с) называется герц (Гц), когда она используется для измерения частоты, и называется беккерель (Бк), когда она используется для измерения активности радионуклидов.

Производные единицы, имеющие специальные наименования и обозначения

Величина Единица Обозначение Выражение через основные единицы
русское наименование французское/английское наименование русское международное
Плоский угол радиан radian рад rad м·м−1 = 1
Телесный угол стерадиан steradian ср sr м2·м−2 = 1
Температура Цельсия градус Цельсия degré Celsius/degree Celsius °C °C K
Частота герц hertz Гц Hz с−1
Сила ньютон newton Н N кг·м·c−2
Энергия джоуль joule Дж J Н·м = кг·м2·c−2
Мощность ватт watt Вт W Дж/с = кг·м2·c−3
Давление паскаль pascal Па Pa Н/м2 = кг·м−1·с−2
Световой поток люмен lumen лм lm кд·ср
Освещённость люкс lux лк lx лм/м² = кд·ср/м²
Электрический заряд кулон coulomb Кл C А·с
Разность потенциалов вольт volt В V Дж/Кл = кг·м2·с−3·А−1
Сопротивление ом ohm Ом Ω В/А = кг·м2·с−3·А−2
Электроёмкость фарад farad Ф F Кл/В = с4·А2·кг−1·м−2
Магнитный поток вебер weber Вб Wb кг·м2·с−2·А−1
Магнитная индукция тесла tesla Тл T Вб/м2 = кг·с−2·А−1
Индуктивность генри henry Гн H кг·м2·с−2·А−2
Электрическая проводимость сименс siemens См S Ом−1 = с3·А2·кг−1·м−2
Активность радиоактивного источника беккерель becquerel Бк Bq с−1
Поглощённая доза ионизирующего излучения грей gray Гр Gy Дж/кг = м²/c²
Эффективная доза ионизирующего излучения зиверт sievert Зв Sv Дж/кг = м²/c²
Активность катализатора катал katal кат kat моль/с

Отношения СИ производных единиц с особыми именами и символами и базовых единиц СИ

Система СИ.

На XXIV Генеральной конференции по мерам и весам 17—21 октября 2011 года была единогласно принята резолюция, в которой, в частности, предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить четыре основные единицы СИ: килограмм, ампер, кельвин и моль. Предполагается, что новые определения будут базироваться на фиксированных численных значениях — постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро, соответственно. Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на наиболее достоверных результатах измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA). Под фиксированием (или фиксацией) подразумевается «принятие некоторого точного численного значения величины по определению».

В результате реализации намерений, сформулированных в резолюции, СИ в своём новом виде станет системой единиц, в которой:

  • частота сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 в точности равна 9 192 631 770 Гц;
  • скорость света в вакууме c в точности равна 299 792 458 м/с;
  • постоянная Планка h в точности равна 6,626 06X·10−34 Дж·с;
  • элементарный электрический заряд e в точности равен 1,602 17X·10−19 Кл;
  • постоянная Больцмана k в точности равна 1,380 6X·10−23 Дж/К;
  • число Авогадро NA в точности равно 6,022 14X·1023 моль−1;
  • световая эффективность kcd монохроматического излучения частотой 540·1012 Гц в точности равна 683 лм/Вт.

Текущие определения можно записать в следующем виде:

  • Килограмм — единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.
  • Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10−7 ньютона.
  • Кельвин равен 1/273.16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
  • Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0.012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
  • Метр, обозначение м, является единицей длины; его величина устанавливается фиксацией численного значения скорости света в вакууме равным в точности 299 792 458, когда она выражена единицей СИ м·с−1.
  • Секунда, обозначение с, является единицей времени; её величина устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 К равным в точности 9 192 631 770, когда она выражена единицей СИ с−1, что эквивалентно Гц.
  • Кандела, обозначение кд, является единицей силы света в заданном направлении; её величина устанавливается фиксацией численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540·1012 Гц равным в точности 683, когда она выражена единицей СИ м−2·кг−1·с3·кд·ср или кд·ср·Вт−1, что эквивалентно лм·Вт−1.

Некоторые единицы, не входящие в СИ, «допускаются для использования совместно с СИ».

Единица Французское/английское наименование Обозначение Величина в единицах СИ
русское международное
минута minute мин min 60 с
час heure/hour ч h 60 мин = 3600 с
сутки jour/day сут d 24 ч = 86 400 с
угловой градус degré/degree ° ° (π/180) рад
угловая минута minute (1/60)° = (π/10 800)
угловая секунда seconde/second (1/60)′ = (π/648 000)
литр litre л l, L 0.001 м³
тонна tonne т t 1000 кг
непер neper Нп Np безразмерна
бел bel Б B безразмерна
электронвольт electronvolt эВ eV ≈1.602 177 33·10−19 Дж
атомная единица массы, дальтон unité de masse atomique unifiée, dalton/unified atomic mass unit, dalton а. е. м. u, Da ≈1.660 540 2·10−27 кг
астрономическая единица unité astronomique/astronomical unit а. е. au 149 597 870 700 м (точно)
морская миля mille marin/nautical mile миля M 1852 м (точно)
узел nœud/knot уз kn 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с
ар are а a 100 м²
гектар hectare га ha 10000 м²
бар bar бар bar 100000 Па
ангстрем ångström Å Å 10−10 м
барн barn б b 10−28 м²

Открытие явления электромагнитной индукции магнитный поток. Фарадей

Цель: ознакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний.

1. Фронтальный опрос.

  • В чем заключается гипотеза Ампера?
  • Что такое магнитная проницаемость?
  • Какие вещества называют пара- и диамагнетиками?
  • Что такое ферриты?
  • Где применяются ферриты?
  • Откуда известно, что вокруг Земли существует магнитное поле?
  • Где находится Северный и Южный магнитные полюса Земли?
  • Какие процессы происходят в магнитосфере Земли?
  • Какова причина существования магнитного поля у Земли?

2. Анализ экспериментов.

Эксперимент 1

Магнитную стрелку на подставке поднесли к нижнему, а затем к верхнему концу штатива. Почему стрелка поворачивается к нижнему концу штатива с любой стороны южным полюсом, а к верхнему концу — северным концом? (Все железные предметы находятся в магнитном поле Земли. Под действием этого поля они намагничиваются, причем нижняя часть предмета обнаруживает северный магнитный полюс, а верхняя — южный.)

Эксперимент 2

В большой корковой пробке сделайте небольшой желобок для куска проволоки. Пробку опустите в воду, а сверху положите проволоку, располагая ее по параллели. При этом проволока вместе с пробкой поворачивается и устанавливается по меридиану. Почему? (Проволока была намагничена и устанавливается в поле Земли как магнитная стрелка.)

III. Изучение нового материала

Между движущимися электрическими зарядами действуют магнитные силы. Магнитные взаимодействия описываются на основе представления о магнитном поле, существующем вокруг движущихся электрических зарядов. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками — электрическими зарядами. Можно предположить, что между ними есть связь.

В 1831 г. М. Фарадей подтвердил этот экспериментально. Он открыл явление электромагнитной индукции (слайды 1,2) .

Эксперимент 1

Гальванометр подсоединяем к катушке, и будем выдвигать из нее постоянный магнит. Наблюдаем отклонение стрелки гальванометра, появился ток (индукционный) (слайд 3).

Ток в проводнике возникает, когда проводник оказывается в области действия переменного магнитного поля (слайд 4-7) .

Переменное магнитное поле Фарадей представлял как изменение числа силовых линий, пронизывающих поверхность, ограниченную данным контуром. Это число зависит от индукции В магнитного поля, от площади контура S и его ориентации в данном поле.

Ф=BS cos a — магнитный поток.

Ф [Вб] Вебер (слайд 8)

Индукционный ток может иметь разные направления, которые зависят от того, убывает или возрастает магнитный поток, пронизывающий контур. Правило, позволяющее определить направление индукционного тока, было сформулировано в 1833,г. Э. X. Ленцем.

Эксперимент 2

В легкое алюминиевое кольцо вдвигаем постоянный магнит. Кольцо отталкивается от него, а при выдвигании притягивается к магниту.

Результат не зависит от полярности магнита. Отталкивание и притягивание объясняется возникновением в нем индукционного тока.

При вдвигании магнита магнитный поток через кольцо возрастает: отталкивание кольца при этом показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, при котором вектор индукции его магнитного поля противоположен по направлению вектору индукции внешнего магнитного поля.

Правило Ленца:

Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающим появление индукционного тока (слайд 9) .

IV. Проведение лабораторной работы

Лабораторная работа по теме «Опытная проверка правила Ленца»

Приборы и материалы: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный.

Ход работы

  1. Приготовьте таблицу.

Вектор магнитной индукции \(~\vec B\) характеризует магнитное поле в каждой точке пространства. Введем еще одну величину, зависящую от значения вектора магнитной индукции не в одной точке, а во всех точках произвольно выбранной поверхности. Эту величину называют потоком вектора магнитной индукции, или магнитным потоком .

Выделим в магнитном поле настолько малый элемент поверхности площадью ΔS , чтобы магнитную индукцию во всех его точках можно было считать одинаковой. Пусть \(~\vec n\) — нормаль к элементу, образующая угол α с направлением вектора магнитной индукции (рис. 1).

Потоком вектора магнитной индукции через поверхность площадью ΔS называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции \(~\vec B\) на площадь ΔS и косинус угла α между векторами \(~\vec B\) и \(~\vec n\) (нормалью к поверхности):

\(~\Delta \Phi = B \cdot \Delta S \cdot \cos \alpha\) .

Произведение B ∙cos α = В n представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к элементу. Поэтому

\(~\Delta \Phi = B_n \cdot \Delta S\) .

Поток может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от значения угла α .

Если магнитное поле однородно, то поток через плоскую поверхность площадью S равен:

\(~\Phi = B \cdot S \cdot \cos \alpha\) .

Поток магнитной индукции наглядно может быть истолкован как величина, пропорциональная числу линий вектора \(~\vec B\) , пронизывающих данную площадку поверхности.

Вообще говоря, поверхность может быть замкнутой. В этом случае число линий индукции, входящих внутрь поверхности, равно числу линий, выходящих из нее (рис. 2). Если поверхность замкнута, то положительной нормалью к поверхности принято считать внешнюю нормаль.

Линии магнитной индукции замкнуты, что означает равенство нулю потока магнитной индукции через замкнутую поверхность. (Выходящие из поверхности линии дают положительный поток, а входящие – отрицательный.) Это фундаментальное свойство магнитного поля связано с отсутствием магнитных зарядов. Если бы не было электрических зарядов, то и электрический поток через замкнутую поверхность был бы равен нулю.

Электромагнитная индукция

Открытие электромагнитной индукции

В 1821 г. Майкл Фарадей записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.

М. Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений, но долгое время взаимосвязь этих явлений обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного: только меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в неподвижной катушке или же сама катушка должна двигаться в магнитном поле.

Открытие электромагнитной индукции, как назвал Фарадей это явление, было сделано 29 августа 1831 г. Вот краткое описание первого опыта, данное самим Фарадеем. «На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута (фут равен 304,8 мм), и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин… При замыкании цепи удалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометр, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, не смотря на то что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи».

Итак, первоначально была открыта индукция в неподвижных друг относительно друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал, что ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга (рис. 3).

Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит — это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время вдвигания (или выдвигания) магнита (рис. 4).

В течение одного месяца Фарадей опытным путем открыл все существенные особенности явления электромагнитной индукции. Оставалось только придать закону строгую количественную форму и полностью вскрыть физическую природу явления. Уже сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в опытах, которые внешне выглядят по-разному.

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. Это явление называется электромагнитной индукцией.

И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции совершенно безразлична. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих неподвижный проводник вследствие изменения силы тока в соседней катушке, и изменение числа линий вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве (рис. 5).

Правило Ленца

Индукционный ток, возникший в проводнике, немедленно начинает взаимодействовать с породившим его током или магнитом. Если магнит (или катушку с током) приближать к замкнутому проводнику, то появляющийся индукционный ток своим магнитным полем обязательно отталкивает магнит (катушку). Для сближения магнита и катушки нужно совершить работу. При удалении магнита возникает притяжение. Это правило выполняется неукоснительно. Представьте себе, что дело обстояло бы иначе: вы подтолкнули магнит к катушке, и он сам собой устремился бы внутрь нее. При этом нарушился бы закон сохранения энергии. Ведь механическая энергия магнита увеличилась бы и одновременно возникал бы ток, что само по себе требует затраты энергии, ибо ток тоже может совершать работу. Индуцированный в якоре генератора электрический ток, взаимодействуя с магнитным полем статора, тормозит вращение якоря. Только поэтому для вращения якоря нужно совершать работу, тем большую, чем больше сила тока. За счет этой работы и возникает ин-дукционный ток. Интересно отметить, что если бы магнитное поле нашей планеты было очень большим и сильно неоднородным, то быстрые движения проводящих тел на ее поверхности и в атмосфере были бы невозможны из-за интенсивного взаимодействия индуцированного в теле тока с этим полем. Тела двигались бы как в плотной вязкой среде и при этом сильно разогревались бы. Ни самолеты, ни ракеты не могли бы летать. Человек не мог бы быстро двигать ни руками, ни ногами, так как человеческое тело — неплохой проводник.

Если катушка, в которой наводится ток, неподвижна относительно соседней катушки с переменным током, как, например, у трансформатора, то и в этом случае направление индукционного тока диктуется законом сохранения энергии. Этот ток всегда направлен так, что созданное им магнитное поле стремится уменьшить изменения тока в первичной обмотке.

Отталкивание или притяжение магнита катушкой зависит от направления индукционного тока в ней. Поэтому закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока. В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление? В первом случае магнитный поток (или число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки) увеличивается (рис. 6, а), а во втором случае — уменьшается (рис. 6, б). Причем в первом случае линии индукции В ’ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Эти линии магнитной индукции на рисунке 6 изображены штрихом.

Рис. 6

Теперь мы подошли к главному: при увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует нарастанию магнитного потока через витки катушки. Ведь вектор индукции \(~\vec B»\) этого поля направлен против вектора индукции \(~\vec B\) поля, изменение которого порождает электрический ток. Если же магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный ток создает магнитное поле с индукцией \(~\vec B»\) , увеличивающее магнитный поток через витки катушки.

В этом состоит сущность общего правила определения направления индукционного тока, которое применимо во всех случаях. Это правило было установлено русским физиком Э. X. Ленцем (1804-1865).

Согласно правилу Ленца

возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое на-правление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое порождает данный ток.

индукционный ток имеет такое направление, что препятствует причине его вызывающей.

В случае сверхпроводников компенсация изменения внешнего магнитного потока будет полной. Поток магнитной индукции через поверхность, ограниченную сверхпроводящим контуром, вообще не меняется со временем ни при каких условиях.

Закон электромагнитной индукции

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции \(~\vec B\) , пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. Более точно это утверждение можно сформулировать, используя понятие магнитного потока.

Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S . Поэтому скорость изменения этого числа есть не что иное, как скорость изменения магнитного потока. Если за малое время Δt магнитный поток меняется на ΔФ , то скорость изменения магнитного потока равна \(~\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) .

Поэтому утверждение, которое вытекает непосредственно из опыта, можно сформулировать так:

сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

\(~I_i \sim \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) .

Известно, что в цепи возникает электрический ток в том случае, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции. Обозначим ее буквой E i .

Закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы тока. При такой формулировке закон выражает сущность явления, не зависящую от свойств проводников, в которых возникает индукционный ток.

Согласно закону электромагнитной индукции (ЭМИ)

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

\(~|E_i| = |\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}|\) .

Как в законе электромагнитной индукции учесть направление индукционного тока (или знак ЭДС индукции) в соответствии с правилом Ленца?

На рисунке 7 изображен замкнутый контур. Будем считать положительным направление обхода контура против часовой стрелки. Нормаль к контуру \(~\vec n\) образует правый винт с направлением обхода. Знак ЭДС, т. е. удельной работы, зависит от направления сторонних сил по отношению к направлению обхода контура. Если эти направления совпадают, то E i > 0 и соответственно I i > 0. В противном случае ЭДС и сила тока отрицательны.

Пусть магнитная индукция \(~\vec B\) внешнего магнитного поля направлена вдоль нормали к контуру и возрастает со временем. Тогда Ф > 0 и \(~\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) > 0. Согласно правилу Ленца индукционный ток создает магнитный поток Ф ’ B ’ магнитного поля индукционного тока изображены на рисунке 7 штрихом. Следовательно, индукционный ток I i направлен по часовой стрелке (против положительного направления обхода) и ЭДС индукции отрицательна. Поэтому в законе электромагнитной индукции должен стоять знак минус:

\(~E_i = — \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) .

В Международной системе единиц закон электромагнитной индукции используют для установления единицы магнитного потока. Эту единицу называют вебером (Вб).

Так как ЭДС индукции E i выражают в вольтах, а время в секундах, то из закона ЭМИ вебер можно определить следующим образом:

магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном убывании этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции равная 1 В:

1 Вб = 1 В ∙ 1 с.

Вихревое поле

Изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле . К этому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.

Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем — это процесс порождения магнитным полем поля электрического. При этом наличие проводящего контура, например катушки, не меняет существа дела. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) лишь помогает обнаружить возникающее электрическое поле. Поле приводит в движение электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя. Сущность явления электромагнитной индукции в неподвижном проводнике состоит не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении электрического поля, которое приводит в движение электрические заряды.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую структуру, чем электростатическое. Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться. Они вообще нигде не начинаются и не кончаются, а представляют собой замкнутые линии, подобные линиям индукции магнитного поля. Это так называемое вихревое электрическое поле . Может возникнуть вопрос: а почему, собственно, это поле называется электрическим? Ведь оно имеет другое происхождение и другую конфигурацию, чем статическое электрическое поле. Ответ прост: вихревое поле действует на заряд q точно так же, как и электростатическое, а это мы считали и считаем главным свойством поля. Сила, действующая на заряд, по-прежнему равна \(~\vec F = q \vec E\) , где \(~\vec E\) — напряженность вихревого поля. Если магнитный поток создается однородным магнитным полем, сконцентрированным в длинной узкой цилиндрической трубке радиусом r 0 (рис. 8), то из соображений симметрии очевидно, что линии напряженности электрического поля лежат в плоскостях, перпендикулярных линиям \(~\vec B\) , и представляют собой окружности. В соответствии с правилом Ленца при возрастании магнитной индукции \(~\left (\frac{\Delta B}{\Delta t} > 0 \right)\) линии напряженности \(~\vec E\) образуют левый винт с направлением магнитной индукции \(~\vec B\) .

В отличие от статического или стационарного электрического поля работа вихревого поля на замкнутом пути не равна нулю. Ведь при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению. Вихревое электрическое поле, так же как и магнитное поле, не потенциальное.

Работа вихревого электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Итак, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Но не кажется ли вам, что одного утверждения здесь недостаточно? Хочется знать, каков же механизм данного процесса. Нельзя ли разъяснить, как эта связь полей осуществляется в природе? И вот тут-то ваша естественная любознательность не может быть удовлетворена. Никакого механизма здесь просто нет. Закон электромагнитной индукции — это фундаментальный закон природы, значит, основной, первичный. Действием его можно объяснить многие явления, но сам он остается необъяснимым просто по той причине, что нет более глубоких законов, из которых бы он вытекал в виде следствия. Во всяком случае сейчас такие законы неизвестны. Таковыми являются все основные законы: закон тяготения, закон Кулона и т.д.

Мы, конечно, вольны ставить перед природой любые вопросы, но не все они имеют смысл. Так, например, можно и нужно исследовать причины различных явлений, но пытаться выяснить, почему вообще существует причинность, — бесполезно. Такова природа вещей, таков мир, в котором мы живем.

Литература

  1. Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.
  2. Мякишев, Г.Я. Физика: Электродинамика. 10-11 кл. : учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа, 2005. – 476 с.

Ответ:

Следующим важным шагом в развитии электродинамики после опытов Ампера было открытие явления электромагнитной индукции. Открыл явление электромагнитной индукции английский физик Майкл Фарадей (1791 — 1867).

Фарадей, будучи еще моло дым ученым, так же как и Эрстед, думал, что все силы природы связаны между собой и, более того, что они способны превращаться друг в друга. Интересно, что эту мысль Фарадей высказывал еще до установления закона сохранения и превращения энергии. Фарадей знал об открытии Ампера, о том, что он, говоря образным языком, превратил злектричество в магнетизм. Раздумывая над этим открытием, Фарадей пришел к мысли, что если “электричество создает магнетизм” , то и наоборот, “магнетизм должен создавать электричество”. И вот еще в 1823 г. он записал в своем дневнике: “Обратить магнетизм в электричество”. В течение восьми лет Фарадей работал над решением поставленной задачи. Долгое время его преследовали неудачи, и, наконец, в 1831 г. он решил ее — открыл явление электромагнитной индукции.

во-первых, Фарадей обнаружил явление электромагнитной индукции для случая, когда катушки намотаны на один и тот же барабан. Если в одной катушке возникает или пропадает электрический ток в результате подключения к ней или отключения от нее гальванической батареи, то в другой катушке в этот момент возникает кратковременный ток. Этот ток обнаруживается гальванометром, который присоединен ко второй катушке.

Затем Фарадей установил также наличие индукционного тока в катушке, когда к ней приближали или удаляли от нее катушку, в которой протекал электрический ток.

наконец, третий случай электромагнитной индукции, который обнаружил Фарадей, заключался в том, что в катушке появлялся ток, когда в нее вносили или же удаляли из нее магнит.

Открытие Фарадея привлекло внимание многих физиков, которые также стали изучать особенности явления электромагнитной индукции. На очереди стояла задача установить общий закон электромагнитной индукции. Нужно было выяснить, как и от чего зависит сила индукционного тока в проводнике или от чего зависит значение электродвижущей силы индукции в проводнике, в котором индуцируется электрический ток.

Эта задача оказалась трудной. Она была полностью решена Фарадеем и Максвеллом позже в рамках развитого ими учения об электромагнитном поле. Но ее пытались решить и физики, которые придерживались обычной для того времени теории дальнодействия в учении об электрических и магнитных явлениях.

Кое-что этим ученым удалось сделать. При этом им по могло открытое петербургским академиком Эмилием Христиановичем Ленцем (1804 — 1865) правило для нахождения направления индукционного тока в разных случаях электромагнитной индукции. Ленц сформулировал его так: “Если металлический проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то в нем возбуждается гальванический ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижным, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается, что покоящийся проводник может перемещаться только в направлении движения или в противоположном направлении”.

Это правило очень удобно для определения направления ицдукционного тока. Им мы пользуемся и сейчас, только оно сейчас формулируется несколько иначе, с упогребпением понятия электромагнитной индукции, которое Ленц не использовал.

Но исторически главное значение правила Ленца заключалось в том, что оно натолкнуло на мысль, каким путем подойти к нахождению закона электромагнитной индукции. Дело в том, что в атом правиле устанавливается связь между электромагнитной индукцией и явлением взаимодействии токов. Вопрос же о взаимодействии токов был уже решен Ампером. Поэтому установление этой связи на первых порах дало возможность определить выражение электродвижущей силы индукции в проводнике для ряда частных случаев.

В общем виде закон электромагнитной индукции, как мы об этом сказали, был установлен Фарадеем и Максвеллом.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре при изменении тока, протекающего по контуру.

При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС.

Это явление и называется самоиндукцией. (Понятие родственно понятию взаимоиндукции, являясь как бы его частным случаем).

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.

Созданию первого реле предшествовало изобретение в 1824 г. англичанином Стардженом электромагнита — устройства, преобразующего входной электрический ток проволочной катушки, намотанной на железный сердечник, в магнитное поле, образующееся внутри и вне этого сердечника. Магнитное поле фиксировалось (обнаруживалось) своим воздействием на ферромагнитный материал, расположенный вблизи сердечника. Этот материал притягивался к сердечнику электромагнита.

Впоследствии эффект преобразования энергии электрического тока в механическую энергию осмысленного перемещения внешнего ферромагнитного материала (якоря) лег в основу различных электромеханических устройств электросвязи (телеграфии и телефонии), электротехники, электроэнергетики. Одним из первых таких устройств было электромагнитное реле, изобретенное американцем Дж. Генри в 1831 г.

ФАРАДЕЙ. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимодействии сил природы, Фарадей пытался доказать, что точно так же, как с помощью электричества Ампер мог создавать магниты, так же и с помощью магнитов можно создавать электричество.

Логика его была проста: механическая работа легко переходит в тепло; наоборот, тепло можно преобразовать в механическую работу (скажем, в паровой машине). Вообще, среди сил природы чаще всего случается следующее соотношение: если А рождает Б, то и Б рождает А.

Если с помощью электричества Ампер получал магниты, то, по-видимому, возможно «получить электричество из обычного магнетизма». Такую же задачу поставили перед собой Араго и Ампер в Париже, Колладон — в Женеве.

Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи. Каждому небольшому исследованию он посвящает параграф в лабораторных записях (изданы в Лондоне полностью в 1931 году под названием «Дневник Фарадея»). О работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф «Дневника» помечен номером 16041. Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора, одержимость, четкая философская позиция не могли не быте вознаграждены, но ожидать результата пришлось долгих одиннадцать лет.

Кроме интуитивной убежденности во всеобщей связи явлений, его, собственно, в поисках «электричества из магнетизма» ничто не поддерживало. К тому же он, как его учитель Дэви, больше полагался на свои опыты, чем на мысленные построения. Дэви учил его:

Хороший эксперимент имеет больше ценности, чем глубокомыслие такого гения, как Ньютон.

И тем не менее именно Фарадею суждены были великие открытия. Великий реалист, он стихийно рвал путы эмпирики, некогда навязанные ему Дэви, и в эти минуты его осеняло великое прозрение — он приобретал способность к глубочайшим обобщениям.

Первый проблеск удачи появился лишь 29 августа 1831 года. В этот день Фарадей испытывал в лаборатории несложное устройство: железное кольцо диаметром около шести дюймов, обмотанное двумя кусками изолированной проволоки. Когда Фарадей подключил к зажимам одной обмотки батарею, его ассистент, артиллерийский сержант Андерсен, увидел, как дернулась стрелка гальванометра, подсоединенного к другой обмотке.

Дернулась и успокоилась, хотя постоянный ток продолжал течь по первой обмотке. Фарадей тщательно просмотрел все детали этой простой установки — все было в порядке.

Но стрелка гальванометра упорно стояла на нуле. С досады Фарадей решил выключить ток, и тут случилось чудо — во время размыкания цепи стрелка гальванометра опять качнулась и опять застыла на нуле!

Фарадей был в недоумении: во-первых, почему стрелка ведет себя так странно? Во-вторых, имеют ли отношение замеченные им всплески к явлению, которое он искал?

Вот тут-то и открылись Фарадею во всей ясности великие идеи Ампера — связь между электрическим током и магнетизмом. Ведь первая обмотка, в которую он подавал ток, сразу становилась магнитом. Если рассматривать ее как магнит, то эксперимент 29 августа показал, что магнетизм как будто бы рождает электричество. Только две вещи оставались в этом случае странными: почему всплеск электричества при включении электромагнита стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита?

На следующий день, 30 августа, — новая серия экспериментов. Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.

Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.

«Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы».

К следующему утру, 24 сентября, Фарадей подготовил много различных устройств, в которых основными элементами были уже не обмотки с электрическим током, а постоянные магниты. И эффект тоже существовал! Стрелка отклонялась и сразу же устремлялась на место. Это легкое движение происходило при самых неожиданных манипуляциях с магнитом, иной раз, казалось, случайно.

Следующий эксперимент — 1 октября. Фарадей решает вернуться к самому началу — к двум обмоткам: одной с током, другой — подсоединенной к гальванометру. Различие с первым экспериментом — отсутствие стального кольца — сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален. Ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником. Поэтому и эффект выражен слабее.

Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.

Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще.

«Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8 1/4 дюйма длиной) и ввел один его конец внутрь спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался».

Секрет — в движении магнита! Импульс электричества определяется не положением магнита, а движением!

Это значит, что «электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое».

Эта идея необыкновенно плодотворна. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! Причем эта «электрическая волна» не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита!

28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой — на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.

После «электромагнитной эпопеи» Фарадей был вынужден прекратить на несколько лет свою научную работу — настолько была истощена его нервная система…

Опыты, аналогичные фарадеевским, как уже говорилось, проводились во Франции и в Швейцарии. Профессор Женевской академии Колладон был искушенным экспериментатором (он, например, произвел на Женевском озере точные измерения скорости звука в воде). Может быть, опасаясь сотрясения приборов, он, как и Фарадей, по возможности удалил гальванометр от остальной установки. Многие утверждали, что Колладон наблюдал те же мимолетные движения стрелки, что и Фарадей, но, ожидая более стабильного, продолжительного эффекта, не придал этим «случайным» всплескам должного значения…

Действительно, мнение большинства ученых того времени сводилось к тому, что обратный эффект «создания электричества из магнетизма» должен, по-видимому, иметь столь же стационарный характер, как и «прямой» эффект — «образование магнетизма» за счет электрического тока. Неожиданная «мимолетность» этого эффекта сбила с толку многих, в том числе Колладона, и эти многие поплатились за свою предубежденность.

Фарадея тоже поначалу смущала мимолетность эффекта, но он больше доверял фактам, чем теориям, и в конце концов пришел к закону электромагнитной индукции. Этот закон казался тогда физикам ущербным, уродливым, странным, лишенным внутренней логики.

Почему ток возбуждается только во время движения магнита или изменения тока в обмотке?

Этого не понимал никто. Даже сам Фарадей. Понял это через семнадцать лет двадцатишестилетний армейский хирург захолустного гарнизона в Потсдаме Герман Гельмгольц. В классической статье «О сохранении силы» он, формулируя свой закон сохранения энергии, впервые доказал, что электромагнитная индукция должна существовать именно в этом «уродливом» виде.

Независимо к этому пришел и старший друг Максвелла, Вильям Томсон. Он тоже получил электромагнитную индукцию Фарадея из закона Ампера при учете закона сохранения энергии.

Так «мимолетная» электромагнитная индукция приобрела права гражданства и была признана физиками.

Но она никак не укладывалась в понятия и аналогии статьи Максвелла «О фарадеевских силовых линиях». И это было серьезным недостатком статьи. Практически ее значение сводилось к иллюстрации того, что теории близко- и дальнодействия представляют различное математическое описание одних и тех же экспериментальных данных, что силовые линии Фарадея не противоречат здравому смыслу. И это все. Все, хотя это было уже очень много.

Из книги Максвелл автора Карцев Владимир Петрович

К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ СВЕТА Статья «О физических силовых линиях» выходила по частям. И третья часть ее, как и обе предыдущие, содержала новые идеи чрезвычайной ценности.Максвелл писал: «Необходимо предположить, что вещество ячеек обладает эластичностью формы,

Из книги Вернер фон Сименс — биография автора Вейхер Зигфрид фон

Трансатлантический кабель. Кабельное судно “Фарадей» Очевидный успех индоевропейской линии как в техническом, так и в финансовом отношении должен был воодушевить ее создателей на дальнейшие начинания. Случай начать новое дело представился, и вдохновителем оказался

Из книги Великая Теорема Ферма автора Сингх Саймон

Приложение 10. Пример доказательства по индукции В математике важно иметь точные формулы, позволяющие вычислять сумму различных последовательностей чисел. В данном случае мы хотим вывести формулу, дающую сумму первых n натуральных чисел.Например, «сумма» всего лишь

Из книги Фарадей автора Радовский Моисей Израилевич

Из книги Роберт Вильямс Вуд. Современный чародей физической лаборатории автора Сибрук Вильям

Из книги Шелест гранаты автора Прищепенко Александр Борисович

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ Вуд растягивает свой отпускной год на три, стоит на том месте, где когда-то стоял Фарадей, и пересекает нашу планету вдоль и поперек Обыкновенный университетский профессор счастлив, если ему удается получить свободный год раз в семь лет. Но Вуд не

Из книги Курчатов автора Асташенков Петр Тимофеевич

Из книги Путешествие вокруг света автора Форстер Георг

Вот оно, открытие! Крепкий орешек Академика Иоффе и его сотрудников давно уже заинтересовало необычное поведение в электрическом поле кристаллов сегнетовой соли (двойная натрикалиевая соль виннокаменной кислоты). Исследовалась эта соль пока мало, и было только

Из книги Зодиак автора Грейсмит Роберт

Из книги 50 гениев, которые изменили мир автора Очкурова Оксана Юрьевна

1 ДЭВИД ФАРАДЕЙ И БЕТТИ ЛУ ДЖЕНСЕН Пятница, 20 декабря 1968 годаДэвид Фарадей неторопливо вел машину между пологих холмов Вальехо, не обращая особого внимания на мост «Золотые ворота», на яхты и глиссеры, мелькавшие в бухте Сан-Пабло, на четкие силуэты портовых кранов и

Из книги Неостывшая память [сборник] автора Друян Борис Григорьевич

Фарадей Майкл (род. в 1791 г. – ум. в 1867 г.) Выдающийся английский ученый, физик и химик, основоположник учения об электромагнитном поле, открывший электромагнитную индукцию – явление, которое легло в основу электротехники, а также законы электролиза, названные его

Из книги Фрэнсис Бэкон автора Субботин Александр Леонидович

Открытие В один из пасмурных осенних дней 1965 года в редакции художественной литературы Лениздата появился молодой человек с тощей канцелярской папкой в руке. Можно было со стопроцентной вероятностью догадаться, что в ней – стихи. Он был явно смущен и, не зная к кому

Из книги Танцующая в Аушвице автора Гласер Паул

Из книги Великие химики. В 2-х томах. Т. I. автора Манолов Калоян

Открытие Один из моих коллег родом из Австрии. Мы с ним дружим, и однажды вечером за разговором он замечает, что фамилия Гласер была весьма распространена в довоенной Вене. Мой отец как-то рассказывал, вспоминаю я, что наши далекие предки жили в немецкоговорящей части

Из книги Ницше. Для тех, кто хочет все успеть. Афоризмы, метафоры, цитаты автора Сирота Э. Л.

МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (1791–1867) Воздух в переплетной мастерской был пропитан запахом столярного клея. Расположившись среди груды книг, рабочие весело переговаривались и усердно сшивали печатные листы. Майкл клеил толстый том Британской энциклопедии. Он мечтал прочитать ее

Из книги автора

Открытие юга Осенью 1881 года Ницше попал под обаяние творчества Жоржа Бизе – его «Кармен» в Генуе он слушал около двадцати раз! Жорж Бизе (1838–1875) – знаменитый французский композитор-романтистВесна 1882 года – новое путешествие: из Генуи на корабле в Мессину, о которой чуть

После открытий Эрстеда и Ампера стало ясно, что электричество обладает магнитной силой. Теперь необходимо было подтвердить влияние магнитных явлений на электрические. Эту задачу блистательно решил Фарадей.

Майкл Фарадей (1791-1867) родился в Лондоне, в одной из беднейших его частей. Его отец был кузнецом, а мать — дочерью земледельца-арендатора. Когда Фарадей достиг школьного возраста, его отдали в начальную школу. Курс, пройденный Фарадеем здесь, был очень узок и ограничивался только обучением чтению, письму и началам счета.

В нескольких шагах от дома, в котором жила семья Фарадеев, находилась книжная лавка, бывшая вместе с тем и переплетным заведением. Сюда-то и попал Фарадей, закончив курс начальной школы, когда возник вопрос о выборе профессии для него. Майклу в это время минуло только 13 лет. Уже в юношеском возрасте, когда Фарадей только что начинал свое самообразование, он стремился опираться исключительно только на факты и проверять сообщения других собственными опытами.

Эти стремления доминировали в нем всю жизнь как основные черты его научной деятельности Физические и химические опыты Фарадей стал проделывать еще мальчиком при первом же знакомстве с физикой и химией. Однажды Майкл посетил одну из лекций Гэмфри Дэви , великого английского физика.

Фарадей сделал подробную запись лекции, переплел ее и отослал Дэви. Тот был настолько поражен, что предложил Фарадею работать с ним в качестве секретаря. Вскоре Дэви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея. За два года они посетили крупнейшие европейские университеты.

Вернувшись в Лондон в 1815 году, Фарадей начал работать ассистентом в одной из лабораторий Королевского института в Лондоне. В то время это была одна из лучших физических лабораторий мира С 1816 по 1818 год Фарадей напечатал ряд мелких заметок и небольших мемуаров по химии. К 1818 году относится первая работа Фарадея по физике.

Опираясь на опыты своих предшественников и скомбинировав несколько собственных опытов, к сентябрю 1821 года Майкл напечатал «Историю успехов электромагнетизма» . Уже в это время он составил вполне правильное понятие о сущности явления отклонения магнитной стрелки под действием тока.

Добившись этого успеха, Фарадей на целых десять лет оставляет занятия в области электричества, посвятив себя исследованию целого ряда предметов иного рода. В 1823 году Фарадеем было произведено одно из важнейших открытий в области физики — он впервые добился сжижения газа, и вместе с тем установил простой, но действительный метод обращения газов в жидкость. В 1824 году Фарадей сделал несколько открытий в области физики.

Среди прочего он установил тот факт, что свет влияет на цвет стекла, изменяя его. В следующем году Фарадей снова обращается от физики к химии, и результатом его работ в этой области является открытие бензина и серно-нафталиновой кислоты.

В 1831 году Фарадей опубликовал трактат «Об особого рода оптическом обмане», послуживший основанием прекрасного и любопытного оптического снаряда, именуемого «хромотропом». В том же году вышел еще один трактат ученого «О вибрирующих пластинках». Многие из этих работ могли сами- по себе обессмертить имя их автора. Но наиболее важными из научных работ Фарадея являются его исследования в области электромагнетизма и электрической индукции .

Строго говоря, важный отдел физики, трактующий явления электромагнетизма и индукционного электричества, и имеющий в настоящее время такое громадное значение для техники, был создан Фарадеем из ничего.

К тому времени, когда Фарадей окончательно посвятил себя исследованиям в области электричества, было установлено, что при обыкновенных условиях достаточно присутствия наэлектризованного тела, чтобы влияние его возбудило электричество во всяком другом теле. Вместе с тем было известно, что проволока, по которой проходит ток и которая также представляет собою наэлектризованное тело, не оказывает никакого влияния на помещенные рядом другие проволоки.

Отчего зависело это исключение? Вот вопрос, который заинтересовал Фарадея и решение которого привело его к важнейшим открытиям в области индукционного электричества. По своему обыкновению Фарадей начал ряд опытов, долженствовавших выяснить суть дела.

На одну и ту же деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированные проволоки. Концы одной проволоки он соединил с батареей из десяти элементов, а концы другой — с чувствительным гальванометром. Когда был пропущен ток через первую проволоку,

Фарадей обратил все свое внимание на гальванометр, ожидая заметить по колебаниям его появление тока и во второй проволоке. Однако ничего подобного не было: гальванометр оставался спокойным. Фарадей решил увеличить силу тока и ввел в цепь 120 гальванических элементов. Результат получился тот же. Фарадей повторил этот опыт десятки раз и все с тем же успехом.

Всякий другой на его месте оставил бы опыты, убежденный, что ток, проходящий через проволоку, не оказывает никакого действия на соседнюю проволоку. Но фарадей старался всегда извлечь из своих опытов и наблюдений все, что они могут дать, и потому, не получив прямого действия на проволоку, соединенную с гальванометром, стал искать побочные явления.

Сразу же он заметил, что гальванометр, оставаясь совершенно спокойным во все время прохождения тока, приходит в колебание при самом замыкании цепи и при размыкании ее Оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропускается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй проволоке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное направление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающийся всего одно мгновение.

Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось за ними доселе. Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспособления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичный ток, идущий от батареи по первой проволоке, благодаря чему во второй проволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, становящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), — индукция, и новый вид этой энергии — индукционное электричество .

Продолжая свои опыты, Фарадей открыл далее, что достаточно простого приближения проволоки, закрученной в замкнутую кривую, к другой, по которой идет гальванический ток, чтобы в нейтральной проволоке возбудить индуктивный ток направления, обратного гальваническому току, что удаление нейтральной проволоки снова возбуждает в ней индуктивный ток уже одинакового направления с гальваническим, идущим по неподвижной проволоке, и что, наконец, эти индуктивные токи возбуждаются только во время приближения и удаления проволоки к проводнику гальванического тока, а без этого движения токи не возбуждаются, как бы близко друг к другу проволоки ни находились.

Таким образом, было открыто новое явление, аналогичное вышеописанному явлению индукции при замыкании и прекращении гальванического тока. Эти открытия вызвали в свою очередь новые. Если можно вызвать индуктивный ток замыканием и прекращением гальванического тока, то не получится ли тот же результат от намагничивания и размагничивания железа?

Работы Эрстеда и Ампера установили уже родство магнетизма и электричества. Было известно, что железо делается магнитом, когда вокруг него обмотана изолированная проволока и по последней проходит гальванический ток, и что магнитные свойства этого железа прекращаются, как только прекращается ток.

Исходя из этого, Фарадей придумал такого рода опыт: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки; причем одна проволока была обмотана вокруг одной половины кольца, а другая — вокруг другой. Через одну проволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были соединены с гальванометром. И вот, когда ток замыкался или прекращался и когда, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничивалось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавливалась, то есть в нейтральной проволоке возбуждались все те же мгновенные индуктивные токи — на этот раз: уже под влиянием магнетизма.

Таким образом, здесь впервые магнетизмбыл превращен в электричество. Получив эти результаты, Фарадей решил разнообразить свои опыты. Вместо железного кольца он стал употреблять железную полосу. Вместо возбуждения в железе магнетизма гальваническим током он намагничивал железо прикосновением его к постоянному стальному магниту. Результат получался тот же: в проволоке, обматывавшей железо, всегда! возбуждался ток в момент намагничивания и размагничивания железа.

Затем Фарадей вносил в проволочную спираль стальной магнит — приближение и удаление последнего вызывало в проволоке индукционные токи. Словом, магнетизм, в смысле возбуждения индукционных, токов, действовал совершенно так же, как и гальванический ток.

Рекомендуем также

электромагнитных единиц, система Джорджи и пересмотренная международная система единиц

IEEE Magn Lett. Авторская рукопись; доступно в PMC 13 мая 2019 г.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC6512983

NIHMSID: NIHMS1516072

Национальный институт стандартов и технологий, Боулдер, Колорадо 80305, США

4 Сантиметр

-грамм-секундная система электромагнитных единиц (EMU) использовалась в магнетизме с последней части 19 век.Международная система единиц (СИ), преемница рационализированной четырехмерной системы Георгия 1901 года. Система метр-килограмм-секунда была принята Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году с ампером в качестве четвертого базовый блок. Однако EMU по-прежнему широко используется для выражения магнитных данных. Предстоящий пересмотр СИ будет подчеркнуть его отличия от EMU. Проницаемость вакуума больше не будет фиксированной константой, что напоминает Георгий. системы и предлагает обзор исторических аргументов в отношении концепций плотности магнитного потока и напряженности магнитного поля в вакуум.Переопределение ампера в терминах фиксированных числовых значений двух определяющих констант может позволить независимые экспериментальные измерения проницаемости вакуума, т. е. определение магнитной постоянной.

Ключевые слова: Магнитные единицы, электромагнетизм, Международная система единиц, система Джорджи, электромагнитные единицы, проницаемость вакуума, проницаемость свободного пространства, магнитная постоянная

I. ВВЕДЕНИЕ

Международная система единиц ( SI ) , учрежденная в 1960 году Генеральной конференцией по мерам и весам. ( CGPM ), был принят исследователями в большинстве научных дисциплин.Магниты — заметное исключение, где система электромагнитных единиц сантиметр-грамм-секунда ( CGS ) ( EMU ), сформулированная Уильямом Томсон, Джеймс Клерк Максвелл и другие, через Британскую ассоциацию развития науки [Thomson 1874], по-прежнему широко используются. Сосуществование SI и EMU в магнетизме и преобразование числовые значения от одного к другому были источником путаницы и ошибок для студентов и практиков.

Хотя использование SI в магнетиках имеет некоторые неудобства, они незначительны по сравнению с неоднозначностями в системе EMU.Доводы в пользу СИ остаются убедительными по причинам, впервые сформулированным Джованни Джорджи в начале 20 века. [Frezza 2015]. Важно отметить, что ожидаемый пересмотр SI, который вступит в силу в 2019 году, будет сделать несовместимым с EMU.

II. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ SI И EMU

Одним из преимуществ SI является то, что он объединяет магнитные и электрические единицы, тогда как CGS разделяется на EMU и электростатические агрегаты ( ЕСУ ). Возможный недостаток СИ состоит в том, что признаются два определяющих отношения: B = μ 0 ( H + M ), соглашение Зоммерфельда, где B — плотность магнитного потока, μ 0 — проницаемость вакуума, H — напряженность магнитного поля, а M — намагниченность; и B = μ 0 H + J , соглашение Kennelly, где J — это магнитная поляризация.Поскольку M и J имеют разные единицы измерения, можно избежать путаницы.

Недостатком СИ является то, что на практике многие исследователи стремятся использовать теслу в качестве единицы для H (который они могли бы использовать, если бы вместо этого написали μ 0 H ), или они ошибочно ссылаются на B вместо H .

Обращаясь к EMU, недостатки посерьезнее. Единица магнитного момента м часто выражается как «эму»; однако «эму» — это не единица измерения, а просто индикатор электромагнитных единиц.Фактический блок для м — это эрг на гаусс или эрг на эрстед.

Как и в SI, восприимчивость к объему безразмерна, но ее значение в EMU меньше, чем в SI. Это может быть оценено что значения объемной восприимчивости, описанные в литературе как безразмерные как в SI, так и в EMU, могут быть трудными для сравнивать. В EMU восприимчивость к объему часто выражается в «эму», «эму на кубический сантиметр» или «Эму на кубический сантиметр на эрстед», состояние замешательства, возникающее из-за неправильного использования слова «эму» в качестве единица магнитного момента.

Намагниченность (магнитный момент на единицу объема) обычно выражается как M в «эму на куб. сантиметр ”или как 4π M в единицах Гаусс. Они эквивалентны по размерам, но различаются численно. на 4π. Это двойное определение часто приводит к недопониманию и ошибкам.

При объединении электрических и магнитных величин необходимо соблюдать осторожность: ЭДС тока является предельным. Некоторые исследователи неохотно отказываются от ампера и используют смешанные единицы в уравнениях, которые не уравновешиваются размерно в так называемой «практической Система СКГ »[Knoepfel 2000].

Проверить размерность уравнений в SI намного проще, чем в EMU. Например, можно попробовать проверить размерный баланс в уравнении для магнитного момента м круговой петли радиусом а проводящий ток I, м = π Ia 2 , в двух системах единиц: [А · м 2 ] = [А · м 2 ] по сравнению с [эрг · G -1 ] = [abamp · см 2 ].

III. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ВАКУУМА В ПЕРЕСМОТРЕННОЙ СИСТЕМЕ SI

Предстоящая редакция SI [CIPM 2017], в которой будут присвоены фиксированные значения. к постоянной Планка h и элементарному заряду e [Newell 2018], подчеркнет философские различия между EMU и SI: μ 0 исправлено равняется единице в первом случае, но будет измеряться во втором [Goldfarb 2017], а количества больше не будет строго конвертироваться множителями 4π и степенями 10 [Дэвис 2017].

В обновленной SI μ 0 будет получено из фиксированных констант h, e и скорость света c , а экспериментально определенная постоянная тонкой структуры α

(μ0) экспериментальный = (2h ∕ ce2) фиксированный × (α) экспериментальный.

(1)

Рекомендуемое значение μ 0 , первоначально равное 4π × 10 −7 H / м до 9 значащих цифр, со временем немного изменится по мере того, как будут сделаны более точные измерения α .Магниты исследователям придется выбрать работу и публикации в одной из двух несовместимых систем: EMU, имеющего давнюю традицию, или SI, который объединяет всю метрологию и принят международной конвенцией. Конечно, принятие СИ магнетиками Привыкшие к работе в EMU потребуют не только относительно простого преобразования единиц, но и преобразования уравнений (например, вставки и делеции μ, , 0, и 4π).

IV. ОБОСНОВАННАЯ СИСТЕМА GIORGI MKS

Понижение значения μ 0 с его неизменного значения 4π × 10 −7 Может показаться, что H / m в СИ нарушает неприкосновенность фиксированной константы.Однако на самом деле это возвращение к истокам SI.

Георгий [1901] представил рационализированную четырехмерную систему метр-килограмм-секунда. ( MKS ), в которой изначально не был указан четвертый, электромагнитный блок. Его система была «Рационализированный» в смысле, используемом Хевисайдом [1893]: удалить иррациональное число 4π в выражении уравнений Максвелла. (Отстаивая свои системы единиц, оба Хевисайд и Георгий часто использовал «рациональный», чтобы дополнительно обозначить «логический».») Георгий отметил:« В моей системе [ μ 0 ] не является числовым, и я не предполагаю для него какого-либо специального значения; это физическая величина, имеющий размеры и подлежащий измерению экспериментально »[Giorgi 1902].

Несколько лет спустя он рекомендовал международное (артефактное) ом в качестве четвертой единицы в «MKSΩ». система. Он рассматривал как μ 0 , так и диэлектрическую проницаемость вакуума ε 0 как с учетом экспериментального уточнения, при μ 0 ≈ 1.256 × 10 −6 Гн / м и ε 0 ≈ 8,842 × 10 −12 Ф / м, и оба при соблюдении условия ( μ 0 ε 0 ) −½ = c ≈ 3 × 10 8 м / с. Он отметил, что его четырехмерная система «не является ни электростатической, ни электромагнитной, потому что ни электрическая, ни за фундаментальную единицу принимается магнитная постоянная свободного эфира »[Giorgi 1905].

Путь от предложения Георгия к СИ пошел не совсем так, как он изначально предполагал.

В 1935 году Международная электротехническая комиссия ( IEC ) рекомендовала принять «Giorgi система », с четвертой единицей, которую предстоит определить. В 1938 году Технический комитет МЭК по электрическим и магнитным величинам и Единицы ( EMMU ), признавая, что четвертой единицей может быть любое из Ом, Ампера, Вольта, Генри, Фарада, Кулона или Вебера, рекомендованного «в качестве связующего звена между электрическими и механическими узлами, проницаемость свободного пространства с значение μ 0 = 10 −7 в нерационализированной системе или μ 0 = 4π × 10 −7 в рационализированной системе »[IEC 1964].Единица измерения μ 0 не указана, поэтому EMMU рекомендацией была трехмерная система MKS с μ 0 в качестве масштабного коэффициента с С уважением к CGS. На заседании IEC было внесено предложение назвать новую систему «MKS μ 0 ». не утвержден [Carr 1950], вероятно, потому что μ 0 не является Ед. изм.

В ходе обсуждения EMMU был проинформирован рекомендациями Консультативного комитета по электроэнергии. ( CCE ) Международного комитета мер и весов ( CIPM ) под эгидой CGPM [CCE 1935] и Комиссии по символам, единицам и номенклатуре ( SUN ) Международный союз теоретической и прикладной физики [SUN 1936].Оба рекомендовали нерационализированный и рационализированные значения μ 0 выше. Хотя в рекомендации CCE не указывается единица измерения μ 0 Комиссия SUN рекомендовала генри на метр в качестве четвертой единицы для системы MKS.

CCE и Комиссия SUN также рекомендовали «абсолютные» единицы MKS, то есть систему, основанную на фундаментальных механические единицы длины, массы и времени, а также преобразование из CGS в степень 10, а в случае рационализированной MKS — 4π.За несколько лет до собрания IEC 1938 года Георгий [1934] предупреждал, что «зло 4π и иррациональность единиц будет увековечена, потому что проницаемость свободного пространства получит точное значение 4π × 10 −7 вместо того, чтобы быть результатом измерения ». Георгий расширил классическое определение абсолютной системы единиц, отмечая эквивалентность механической и электрической энергии, и таким образом применяя термин к его четырехмерная система МКС. 1

Позже МЭК приняла и ампер в качестве четвертой единицы, и рационализировала систему Джорджи в 1950 году и подтвердила единица и рационализированное значение мкм 0 в 1956 году [IEC 1964].Но по тогда международное лидерство в системах единиц уже перешло к CGPM.

В 1939 году CCE официально рекомендовала абсолютную четырехмерную систему MKS, четвертой единицей которой был ампер. В 1946 г. после Второй мировой войны CIPM принял рекомендацию CCE для ампера в качестве четвертой единицы с ее нынешним определение, которое дало единицу и рационализацию к μ 0 . В 1954 году CGPM одобрила ампер как базовый блок, формализовав тем самым практическую систему единиц «МКСА» — без привязки к Георгию.В 1960 г. CGPM приняла название Système International d’Unités с аббревиатурой SI, для практической системы единиц [BIPM 2006].

В. ЯВЛЯЕТСЯ

B ТО ЖЕ, КАК H В ВАКУУМЕ?

Являются ли поля B и H в вакууме физически одинаковыми, вызывает споры. [Рош 2000]. В обновленной версии SI вопрос более тонкий, но, как обсуждается ниже, утвердительный ответ философски привлекателен.

В EMU, B и H в вакууме имеют одинаковую стоимость и размеры, несмотря на различную единицу измерения. имена, гаусс и эрстед.В настоящем SI B и H в вакууме взаимно конвертируются через фиксированная константа μ 0 , хотя они имеют разные значения и размеры. Как подчеркивал Бирдж [1935], «внутренний характер физической величины не имеет необходимой связи. с измерениями , присвоенными единицам этого количества ». Таким образом, утверждение, что Разница в размерах между B и H подразумевает, что физическая разница является ошибочной критикой Настоящая СИ, выраженная, например, Чемберсом [1999].

Тем не менее, пересмотренный SI с измеряемым значением μ 0 может подвергнуться критике со стороны магнетики, которые считают, что B и H в вакууме должны быть физически одинаковыми, чтобы система единиц могла имеет смысл; что, в отличие от предполагаемого эфира во времена Георгия, не должно существовать измеримой проницаемости вакуум [Roche 2000]. Встречные аргументы, что B и H на самом деле будет соединен (2 h / ce 2 ) α и не поддается измерению μ 0 было бы неубедительным, потому что на самом деле α является экспериментальным, поскольку указано в (1).В пересмотренной SI кажется подразумеваемым, что B и H в вакууме физически разные.

Или нет? Еще раз процитируем Бирджа [1935]: «Физическая величина имеет характер вопрос философии «.

До того, как значение c было зафиксировано в нынешних СИ в 1983 году, те же соображения применялись к электрическому плотность потока (электрическое смещение) D и напряженность электрического поля E в вакууме: они были взаимно преобразуемые через ε 0 , константу, значение которой зависит от измеренного значения с .Опасения по поводу возможности измерения в вакууме относились бы также к D и E в EMU и B и H в ESU: их отношения равны c −2 . Только те кто использовал гауссову систему CGS, мог избежать когнитивного диссонанса.

Пейдж [1974, 1976] резюмировал его философию и в то время действовал IEC, который применим ко всем системам единиц: « E и B можно определить в вакууме в терминах сил, действующих на движущиеся заряды. D и H определены в вакууме с точки зрения E и B и магнитная постоянная ( μ 0 ) используемой системы единиц ». Без вакуума, B и H обычно имеют разные свойства и граничные условия: B соленоидный, H нет, и они явно различаются по магнитным материалам.

Таким образом, по сути, B совпадает с H в вакууме во всех системах единиц. В обновленной СИ, полезно распознать B как вектор первичного магнитного поля, μ 0 как экспериментальная константа и H как вспомогательный вектор, полученный арифметически. Это не влияет на традиционные Максвелловское определение магнитной восприимчивости, равное M / H (не M / B ), не умаляет использование кривых M — H и B — H для характеристики магнитных материалов.

VI. ИЗМЕРЕНИЕ

μ 0

Уравнение (1) является определяющим. Есть ли способы измерить μ 0 в пересмотренной SI, даже если измерения могут иметь большие погрешности? Есть ли способ «Реализовать» в смысле, используемом лабораториями по стандартизации [Zimmerman 1998], Генри?

Достаточно сослаться на исходное определение ампера в существующей системе СИ в терминах силы между двумя параллельными проводников, закон силы Ампера,

, где сила на единицу длины Ф / л = 2 × 10 −7 Н / м, токи I 1 и I 2 = 1 А, а расстояние d = 1 м.Это определение фиксирует μ 0 = 4π × 10 −7 Н / Д 2 ≡ 4π × 10 −7 Гн / м в настоящей СИ. Определение ампера в пересмотренной системе СИ будет основано на фиксированное значение элементарного заряда e и фиксированное значение частоты сверхтонкого перехода цезия, которое определяет второй. Ампер может быть реализован путем подсчета электронов или, как его сейчас представляют, с помощью эффекта Джозефсона. для напряжения, квантовый эффект Холла для сопротивления и закон Ома.С блоком для тока I таким образом определено, (2) может использоваться для измерения μ 0 вместо Я .

В качестве альтернативы можно использовать уравнение для крутящего момента τ между двумя токовыми контурами, τ = м × B . Одна из катушек будет источником B , который можно считать однородным в центре катушки. Другой будет небольшой, исследовательский магнитный диполь магнитного момента м в единицах амперметра в квадрате.Когда их топоры взаимно перпендикулярно

τ = μ0I1I2 (πa12 ∕ 2a2)

(3)

где I 1 — ток в дипольной петле радиусом a 1 и I 2 — ток в катушке радиуса B а 2 .

Если вместо соглашения Зоммерфельда использовалось соглашение о собаководстве, как в Тиказуми [1997] уравнение крутящего момента будет иметь вид τ = j × H , где j — магнитный дипольный момент, равный μ 0 м , в единицах Веберметра.В любом случае крутящий момент будет мерой мкм 0 .

Измерение ε 0 с вычисляемым конденсатором Томпсона – Лэмпарда для емкостного импеданс [Thompson 1959] и квантовый эффект Холла ( QHE ) для сопротивления [Jeckelmann 2001], а также использование ( μ 0 ε 0 ) −½ = c , быть способом определить мкм 0 .

Любое измерение собственной или взаимной индуктивности, например, с помощью вычисляемого индуктора для индуктивного импеданса [Harrison 1967] и QHE для сопротивления, можно использовать для измерения μ 0 , но с большей погрешностью, чем с расчетным конденсатором.

На самом деле, вряд ли ничего из вышеперечисленного можно использовать для измерения μ 0 . Хотя измерить рекомендуемое значение μ 0 будет периодически корректироваться на основе (1).

В обновленной системе СИ генри мог быть реализован с помощью моста Максвелла-Вина для измерения неизвестной индуктивности в единицах с известной емкостью и известным сопротивлением, или с вычисляемой катушкой индуктивности и значением мк 0 от (1) [Overney 2010, CCEM 2017].

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В обновленной системе СИ μ 0 будет измеряемой константой (пропорциональной экспериментальной постоянная тонкой структуры α ), которая служит для связи электрического тока и механической силы в вакууме. B в вакууме определяется по току. H в вакууме — это количество, определяемое в B и μ 0 . За несколько дней до своей смерти в 1935 году Глейзбрук [1936], председатель Комиссии SUN, писал: «Это, конечно, правда, и, возможно, немного К сожалению, [ μ 0 ] измеряет также проницаемость, т.е.е., соотношение б / ч в пространство — «свободное пространство» — в котором проводятся наши измерения, и это скорее замаскировало тот факт, что что он входит в выражения инженера как коэффициент или связь, которая позволяет ему выражать электрические и магнитные сил абсолютно. » Для людей, интересующихся абсолютными системами единиц, μ 0 было (и все еще есть) просто постоянная, магнитная постоянная. Но при этом μ 0 и ε 0 не являются фундаментальными константами в пересмотренной СИ, их произведение действительно представляет фундаментальную константу: ( μ 0 ε 0 ) −½ = c .

Как подчеркивал Джексон [1999] в своем каноническом учебнике, системы единиц выбираются для удобства, количество основных единиц и размерность физических величин в этих единицах являются произвольными. Как в случае с точки, он отмечает, что фундаментальным константам присваиваются безразмерные значения единицы в некоторых областях теоретической физики. То есть не собираюсь менять с ревизией СИ.

Джексон написал в предисловии к третьему изданию своей книги: «Мое опоздание с общепринятым стандартом СИ. Система — это признание того, что почти все учебники по физике для студентов бакалавриата, а также книги по инженерии на всех уровнях используют единицы СИ. через.«Магнетикам еще не поздно начать использовать СИ. это список коэффициентов пересчета из EMU в обновленную SI.

Таблица 1.

Преобразование единиц магнитных величин. В правом столбце { μ 0 } обозначает числовое значение μ 0 , рекомендуемое значение которого может незначительно изменяться со временем. Факторы 4π возникли в результате преобразования нерационализированных EMU в рационализированные единицы СИ. При отсутствии агрегатов безразмерный количество помечено соответствующей системой единиц (EMU или SI).Стрелки (→) обозначают соответствие, а не равенство.

4
Символ SI Количество SI Преобразование из единиц EMU и Гаусса в единицы SI (a)
Φ Магнитный поток см 2 → 10 −8 Wb = 10 −8 В · с
B Плотность магнитного потока, магнитная индукция 1 G → 10 −4 T = 10 −4 Вт / м 2

22
6 Проницаемость (b) 1 (EMU) → { μ 0 } H / m = { μ 0 } N / A 2 = { μ 0 } Wb / (A · m)
H Напряженность магнитного поля, сила намагничивания 1 Oe → 10 −4 / { μ 0 } А / м
м Магнитный момент 1 эрг / G = 1 emu → 10 −3 A · м 2 = 10 −3 J / T
j Магнитный дипольный момент 1 эрг / G = 1 emu → 10 −3 { μ 0 } Вб · м
M Намагниченность, объемная намагниченность 1 эрг / (Г · см 3 ) = 1 emu / cm 3 → 10 3 A / m
1 G → 10 −4 / { μ 0 } A / м
J , I Магнитная поляризация, интенсивность намагниченности 1 G → 10 — 4 T = 10 −4 Вт / м 2
σ Удельная намагниченность, массовая намагниченность 1 эрг / (Г · г) = 1 emu / g → 1 A · м 2 / кг
χ Восприимчивость, объемная восприимчивость 1 (EMU) → 4π (SI)
χ ρ , χ м Удельная восприимчивость, массовая восприимчивость 1 см 3 / г → 4π × 10 −3 м 3 / кг
w ,

22 W ,

22 Вт произведение, объемная плотность энергии (в)
1 эрг / см 3 → 10 −1 Дж / м 3
N, D Коэффициент размагничивания 1 EMU) → (4π) −1 (SI)

Представляя свою рационализированную четырехмерную систему, Георгий [1901] писал: Il sistema CGS, con questo, perde ogni ragione di esistere; ma non credo che il suo abbandono sarà lamentato da alcuno .(«При этом система CGS теряет все основания для существования; но я не думаю, что ее отказ будет оплакиваемый кем-либо. »)

Он может быть прав, в конце концов.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Марк В. Келлер, Барри Н. Тейлор и Нил М. Циммерман (Национальный институт стандартов и технологий, NIST) и Ричард С. Благодарим Дэвиса и Майкла Сток (Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) за их конструктивные и полезные комментарии. и предложения. Сокращенная версия этой статьи опубликована в материалах конференции 2018 г. Измерения [Гольдфарб 2018].Связанные статьи от Early [2018] и Флетчер [2018] также фигурируют в трудах конференции.

Сноски

1 Ближе к концу меморандума, для сравнения, Георгий [1934] показал значения ε 0 и μ 0 в рационализированных CGS единиц (отличных от рационализированной системы Хевисайда): ε 0 = 1 / 4π и μ 0 = 4π / c 2 (ESU) и ε 0 = 1 / 4π c 2 и μ 0 = 4π (EMU) [Fleming 1900].

* Life Fellow, IEEE

ССЫЛКИ

  • BIPM (2006), Международная система единиц, 8-е изд. Севр, Франция: Бур. Int. des Poids et Меры, стр. 108–110. [Онлайн]. Доступно: http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8.pdf [Google Scholar]
  • Birge RT (1935), «О создании основных и производных единиц, со специальной ссылкой. к электрическим агрегатам. Часть II,» Амер. Phys. Учитель, т. 3, стр. 171–179, 1935 г., DOI: 10.1119 / 1.19. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Carr LHA (1950), «The M.K.S. или система единиц Георгия. Дело за его принятие,» Proc. IEE. Часть I, Быт., Т. 97, стр. 235–240, DOI: 10.1049 / пи-1.1950.0066. [CrossRef] [Google Scholar]
  • CCE (1935), «Четвертый отчет Консультативный комитет по электроэнергии при Международном комитете мер и весов », в Kennelly AE (1935),« I.E.C. применяет систему единиц МКС, Электр. Англ., Т. 54, стр. 1373–1384, DOI: 10.1109 / EE.1935.6538821.[CrossRef] [Google Scholar]
  • CCEM (2017), « Mise en pratique для определения ампера и других электрических единиц в системе СИ », черновик вер. 1, Bureau Int. des Poids et Mesures, Севр, Франция: [Онлайн]. Доступно: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/MeP-a-2018.pdf [Google Scholar]
  • Chambers RG (1999), «Единицы — B, H, D , и E , ” Амер. J. Phys., Т. 67, стр. 468–469, DOI: 10.1119 / 1.19301. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Чиказуми С. (1997), Физика ферромагнетизма, 2-е изд.Оксфорд, Великобритания: Oxford Univ. Нажмите. [Google Scholar]
  • CIPM (2017), Proc. 106-е заседание межд. Комитет по оценке весов, Решение 106–10, с. 101 [Онлайн]. Доступный: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CIPM/CIPM2017-EN.pdf [Google Scholar]
  • Дэвис Р.С. (2017), «Определение значения постоянной тонкой структуры из текущего баланса: Знакомясь с некоторыми грядущими изменениями в СИ », Амер. J. Phys., Т. 85, стр. 364–368, DOI: 10.1119 / 1.4976701. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Early MD (2018), «Концептуальные последствия SI», в Proc.Конф. Precision Electromagn. Meas., Париж, Франция: [Online]. Доступный: https://ieeexplore.ieee.org/xpl/conhome.jsp?punumber=1000590 [Google Scholar]
  • Fleming JA (1900), «Наши электрические блоки: что нам с ними делать?» Электрик (Лондон), т. 44, стр. 402–404. [Онлайн]. Доступно: https://hdl.handle.net/2027/njp.32101050973302 [Google Scholar]
  • Fletcher N (2018), «Роль магнитной постоянной, μ 0 дюймов. новое определение СИ », Proc.Конф. Прецизионные электромагнитные измерения, Париж, Франция: [Интернет]. Доступно: https://ieeexplore.ieee.org/xpl/conhome.jsp?punumber=1000590 [Google Scholar]
  • Frezza F, Maddio S, Pelosi G, Selleri S (2015), «Жизнь и творчество Джованни Джорджи. : Рационализация Интернационала Система единиц » Антенны IEEE Propag. Mag., Т. 57, стр. 152–165, DOI: 10.1109 / MAP.2015.2486765. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Giorgi G (1901), «Unità razionali di elettromagnetismo», Atti dell ’Associazione Elettrotecnica Italiana, vol.5, стр. 402–418, [Google Scholar]
    перепечатано как «Sul sistema di unità di misure электромагнетизм », Il Nuovo Cimento, vol. 4, стр. 11–30 (1902 г.), DOI: 10.1007 / BF02709460. [CrossRef] [Google Scholar]
    Английский перевод опубликован в Egidi C, ed. (1990), Джованни Джорджи и его вклад в электрическую метрологию, Туринский политехнический университет, Турин, Италия, стр. 135–150. [Google Scholar]
  • Георгий Г. (1902 г.), «Рациональные электромагнитные единицы», в «Электротехнике». Мир и инженер, т. 40 Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Макгроу-Хилл, стр.368–370; редакционный комментарий на с.355. [Онлайн]. Доступно: https://books.google.com/books?id=e15NAAAAYAAJ [Google Scholar]
  • Giorgi G (1905), «Предложения, касающиеся электрических и физических единиц», J. Inst. Избрать. Англ., Т. 34, стр. 181–185, DOI: 10.1049 / jiee-1.1905.0013. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Георгий Г. (1934 г.), Меморандум о М.К.С. Система практических единиц, Int. Электротех. Commiss., Лондон, Великобритания Переиздано: IEEE. Magn. Lett. (2018), т. 9, 1205106, DOI: 10.1109 / LMAG.2018.2859658. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Glazebrook R (1936), «The M.K.S. система электрооборудования », J. Inst. Избрать. Англ., Т. 78, стр. 245–247, DOI: 10.1049 / jiee-1.1936.0040. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Гольдфарб РБ (2017), «Проницаемость вакуума и пересмотренная Международная система Единицы,» IEEE Magn. Lett., Vol. 8, 1110003, DOI: 10.1109 / LMAG.2017.2777782. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Goldfarb RB (2018), «Постоянство электромагнитных единиц в магнетизме», в Proc.Конф. Precision Electromagn. Meas., Париж, Франция: [Online]. Доступный: https://ieeexplore.ieee.org/xpl/conhome.jsp?punumber=1000590 [Google Scholar]
  • Harrison PW, Rayner GH (1967), «Первичный эталон взаимной индуктивности», Метрология, т. 3, стр. 1–12, DOI: 10.1088 / 0026-1394 / 3/1/002. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хевисайд О. (1893 г.), Электромагнитная теория, вып. 1 Лондон, Великобритания: Электрик, стр. 116–127. [Онлайн]. Доступно: https://books.google.com/books?id=9ukEAAAAYAAJ [Google Scholar]
  • IEC (1964), «Рекомендации в область величин и единиц, используемых в электроэнергии », Междунар.Электротех. Комисс., Публикация 164. Перепечатано в Petley BW (1995), «Краткая история электрических блоков до 1964 года», Metrologia, vol. 31, стр. 481–494, DOI: 10.1088 / 0026-1394 / 31/6/007. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Джексон Дж. Д. (1999), Классическая электродинамика, 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Wiley. [Google Scholar]
  • Jeckelmann B, Jeanneret B (2001), «Квантовый эффект Холла как электрическое сопротивление. стандарт », Rep. Prog. Phys., Т. 64, стр. 1603–1655, DOI: 10.1088 / 0034-4885 / 64/12/201.[CrossRef] [Google Scholar]
  • Knoepfel HE (2000), Магнитные поля: всеобъемлющий теоретический трактат для практического использования. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Wiley. [Google Scholar]
  • Newell DB, Cabiati F, Fischer J, Fujii K, Karshenboim SG, Margolis HS, de Mirandés E, Mohr PJ, Nez F, Pachucki K, Quinn TJ, Taylor BN, Wang M, Wood BM, Zhang Z (2018), «Значения CODATA 2017: h , e , k и N A для пересмотра СИ », Метрология, т.55, стр. L13 – L16, DOI: 10.1088 / 1681-7575 / aa950a. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Оверни Ф., Жаннере Б. (2010), «Реализация шкалы индуктивности, прослеживаемой к квантовому эффекту Холла, с использованием автоматизированная система синхронного отбора проб », Метрология, т. 47, стр. 690–698, DOI: 10.1088 / 0026-1394 / 47/6/008. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Page CH (1974), «Определения величин электромагнитного поля», Амер. J. Phys., Т. 42, стр. 490–496, DOI: 10.1119 / 1.1987758. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Page CH (1976), «Крутящий момент на стержневом магните», Амер.J. Phys., Т. 44, стр. 1104–1105, DOI: 10.1119 / 1.10570. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Roche JJ (2000), « B и H , векторы интенсивности магнетизма: Новый подход к разрешению многовекового спора », Амер. J. Phys., Т. 68, стр. 438–449, DOI: 10.1119 / 1.19459. [CrossRef] [Google Scholar]
  • SUN (1936 г.), «Ответ S.U.N. Комиссия I.E.C. вопрос,» в Kennelly AE (1936), «I.E.C. принимает систему единиц МКС », Избрать. Англ., Т. 55, стр. 831–836, DOI: 10.1109 / EE.1936.6539453. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Thompson AM (1959), «Цилиндрический перекрестный конденсатор как вычисляемый стандарт », Proc. IEE, Часть B, Электрон. Commun. Англ., Т. 106, стр. 307–310, DOI: 10.1049 / pi-b-2.1959.0262. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Thomson W, Foster GC, Maxwell JC, Stoney GJ, Jenkin F, Siemens CW, Bramwell FJ, Everett JD (1874), «Первый отчет комитета по выбору и номенклатуре динамических и электрические блоки », Отчет 43-го совещания Брит.Доц. Adv. Sci. (Лондон), стр. 222–225. [Онлайн]. Доступно: https://www.biodiversitylibrary.org/item/94452. [Google Scholar]
    Перепечатано в Everett JD (1875 г.), Иллюстрации системы единиц сантиметр-грамм-секунда (C.G.S.), Лондон, Великобритания: Тейлор и Фрэнсис, Приложение, стр. 83–87. [Онлайн]. Доступно: https://books.google.com/books?id=vpobAAAAMAAJ [Google Scholar]
  • Циммерман Н.М. (1998), «Введение в электрические блоки в системе. Международный,» Амер. J. Phys., Т. 66, стр.324–331, DOI: 10.1119 / 1.18859. [CrossRef] [Google Scholar]
Преобразователь Тесла в гамма из

Тесла | cm2feet.com

Преобразователь плотности магнитного потока

Тесла в гамму

  1. На главную
  2. Преобразователь
  3. Магнетизм
  4. Плотность магнитного потока
  5. Тесла в гамму

Точность: 012345678

121314

Вычислений:

Формула преобразования Тесла в гамма:

гамма = тесла (Т) × 1000000000

Как преобразовать тесла (Т) в гамму?

Чтобы получить плотность магнитного потока гамма-излучения, просто умножьте Тесла на 1000000000.С помощью этого преобразователя плотности магнитного потока мы можем легко преобразовать Тесла в Гамму. Здесь вы найдете конвертер, правильные определения, подробные соотношения, а также онлайн-инструмент для преобразования тесла (T) в гамму.

Сколько гаммы в одной тесле?

1 тесла (Т) — это 1000000000 гамма.

Преобразователь

тесла (Тл) в гамма — это преобразователь плотности магнитного потока из одних единиц измерения в другие.Требуется преобразовать единицу плотности магнитного потока из Тесла в Гамма в плотность магнитного потока. Это самый простой способ преобразования единиц измерения, которому вы научитесь в начальных классах. Это одна из наиболее широко используемых операций в различных математических приложениях. В этой статье давайте обсудим, как преобразовать тесла (Т) в гамму, и использование инструмента, который поможет преобразовать одну единицу из другой единицы, а также связь между Тесла и гамма с подробным объяснением.

Tesla Определение

Тесла (Тл) — производная единица измерения плотности магнитного потока в системе СИ, обычно обозначаемая буквой B.Плотность магнитного потока также известна как «магнитное поле B» или «магнитная индукция». Одна тесла равна одному Веберу на квадратный метр. Частица, несущая заряд в 1 кулон и проходящая через однородное магнитное поле в 1 тесла со скоростью 1 метр в секунду, перпендикулярно указанному полю, испытывает силу в 1 ньютон. В качестве производной единицы системы СИ тесла также может быть выражена как T = Вт · м².

Гамма Определение

Гамма — это внесистемная единица измерения плотности магнитного потока, которая также известна как «магнитное поле B» или «магнитная индукция».Иногда он используется в геофизике и равен 1 нанотесла (нТл).

тесла (Т) в гамма Таблица преобразования:
Производные единицы измерения

SI и совместимые единицы измерения SI

Производные единицы SI и совместимые с SI

Производные единицы SI и совместимые с SI

Помимо семи базовых единиц, Генерал Конференция по мерам и весам утвердила 22 наименования определенных единиц СИ. как комбинации базовых единиц. В системе СИ это единицы , названные производные единицы .

Ниже приведены ссылки на определения этих 22 единиц. Третий столбец показывает, как каждая единица получена из предыдущих единиц, а четвертый столбец дает формальную эквивалентность единицы с точки зрения основных единиц.

Производная единица Меры Вывод Формальное определение
герц (Гц) частота / с с -1
ньютон (Н) сила кг · (м / с 2 ) кг · м · с -2
паскаль (Па) давление Н / м 2 кг · м -1 · с -2
джоуль (Дж) энергия или работа Н · м кг · м 2 · с -2
ватт (Вт) мощность Дж / с кг · м 2 · с -3
кулон (C) электрический заряд А · с А · с
вольт (В) электрический потенциал Вт / A кг · м 2 · с -3 · A -1
фарад (Ф) электрическая емкость C / V кг -1 · м -2 · с 4 · A 2
Ом (Ом) электрическое сопротивление В / А кг · м 2 · с -3 · A -2
siemens (S) Электропроводность A / V кг -1 · м -2 · с 3 · A 2
Вебер (Wb) магнитный поток В · с кг · м 2 · с -2 · A -1
тесла (Т) Плотность магнитного потока Вт / м 2 кг · с -2 · A -1
генри (Х) индуктивность Wb / A кг · м 2 · с -2 · A -2
градусов Цельсия (° С) температура К — 273.15 К
радиан (рад) плоский угол м · м -1
стерадиан (SR) телесный угол м 2 · м -2
люмен (лм) Световой поток кд · sr кд · sr
люкс (лк) освещенность лм / м 2 кд · ср · м -2
беккерель (Бк) активность / с с -1
серый (Gy) поглощенная доза Дж / кг м 2 · с -2
зиверт (Зв) эквивалент дозы Гр · (множитель) м 2 · с -2
катал (кат) Каталитическая активность моль / с моль · с -1

Термин производная единица охватывает любую алгебраическую комбинацию базового единиц, но только 22 комбинации, перечисленные выше, одобрили специальные имена.Например, производная единица импульса в системе СИ (масса, умноженная на скорость) имеет без особого имени; импульс указывается в килограммах-метрах в секунду (кг · м / с) или в ньютон-секундах (Н · с). Некоторые производные единицы СИ имеют специальные названия. которые были определены, но не утверждены. Вот несколько примеров:

Производная единица Меры Вывод
стере (ул) том м 3
диоптрия (дптр) преломляющая сила м -1
термическое сопротивление термическое сопротивление К / Вт
Пуазей (Pl) Вязкость динамическая Па · с
Рейл звуковое сопротивление Па · с / м
акустическое сопротивление звукоизоляция Па · с / м 3
дар электрическая эластичность Ф. -1
талбот световая энергия лм · с
нит (нит) яркость кд / м 2
молярный химическая концентрация моль / кг

Вернуться на главную страницу словаря.

Добро пожаловать, письмо автор (rowlett на email.unc.edu) с комментариями и предложения.

Авторские права на все материалы в этой папке принадлежат Russ 2018. Роулетт и Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл. Разрешение предоставляется для личного использования и для использования частными лицами. учителя в проведении собственных занятий. Все остальные права защищены. Вы можете делать ссылки на эту страницу, но, пожалуйста, не копируйте содержимое любой страницы в этой папке на другой сайт.Материал на этом сайте будет время от времени обновляться.

Последнее обновление 26 апреля 2018 г.

единиц СИ

единиц СИ

Единицы в электричестве и магнетизме


В таблицах ниже перечислены системы электрических и магнитных блоков. Они включают только единицы интереса в области радио.
Старыми системами были CGS и гауссова система. основан на сочетании электростатических устройств (ESU) и электромагнитных устройств. (ЭМУ).

Действующим стандартом является Международная система единиц (СИ), иногда их называют рационализированными агрегатами МКС.
Преобразование одной системы в другую осуществляется двумя способами. в первую очередь численно путем умножения коэффициентов. Обратите внимание, что c обозначает скорость света в космосе и его значение составляет ровно 2997 метров в секунду. (по определению метра).

Другой метод преобразования позволяет изменять формулы, указанные в старые книги в современную форму СИ.Это будет особенно полезно для если у вас, как и у меня, есть книги Термана, Скрогги и т. д. или Адмиралтейства Справочник по беспроводной телеграфии. Было много полезных формул в эти старые книги, которым теперь можно дать новую жизнь.

Я постарался сделать таблицы максимально полными и точными. и проверили множество разных источников. Тем не менее могут быть ошибки и буду благодарен за исправления и дополнения. Пожалуйста, напишите мне на электронную почту по адресу, указанному на домашней странице.

Единицы СИ

Примечания:
c (скорость света) = 2997 метров в секунду точно (по определению метра)
= 1 / (4 10 -7 c 2 ) = 8,85418781762039 x 10 -12 фарад / метр (приблизительно)
= 4 10 -7 = 1,25663706143592 x 10 -6 генри / метр (приблизительно)

Единицы CGS

Примечания:
В первом столбце «Размеры» I используется как базовая единица измерения.
Во втором выражается в единицах длины, массы и времени.

Гауссовы единицы

Система Гаусса использует сочетание электростатических и электромагнитных единиц.
Есть две общие формы, гауссова и модифицированная гауссова, которые определяют электрический ток в магнитных единицах

Преобразование гауссовых формул в SI

Чтобы преобразовать формулу из формы Гаусса в форму СИ, замените элементов с обеих сторон уравнения, используя приведенную ниже таблицу.Масса, длина, Время и другие, не указанные ниже, не изменяются.

Пример преобразования формулы

Уравнения Максвелла

В гауссовых единицах:

При преобразовании в единицы СИ они становятся:

Об упрощении

Тогда с помощью получаем:


Приблизительные единицы ESU / EMU в единицах СИ

редкоземельных магнитов от Amazing Magnets

редкоземельных магнитов от Amazing Magnets Воздушный зазор Часть магнитной цепи, не содержащая магнита или других магнитных материалов.Обычно это область, где происходит действие магнита. (Примеры: расстояние между магнитом и связанной с ним пластиной захвата. Также зазор в головке магнитной записи.) Воздушный зазор обычно заполнен чем-то другим, кроме воздуха, например пластиком, деревом, бумагой, керамикой или другим немагнитным материалом. .Анизотропия (магнитная) Магнитный образец называется магнитно анизотропным , когда магнитные свойства зависят от оси, вдоль которой производятся магнитные измерения. Есть несколько типов анизотропии.Проще всего понять анизотропию формы . Гвоздь намного легче намагнитить параллельно его длине. Все магнитные ленты для записи сделаны с использованием крошечных однодоменных частиц , имеющих анизотропии формы . Кристалл Анизотропия возникает в результате очень сложных квантово-механических взаимодействий между атомами, составляющими кристаллический образец. Высокая коэрцитивность Керамический феррит бария (BaFe) — это материал, обладающий кристаллической анизотропией.BaFe состоит из крошечных однодоменных частиц , которые выравниваются во время производства для значительного улучшения магнитных свойств магнита. Гибкие магниты также загружены BaFe и обычно изотропны, но также могут быть анизотропными. NdFeB обычно является анизотропным материалом. Противоположностью анизотропии является Isotropic . Ось анизотропии Ось, вдоль которой анизотропный магнит легче всего намагничивается. Поле анизотропии (HK) Магнитное поле Hk , необходимое для намагничивания анизотропного образца до насыщения параллельно к жесткая ось , которая перпендикулярна оси анизотропии . Hk и другие поля H выражаются в Эрстедах (Oe) в единицах cgs или в Амперах на метр (A / m) в единицах MKS-SI. В одном э.э. 1000 / (4∏) или около 80 А / м. Обычно поля H являются векторными величинами, имеющими как величину, так и направление. B (Магнитная индукция) Плотность магнитного потока или на единицу площади в заданной точке пространства. B указывается в гауссах (G) в cgs или теслах (T) в единицах MKS-SI. Как правило, B — это векторная величина, имеющая как величину, так и направление.Кривая или петля B-H Графическая кривая, показывающая взаимосвязь между плотностью магнитного потока B и магнитным полем H для магнитного материала. Это часто также называют кривой намагничивания или кривой размагничивания. Он строится от большого положительного значения H к большому отрицательному значению H и обратно к большому положительному значению H. B указывается в гауссах (G) в cgs или теслах (T) в единицах MKS. H указывается в Oe в единицах cgs или A / m в единицах MKS-SI.

Почти никогда не высказываемое, но очень важное предположение в любой кривой B-H состоит в том, что B параллельно приложенному полю H, а H — единственное поле, которое существует. В анизотропных материалах или анизотропном образце, когда поле H не приложено параллельно или перпендикулярно оси анизотропии , векторы B и H обычно не параллельны. Кривая B-H , измеренная таким образом, практически бессмысленна. Например, измерение петли B-H гвоздя с полем H , приложенным под углом к ​​длине гвоздя, даст бессмысленные результаты.Поле H должно быть приложено параллельно или перпендикулярно оси анизотропии так, чтобы B , M и H были параллельны.

Другой фактор, который часто игнорируется, заключается в том, что максимальное поле Hm должно быть достаточно большим, чтобы насыщать образец. Это удобно определять, когда верхние части петли «замкнуты».

BHmax (максимальное произведение энергии) На графике B-H это точка, в которой произведение B • H достигает максимума.Значения B и H в этот момент называются Bd и Hd . Произведение Bd Hd дает BHmax и называется произведением максимальной энергии. Единицами измерения почти всегда являются MGOe или 10 6 эрг / см 3 . Оценка магнита обычно включает это число. Например: NdFeB сорта N40 имеет максимальный энергетический продукт между 38-41 MGOe. BHmax — это основной индикатор «прочности» материала магнита.В общем, чем выше значение BHmax , тем большее поле H будет генерировать магнит в конкретном приложении. Br (Remanence) Плотность магнитного потока, остающаяся в магните после удаления намагничивающего поля H . Это часто называют остаточной индукцией. Коэрцитивная сила или коэрцитивность (Hc) Размагничивающее поле H , необходимое для того, чтобы магнит, который был предварительно намагничен до своего максимального значения или намагниченности насыщения Ms , имел нулевую плотность потока Б .Единицами Hc являются Oe в единицах cgs и А / м в MKS-SI Температура uCurie (Tc) Температура, при которой магнитный материал становится немагнитным. Атомные магнитные диполи внутри магнита термически рандомизированы, в результате чего получается магнитный материал, который не проявляет магнитных свойств. После нагрева выше Tc и охлаждения (в нулевом поле H ) магнит размагничивается. Диамагнитный материал А считается диамагнитным, когда поле индуцирует намагниченность –M в направлении напротив на поле H ! Диамагнитная намагниченность очень мала, но ее легко измерить.Буквально все в малой степени диамагнитно. Металлический висмут — самый диамагнитный из всех распространенных материалов. Химические осаждения из паровой фазы Пиролитический углерод или графит обладают самым высоким диамагнетизмом среди всех материалов. Диаметр Ширина (по плоской поверхности) одного из наших редкоземельных магнитов, имеющего круглую форму. Диаметральный Цилиндрический магнит, намагниченный по диаметру (ширине), называется намагниченным или диаметрально. Если у вас есть два диаметрально намагниченных диска или стержня, они будут прикреплены стороной к размеру под углом 0 и 180 градусов, образуя цифру 8 или OOD. Допуск на размер — конструктивный допуск магнита.Магниты выпускаются серийно. От партии к партии готовые размеры будут в пределах этого допуска. В пределах конкретной партии отклонение размеров от детали к детали обычно намного меньше указанного допуска на размеры. Размеры Окончательный размер, включая все виды обработки поверхности (покрытия, гальваническое покрытие и т. Д.). Дипольный момент (магнитный) Магнитный дипольный момент m магнита задается произведением m = M V, где M — намагниченность, а V — объем магнита.Это emu в единицах cgs и Am 2 в единицах MKS-SI. Дипольный момент электрона (µe) Все магнитные материалы являются магнитными, потому что атомы, составляющие материал, содержат электроны, которые обладают квантово-механическим свойством, называемым « Spin », и основным магнитным дипольным моментом электрона µ b ~ 9.2 * 10 -21 эму, называемый магнетоном Бора. Flux (F) Магнитный поток Φ через площадь представляет собой интеграл (или сумму) B, умноженный на площади. Φ измеряется в единицах Максвелла (Mx) в cgs и Веберах (Wb) в единицах MKS. Гаусс (G) Гаусс, сокращенно G , является единицей измерения плотности магнитного потока cgs B ( также известный как «магнитная индукция»). Он назван в честь известного немецкого математика и физика Карла Фридриха Гаусса. Один Гаусс = 1 Максвелла на см 2 Метр Гаусса Электронное устройство, которое измеряет магнитных полей H с помощью датчика Холла. Так как он действительно измеряет H в Эрстеде, а не B в Гауссе, его действительно следует называть «Метром Эрстеда», но, к сожалению, это никогда не так! Grade Список спецификаций, определяющих магнитные свойства данного магнитного материала. (См. Таблицу классов) H (напряженность магнитного поля) Мера намагничивающего поля. H может возникать от электрического тока или от другого постоянного магнита. Единицы измерения H — это Э в единицах cgs или А / м в единицах MKS.Магнитное поле Земли составляет около 0,6 э.Hcr (остаточная коэрцитивная сила). Hcr — это размагничивающее поле, необходимое для того, чтобы остаточная намагниченность Mr равнялась нулю после насыщения образца. Mrs — остаточная намагниченность в нулевом поле после насыщения образца. Высота Расстояние между плоскими участками магнита, обычно измеряемое лицом к лицу. Высота обычно выражается как размер магнитов, которые шире, чем они длинные. У более длинных цилиндрических магнитов их высота называется длиной.ID Внутренний диаметр магнита. В магните кольцевого или трубчатого типа это будет ширина / диаметр центрального отверстия. Внутренняя коэрцитивность (Hci)

Размагничивающее поле H , необходимое для того, чтобы магнит, который ранее был насыщен, имел нулевую намагниченность M . Единицы измерения M: emu / cm 3 в cgs и A / m в единицах MKS-SI. 1000 А / м = 1 emu / cm 3 . В целом Hc и Hci сильно отличаются: Hci обычно намного больше, чем Hc .

Соотношение между B , M и H в единицах MKS-SI составляет B = µ 0 ( H + M ), , где µ 0 равно «Проницаемость свободного пространства» µ 0 = 4∏ * 10 -7 , и B = H + 4∏i M в единицах cgs. Строго говоря, это векторные уравнения, но обычно H и M и, следовательно, B , параллельны и могут считаться скалярами.

Изотропный Изотропный магнит имеет те же свойства при измерении параллельно любой оси. В процессе изготовления материал можно выравнивать или ориентировать в любом направлении. NdFeB — анизотропный материал. Прорезиненные магниты часто бывают изотропными и намагничиваются в полосах север-юг в специальном приспособлении с очень сильным полем. Удивительно, но картина намагничивания в гибких магнитах обычно «односторонняя». Почти все поле выходит на одну сторону листа! Гибкий лист равномерно намагничивается по особой схеме, где вертикальные и горизонтальные поля складываются с одной стороны и сокращаются с другой.Это удваивает удерживающую силу. Длина Измеренное расстояние вдоль магнита от конца до конца. На дисковом магните (где длина <диаметр) это же измерение будет называться толщиной. M-H Loop

График намагниченности M в сравнении с H . Различия между петлями B-H и M-H вызвали большую путаницу. Это неудивительно, ведь многие учебники содержат важные ошибки! Эти две петли будут более подробно рассмотрены ниже.Петля M-H говорит об основных свойствах магнитного материала больше, чем петля B-H .

Магнитный Атомы всех магнитных материалов обладают двумя свойствами. У них чистый квантово-механический спин и магнитный момент . Другими словами, это крошечные магниты. У них также есть квантово-механическая энергия связи между атомами, которая сводится к минимуму, когда магнитные моменты параллельны.Отсюда складываются магнитные моменты соседних атомов . Металлы, железо, никель и кобальт, являются единственными чистыми материалами, которые обладают магнитными свойствами при комнатной температуре, но существуют буквально тысячи соединений, которые обладают сильными магнитными свойствами при комнатной температуре. Например, диоксид хрома CrO 2 и арсенид марганца MnAs обладают сильными магнитными свойствами. Магнитная цепь Обычно более или менее круглая конструкция, содержащая магнит и магнитомягкие материалы для концентрации поля магнита в воздушном зазоре в цепи.Магнитный домен Все магнитные материалы являются магнитными, потому что квантово-механическая энергия связи между соседними электронными спинами сводится к минимуму, когда спины параллельны. Чем больше объем таких намагниченных областей, тем больше энергия внешнего магнитного поля. В некотором критическом объеме энергия внешнего поля больше, чем энергия квантово-механической связи, и объем распадается на два или более магнитных доменов , разделенных доменом стенкой .Сила магнитного поля (H) Мера магнитного поля. Это может быть вызвано электрическим током или постоянным магнитом. Единицы измерения: Э в единицах cgs и А / м в единицах MKS. Магнитная индукция (B) Плотность магнитного потока или магнитный поток на единицу площади в заданной точке. Единицы измерения — Гаусс в единицах cgs или Тесла в единицах MKS. Намагничивание (M) Мера магнитной силы или дипольного момента на единицу объема магнитного материала. Единицы измерения: emu / cm 3 в единицах cgs или А / м в единицах MKS. Намагниченный Когда магнитный материал индуцируется током (с использованием электромагнита или другого постоянного магнита), он считается магнитным. Магниты могут поставляться в намагниченном или немагниченном состоянии, в зависимости от требований заказчика. Материал Основной состав магнитов. Магниты NdFeB состоят из Nd (неодима), Fe (железа) и B (бора). Паспорт безопасности материалов для продуктов NdFeB доступен здесь. Класс материала Список спецификаций, определяющих магнитные свойства данного магнитного материала.(См. Таблицу оценок) Максимальное произведение энергии (BHmax) На графике B-H это точка, в которой продукт B • H достигает максимума. Значения B и H в этот момент называются Bd и Hd . Произведение Bd Hd дает BHmax и называется произведением максимальной энергии. Единицами измерения почти всегда являются MGOe или 10 6 эрг / см 3 . Оценка магнита обычно включает это число.Например: NdFeB сорта N40 имеет максимальный энергетический продукт между 38-41 MGOe. BHmax — это основной индикатор «прочности» материала магнита. В общем, чем выше значение BHmax , тем большее поле H будет генерировать магнит в конкретном приложении. Максимальная рабочая температура (Tmax) Максимальная рабочая температура для данного магнитного материала. Из-за геометрии магнитной цепи конкретный магнит может иметь необратимые потери несколько ниже этой температуры.Максимальная рабочая температура (Tm) Максимальная температура, которую может иметь магнит до того, как его магнитные свойства ухудшатся. Магниты NdFeB имеют довольно низкие значения Tm . Tm всегда меньше, но иногда почти равно Tc .Maxwell Единица измерения магнитного потока cgs. Одна линия Максвелла = 1 линия Flux.MGOe (Mega Gauss Oersteds). Единица измерения, обычно используемая для определения максимального энергетического продукта для конкретного магнитного материала. Северный полюс В магнитных терминах это особый полюс магнита, который «ищет» Земли Географический Северный полюс.Географический северный полюс Земли на самом деле имеет магнитную южную полярность, что вызывает бесконечную путаницу. В терапевтических приложениях северный полюс магнитов считается источником «положительной энергии» и является стороной, которая, как принято считать, снимает боль. Орстед Единица измерения силы магнитного поля в системе CGS. Он был назван в честь известного датского физика и химика Ганса Христиана Эрстеда. 1 Эрстед — это напряженность магнитного поля, когда сила, действующая на единичный магнитный полюс, составляет 1 дин.1Oe = 1000 / 4π А / м. (А / м — единица измерения напряженности магнитного поля MKS) Проницаемость µ Определяется выражением B = µH . В вакууме или воздухе в единицах СГС µ = 1. К сожалению, в единицах МКС-СИ в воздухе µ = µ 0 = 4pi * 10 -7 . Коэффициент проницаемости (Pc) В магнитной цепи магнит будет работать в определенной точке на кривой внешнего размагничивания (B-H). Это связано с физической геометрической конструкцией магнитов, а также с магнитной цепью, в которой они работают.Это также называется линией нагрузки или рабочей точкой. Pc = Bd / HdPlating Обработка поверхности готового материала магнита, обычно как средство предотвращения окисления. Чаще всего это комбинация никеля (Ni), меди (Cu), золота (Au), олова (Sn), цинка (Zn), эпоксидной смолы или АБС-пластика. Большинство магнитов NdFeB, которые мы продаем, имеют покрытие Ni-Cu-Ni. Полярность Магнитная ориентация магнитов относительно полюсов. Все магниты будут иметь как северный полюс, так и южный полюс, а у большинства магнитов их северный и южный полюса разнесены на 180 градусов.Различные конфигурации полярности можно найти на нашей странице магнитной ориентации. Полюс Область на магните, которая имеет наибольшую концентрацию магнитных диполей. Большинство магнитов имеют два полюса (на 180 градусов друг от друга), но другие типы также имеют несколько полюсов. Каждый полюс обращен либо на север, либо на юг. Дополнительную информацию см. В разделе «Северный полюс». Сила отрыва Количество силы, которую магнит может выдержать, когда нагрузка прикладывается перпендикулярно поверхности стали. Результаты испытаний, показанные на месте, близки к идеальным (макс.) Результатам, когда магнит и металл имеют полный прямой контакт на обеих поверхностях.Низкокачественная сталь, ненормальное состояние поверхности или угол растяжения (который не перпендикулярен поверхности) приведут к более низкому результирующему значению. Все показанные результаты получены от откалиброванных сертифицированных измерителей силы с разной емкостью. Счетчики откалиброваны с точностью +/- 0,5%. Информация о максимальном притяжении, которую мы предоставляем, предназначена только для сравнения (с другими доступными продуктами). Все испытания проводятся на реальных образцах материалов, и фиксируются средние результаты серии измерений. Если у вас есть конкретное приложение или потребность, обратитесь в службу поддержки, которая поможет вам в процессе выбора магнита.Редкоземельный металл В периодической таблице элементов категория лантаноидов описывает элементы, называемые редкоземельными металлами. Наиболее распространенными элементами этой категории, используемыми в производстве магнитов, являются неодим, самарий и диспрозий. Большинство магнитов, продаваемых Amazing Magnets, состоят из Nd, Fe и B, которые составляют самый сильный тип постоянных магнитов, обычно доступных. Остаточная сила (Bd) Плотность магнитного потока, остающаяся в определенной магнитной цепи после насыщения (т.е.е. намагничивающая сила) была удалена. Это часто называют остаточной индукцией. Остаточное поле (Hd) Максимальное размагничивающее поле, остающееся в магнитной цепи после насыщения. Остаточная индукция (Br) — это максимальная плотность остаточного магнитного потока для данного магнитного материала. Это называется материальной гауссовой частицей. Однодоменная частица. Частица настолько мала, что нет места для магнитной доменной стенки. Следовательно, частица представляет собой крошечный, но очень сильный магнит. Все магнитные ленты для записи сделаны из таких частиц.Южный полюс В магнитных терминах это особый полюс магнита, который «ищет» Земли Географический Южный полюс. Географический южный полюс Земли на самом деле имеет северную магнитную полярность, что сильно запутывает проблему. В терапевтических целях магниты Южный полюс считается источником «положительной энергии» и представляет собой сторону, которая обычно не направляется к коже. Поверхностное поле Максимальное поле H , которое можно измерить на поверхности магнита. Измерения обычно производятся с помощью измерителя Гаусса (измерителя Эрстеда) с датчиком на эффекте Холла.Гаусс на поверхности. Частное измерение магнитного поля при измерении на поверхности магнита. Результаты измерений, представленные на нашем сайте, содержат максимальную гаусс-метр на поверхности, измеренную откалиброванным, сертифицированным NIST гаусс-измерителем. Если вам нужно узнать уровень Гаусса на определенном расстоянии, отправьте сообщение в службу поддержки. Восприимчивость X Определяется выражением M = X H. Он задается как X = ( µ -1 ) / (4pi) где µ — магнитная проницаемость. Tc (Температура Кюри) Температура, при которой магнитный материал будет полностью размагничен. Магнитные диполи внутри магнита полностью хаотичны, в результате получается магнитный материал, который не проявляет внешних магнитных свойств. Достижение или превышение этой температуры может привести к необратимому повреждению физических или структурных свойств магнитов. Тесла (Т) Производная единица магнитного поля B MKS-SI (также известная как «плотность магнитного потока» или «магнитная индукция»).Устройство было названо в 1960 году в честь сербско-американского изобретателя, физика и инженера-электрика Николы Тесла. Одна Tesla равна одному Веберу на квадратный метр. 1 Тесла равен 10 000 Гаусс. Толщина Измеренное расстояние между плоскими гранями магнитов. На стержневом или стержневом магните (где длина> = диаметр) это же измерение будет называться длиной. Резьба Спецификация крепежной детали. Amazing Magnets продает детали с метрической и английской резьбой. Примечание. Сам магнитный материал NdFeB не может быть заправлен резьбой, так как он слишком хрупкий.Tmax (максимальная рабочая температура) Максимальная рабочая температура для данного магнитного материала. Из-за геометрии в цепи, имеющей высокое поле размагничивания Hd, конкретный магнит может выдерживать необратимые потери ниже этого значения. Вес Вес магнитов, измеренный с помощью точных весов.

Поддержка пароля

Введите адрес электронной почты, связанный с вашей учетной записью Amazing Magnets.Вам будет выслан одноразовый временный пароль.

Руководство по проектированию магнитных цепей

| Технические примечания | Магниты

Руководство по проектированию магнитной цепи

1. Основные формулы расчета

1-1. Полный магнитный поток Φ и магнитная проницаемость P

Основная формула расчета для магнитных цепей аналогична закону Ома; а именно, когда полный магнитный поток обозначен через Φ, магнитодвижущая сила F и магнитное сопротивление R, соотношение между этими тремя элементами выражается следующей формулой:

Однако при расчете магнитной цепи вместо магнитного сопротивления R обычно используется проницаемость P, которая обратно пропорциональна магнитному сопротивлению R.Следовательно, приведенную выше формулу можно заменить следующей формулой:

Когда длина магнитного пути обозначена L, площадь поперечного сечения магнитного пути A и проницаемость магнитного пути μ, проницаемость P выражается следующей формулой:

Эта формула показывает, что чем короче длина магнитного пути L и чем больше площадь поперечного сечения A и магнитная проницаемость μ, тем больше проницаемость P (т.е. тем меньше магнитное сопротивление).

Кроме того, проницаемость Pt для всей магнитной цепи выражается суммой проницаемости зазора Pg, которая определяется как величина, обратная магнитному сопротивлению в зазоре, а проницаемость рассеяния Pf определяется как величина, обратная магнитному сопротивлению, вызванному магнитный поток рассеяния (Pt = Pg + Pf).

Чтобы определить поток рассеяния для каждого пространства магнитного пути, общая проницаемость Pt выражается как сумма проницаемости зазора Pg и проницаемости рассеяния каждого пространства магнитного пути (Pf 1 + Pf 2 + Pf 3 +……. Pf n ).

1-2. Коэффициент потерь магнитодвижущей силы f

Коэффициент потерь магнитодвижущей силы f определяется как отношение общей магнитодвижущей силы F магнитопровод к зазору магнитодвижущей силы Fg.

Общая магнитодвижущая сила F магнитной цепи определяется используемым магнитом, и ее значение является произведением напряженности магнитного поля в рабочая точка магнита Hd и длина магнита Lm.
Кроме того, магнитодвижущая сила зазора Fg является произведением плотности магнитного потока зазора Bg и длины зазора Lg; поэтому формулу (5) можно разложить до следующей формулы:

1-3. Коэффициент утечки σ

Коэффициент утечки выражается отношением полного магнитного потока Φt, генерируемого от магнита в магнитной цепи, к магнитному потоку зазора, сходящемуся в зазоре Φg.

Общий магнитный поток Φt, генерируемый магнитом, определяется как произведение плотности магнитного потока в рабочей точке Bd и поперечного сечения магнита. площадь сечения Am, а магнитный поток, сходящийся в зазоре Φg, определяется как произведение плотности магнитного потока Bg зазора и площади поперечного сечения зазора Ag; поэтому формулу (7) можно разложить до следующей формулы:

Кроме того, из формулы (2): Φ = FP, формула (7) также может быть выражена следующей формулой:

Поскольку коэффициент потерь магнитодвижущей силы f обычно становится значением, близким к 1, формула (9) станет следующей формулой путем замены формулы (5) и формулы (4):

Эту формулу также можно выразить в следующей форме, разделив Pf на каждое пространство магнитного пути утечки:

1-4.Коэффициент проницаемости Pc

Коэффициент проницаемости Pc используется для выражения рабочей точки магнита на кривой B-H. Это значение определяется как отношение плотности магнитного потока Bd и напряженности магнитного поля Hd на рабочая точка и выражается следующей формулой (см. рисунок выше):

1-4-а. Коэффициент магнитной проницаемости магнита, встроенного в магнитную цепь

Коэффициент магнитной проницаемости магнита, включенного в магнитную цепь, можно определить, получив Hd и Bd из формулы (6) и формулы (8) и подставив их в формулу (11).

И заменив это на

, может быть получена следующая формула:
1-4-б. Коэффициент магнитной проницаемости монотельного магнита

Коэффициент магнитной проницаемости одиночного магнита в значительной степени зависит от формы магнита, и поэтому очень трудно получить точное значение путем расчета.
Таким образом, из приведенного ниже рисунка с использованием столбчатого магнита в качестве образца (график, показывающий соотношение между размерным отношением и коэффициентом проницаемости), получается приблизительная оценка.

Примерная формула будет иметь следующий вид:

1-5. Методы расчета длины Lm, площади поперечного сечения Am и объема Vm

Длина Lm и площадь поперечного сечения Am, необходимые для магнита, составляют

Задавая Hd, Bd, Bg, Ag, Lg, f и σ в эту формулу, можно получить необходимые Lm и Am.
А необходимый Vm —

, что указывает на то, что необходимый объем магнита обратно пропорционален произведению энергии в рабочей точке.

1-6. Метод определения коэффициента утечки σ и коэффициента потерь магнитодвижущей силы f
1-6-а. Методики экспериментального получения σ и f

■ Метод с использованием поисковой катушки

  1. 1. Оберните поисковую катушку вокруг магнита и измерьте магнитный поток в зазоре.
  2. 2. Рассчитайте Bd из общего потока Φg / площади поперечного сечения Am магнита.
  3. 3. Получите Hd из кривой B-H (кривая размагничивания).
  4. 4. Измерьте Bg, Ag, Lg, Am и Lm.
  5. 5. Вычислите f и σ по формуле (6) и формуле (8).

■ Метод без поисковой катушки

  1. 1. Примите значение f (обычно от 1,0 до 1,2).
  2. 2. Измерьте Lm, Bg и Lg.
  3. 3. Рассчитайте Hd по формуле (12) на предыдущей странице.
  4. 4. Получите Bd по кривой B-H (кривая размагничивания).
  5. 5. Измерьте Am и Ag и рассчитайте σ по формуле (8).
1-6-б. Метод получения σ расчетным путем

Получить Pg и Pf 1 — Pf n по формуле (10),

и вычислим σ.

Ссылочный пример

Пример расчета магнитной проницаемости основных компонентов (Pg, P 1 , P 2 P 3 и P 4 ) пространства магнитного тракта утечки показан ниже.

1) Проницаемость области зазора на рисунке

2) Проницаемость полуцилиндрического магнитного тракта утечки

3) Проницаемость полуцилиндрического (полого) магнитного тракта утечки

4) Проницаемость четверти сферического магнитного тракта утечки

5) Магнитная проницаемость полого четверти сферического магнитного тракта утечки

Комбинируя проницаемость, указанную выше с 1) по 5), можно получить приблизительную оценку σ в пространстве магнитного пути утечки (μ 0 : проницаемость вакуума).

2. Формула для расчета плотности магнитного потока B (X) на центральной линии магнита

Когда кривая BH прямая или рабочая точка Bd расположена выше точки перегиба, распределение магнитного поля вне магнита можно рассматривать так же, как магнитное поле, создаваемое током замкнутой цепи на внешней периферии. поверхность пространства длиной X, имеющего такую ​​же проницаемость и форму поперечного сечения, как у магнита.
Формулы расчета для получения этого B (X) для трех типичных форм будут показаны ниже. Эти формулы эффективны в качестве приближенных формул для ферритовых магнитов или неодимовых магнитов.

2-1. Магнит цилиндрической формы
2-2. Магнит квадратной формы
2-3. Трубчатый магнит
2-4. Когда магнитное тело помещается за магнитным полюсом

Заменить 2L членом L формул 2-1, 2-2 и 2-3.

2-5. Когда магниты одинаковой формы противостоят друг другу на расстоянии 2X

B (X) в центре зазора станет вдвое больше, чем B (X), полученное с использованием формул 2-1, 2-2 и 2-3.
B (X) в точке P внутри промежутка будет суммой B (XP), в которой XP подставляется в член X предыдущей формулы, и B (X + P), в котором X + P вставляется в член X предыдущей формулы.

2-6. Когда магнитное тело расположено за магнитным полюсом в той же конфигурации, что и в предыдущем разделе

Заменить 2L членом L формул 2-1, 2-2 и 2-3.B (X) в центре зазора и точку P внутри зазора можно получить с помощью тех же процедур, что и 2-5.

3. Расчет эффективного магнитного потока магнитопровода для двигателей

В магнитных цепях для двигателей условия магнитной цепи сильно различаются в зависимости от элементов, включая количество пазов ротора, форму паза и т. Д. и толщину стенки корпуса. Поэтому в этом разделе будут показаны только формулы, отражающие основные понятия.

1) Площадь поперечного сечения магнита Am

2) Соотношение эквивалентных размеров магнита ℓ / d

3) Коэффициент проницаемости одиночного магнита Pi

4) Коэффициент магнитной проницаемости одинарного магнита, включая ярмо PL

5) Коэффициент Куртера K c

6) Эффективный коэффициент проницаемости P u

7) Магнитный поток утечки σ

8) Магнитный поток полюсов (или эффективный магнитный поток) Φg

О насыщении магнитной цепи
Приведенный выше метод расчета Φg не учитывает во внимание насыщение магнитной цепи.Однако в реальных магнитных цепях насыщение может происходить в области корпуса или ротора. Другими словами, когда сравниваются Φg, полученные вышеуказанным способом вычисления, и Φg в фактическом двигателе, а g в фактическом двигателе меньше расчетного значения, возможно, что магнитная цепь насыщена.

Таблица преобразования единиц SI / CGS

Умножив характеристическое значение в единицах СИ на коэффициент преобразования в левой части ▶, можно получить значение в единицах СГС.
Аналогичным образом, умножая характеристическое значение в единицах CGS на коэффициент преобразования в правой части, можно получить значение в единицах SI.

Единица СИ ▶ ◀ Узел CGS
Магнитный терм Условное обозначение Название агрегата Условное обозначение Коэффициент преобразования ▶ ◀ Передаточное число Условное обозначение Название агрегата
Магнитный поток Φ Вебер Wb 10 8 ◀ 10 -8 Mx Максвелл
Плотность магнитного потока B Тесла Т 10 4 ◀ 10 -4 G Гаусс
Магнитное поле H Ампер / м А / м 4π × 10 -3 ◀ 10 3 / 4π Oe Эрстед
Намагничивание M Ампер / м А / м 10 -3 ◀ 10 3 G Гаусс
Магнитная поляризация Дж Тесла Т 10 4 / 4π ▶ ◀ 4π × 10 -4 G Гаусс
Магнитодвижущая сила FM Ампер А 4π × 10 -1 ◀ 10 / 4π Ги Гилберт
Сила магнитного притяжения Ф Ньютон N 10 5 ◀ 10 -5 дин Дайн
Проницаемость мкм Генри / м Г / м 10 7 / 4π ▶ ◀ 4π × 10 -7 Безразмерный
Проницаемость вакуума мкм 0 4π × 10 -7 Генри / м Г / м Безразмерный 1
Магнитное сопротивление Rm 1 / Генри H -1 4π × 10 -9 ◀ 10 9 / 4π Ги / Мкс Гилберт / Максвелл
Проницаемость P Генри H 10 9 / 4π ▶ ◀ 4π × 10 -9 Mx / Gi Максвелл / Гилберт
Изделие магнитной энергии BH Джоуль / м 3 Дж / м 3 4π × 10 ▶ ◀ 10 -1 / 4π G · Oe Гаусс · Эрстед
10 ▶ 10 -1 эрг / см 3 эрг / см 3

Как использовать единицы СИ в техническом письме

Le Système international d’unités (SI), или Международная система единиц, используется в метрической системе и в качестве принятого соглашения в технической и научной литературе.Существует семь базовых единиц и двадцать две определенные производные единицы (названные таким образом, потому что они являются производными от базовых единиц), но с помощью этой системы можно сформировать ряд других единиц. Стандарты единиц СИ (используемые для определения основных единиц) основаны на системе метр-килограмм-секунда (мкс), а не на системе сантиметр-грамм-секунда (сгс).

В письменной форме названия единиц СИ всегда пишутся строчными буквами. Однако символы единиц, названных в честь человека, начинаются с заглавной буквы (например,г., ампер и А). Эти символы не являются сокращениями, поэтому точки не требуются. Кроме того, между числом и единицей СИ всегда должен быть пробел, за исключением символа градуса. Курсив обычно не используется с единицами СИ.

Базовые блоки

Базовые единицы являются строительными блоками системы СИ. Есть семь основных единиц и символов для семи основных величин, которые считаются независимыми. Хотя это не официальный символ SI, секунд иногда сокращается как секунд в техническом письме.

97622 кг массы кг

76 А

76 А два бесконечно длинных параллельных проводника пренебрежимо малого сечения, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, которые создают силу 2×10

-7 ньютонов на метр длины
Базовая величина Базовая единица Символ Определение
длина метр м расстояние, пройденное светом в вакууме в 1/299 792 456 секунд кг
масса международного прототипа килограмм
время секунда с длительность 9,192,631,770 периодов стандартного перехода Cs-133
электрический ток ампер
термодинамическая температура кельвин K 1/273.16 термодинамической температуры тройной точки воды
количество вещества моль моль количество, которое содержит столько элементарных единиц, сколько атомов в 0,012 кг углерода-12
сила света кандела кд сила света источника с частотой 540×10 12 герц и силой излучения 1/683 Вт на стерадиан

Производные единицы

Существует 22 производных единицы, которым для удобства даны специальные названия и символы.Все производные единицы представляют собой комбинации основных единиц (произведения, мощности и т. Д.), Хотя радиан и стерадиан фактически безразмерны.

2 / м 2 (без агрегата) * м 2 / с 2 или Н / м 4 2 / (s 3 * A 2 ) или V / A

° C -273.15

76
Количество Название Символ Изображение базового блока
угол радиан рад м / м (без агрегата)
м / м (без единицы измерения)
телесный угол телесный угол
частота герц Гц 1 / с
сила / вес ньютон N кг * м
давление / напряжение паскаль Па кг / (м * с 2 ) или Н / м 2
энергия / работа / тепло джоуль Дж Дж
мощность / лучистый поток Вт Вт кг * м 2 / с 3 или Дж / с
электрический заряд кулон C s * A
напряжение вольт V кг * м 2 / (s 3 * A) или
электрическая емкость фарад F с 4 * A 2 / (кг * м 2 ) или C / V
электрическое сопротивление Ом Ом
Электропроводность siemens S s 3 * A 2 / (кг * м 2 2 ) или A / V
магнитный поток weber Wb кг * м 2 / (s 2 * A) или V * s
Напряженность магнитного поля тесла T кг / (с 2 * A) = Вт / м 2
индуктивность генри H кг * м 2 / (s 2 * A 2 ) = Wb / A
температура градус Цельсия 76
световой поток люмен лм кд * ср
освещенность люкс лк кд * ср / м 976 / м радиоактивность беккерель Бк 1 / с
поглощенная доза серый Гр м 2 / с 2 или Дж / кг, эквивалент 9117

2 Sv

м 2 / с 2 или Дж / кг
Каталитическая активность katal kat моль / с

Прочие устройства

Хотя существует 22 определенных производных единицы, существует гораздо больше комбинаций, которые можно составить с семью базовыми единицами.Некоторые общие производные величины, которым не были присвоены специальные названия и символы, включают площадь (м 2 ), объем (м 3 ), скорость (м / с), ускорение (м / с 2 , включая единицу ). g , используется для обозначения кратных ускорению свободного падения), волнового числа (1 / м) и плотности (кг / м 3 ).

Кроме того, в документах с единицами СИ часто используются единицы, которые сами по себе не являются единицами СИ. Общие единицы, не относящиеся к системе СИ, принятые для использования с единицами СИ, включают единицы времени (минута = 60 с, мин; час = 3600 с, час или час; день = 86 400 с, сутки), объем (литр = 10 -3). м 3 , символ которого является исключением из правила использования заглавных букв: L, а не l) и давления (бар = 10 5 Па, бар).

Мы надеемся, что сегодняшний совет поможет вам понять, как использовать правильные сокращения для единиц СИ в вашем письме. Если у вас есть вопросы, напишите нам по адресу [адрес электронной почты защищен]. Спасибо за прочтение!

Поделитесь с коллегами

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *