Magnetisk induksjon (symbol B)– hovedkarakteristikken til et magnetfelt (vektormengde), som bestemmer kraften av påvirkning på en bevegelig elektrisk ladning (strøm) i et magnetfelt, rettet i retningen vinkelrett på bevegelseshastigheten.
Magnetisk induksjon er definert som evnen til å påvirke et objekt ved hjelp av et magnetfelt. Denne evnen viser seg når flytte permanent magnet i spolen, som et resultat av at det induseres (oppstår) en strøm i spolen, mens den magnetiske fluksen i spolen også øker.
Fysisk betydning av magnetisk induksjon
Fysisk er dette fenomenet forklart som følger. Metallet har en krystallinsk struktur (spolen er laget av metall). Krystallgitteret til et metall inneholder elektriske ladninger - elektroner. Hvis det ikke utøves magnetisk påvirkning på metallet, er ladningene (elektronene) i ro og beveger seg ikke noe sted.
Hvis metallet kommer under påvirkning av et vekslende magnetfelt (på grunn av bevegelsen av en permanent magnet inne i spolen - nemlig bevegelser), så begynner ladningene å bevege seg under påvirkning av dette magnetfeltet.
Som et resultat oppstår det en elektrisk strøm i metallet. Styrken til denne strømmen avhenger av de fysiske egenskapene til magneten og spolen og bevegelseshastigheten til den ene i forhold til den andre.
Når en metallspole plasseres i et magnetfelt, roteres de ladede partiklene i metallgitteret (i spolen) i en viss vinkel og plasseres langs kraftlinjene.
Jo høyere magnetfeltets styrke er, desto mer roterer partikler og jo mer jevn vil deres arrangement være.
Magnetiske felt orientert i én retning nøytraliserer ikke hverandre, men legger seg sammen og danner et enkelt felt.
Magnetisk induksjonsformel 
Hvor, I— vektor for magnetisk induksjon, F- maksimal kraft som virker på en strømførende leder, Jeg- strømstyrke i lederen, l— lengden på lederen.
Magnetisk fluks
Magnetisk fluks er en skalar størrelse som karakteriserer effekten av magnetisk induksjon på en bestemt metallkrets.
Magnetisk induksjon bestemmes av antall kraftlinjer som går gjennom 1 cm2 av metallseksjonen.
Magnetometre som brukes til å måle det kalles teslometre.
SI-måleenheten for magnetisk induksjon er Tesla (Tl).
Etter at bevegelsen av elektroner i spolen opphører, mister kjernen, hvis den er laget av mykt jern, sine magnetiske egenskaper. Hvis den er laget av stål, har den evnen til å beholde sine magnetiske egenskaper i noen tid.
Amperes lov brukes til å etablere strømenheten, amperen.
Ampere - styrken til en strøm av konstant størrelse, som, som passerer gjennom to parallelle rette ledere med uendelig lengde og ubetydelig lite tverrsnitt, plassert i en avstand på en meter, den ene fra den andre i et vakuum, forårsaker en kraft på .
 ,
|
(2.4.1) |
Her; ; ; 
La oss her bestemme dimensjonen og størrelsen i SI.
, derfor
, eller 
.
Fra Biot-Savart-Laplace-loven, for en rett leder med strøm , Samme du kan finne dimensjonen til magnetfeltinduksjonen:
Tesla er SI-enheten for induksjon. .
Gauss– måleenhet i det gaussiske enhetssystem (GHS).
1 T lik den magnetiske induksjonen av et jevnt magnetfelt, der en flat krets med en strøm som har et magnetisk moment,dreiemoment påføres.
 |
Tesla Nikola(1856–1943) - Serbisk vitenskapsmann innen elektro- og radioteknikk. Han hadde et stort antall oppfinnelser. Han oppfant den elektriske måleren, frekvensmåleren osv. Han utviklet en rekke design for flerfasegeneratorer, elektriske motorer og transformatorer. Han designet en rekke radiostyrte selvgående mekanismer. Studerte de fysiologiske effektene av høyfrekvente strømmer. I 1899 bygde han en 200 kW radiostasjon i Colorado og en 57,6 m høy radioantenne på Long Island (Wardenclyffe Tower). Sammen med Einstein og Openheimer deltok han i 1943 i et hemmelig prosjekt for å oppnå usynligheten til amerikanske skip (Philadelphia-eksperimentet). Samtidige snakket om Tesla som en mystiker, klarsynt, profet, i stand til å se inn i det intelligente kosmos og de dødes verden. Han mente at man ved hjelp av et elektromagnetisk felt kunne bevege seg i rommet og kontrollere tiden. |
Annen definisjon: 1 T lik magnetisk induksjon, ved hvilken den magnetiske fluksen gjennom området 1 m 2, vinkelrett på feltretningen,er lik 1 Wb .
Måleenheten for magnetisk fluks Wb, fikk navnet sitt til ære for den tyske fysikeren Wilhelm Weber (1804–1891), en professor ved universitetene i Halle, Göttingen og Leipzig.
Som vi allerede sa, magnetisk fluks Ф gjennom overflaten S er en av egenskapene til magnetfeltet(Fig. 2.5):
SI-enhet for magnetisk fluks:
. , og siden da.
Her Maxwell(Mks) er en måleenhet for magnetisk fluks i CGS oppkalt etter den berømte engelske forskeren James Maxwell (1831–1879), skaperen av teorien om det elektromagnetiske feltet.
Magnetisk feltstyrke N målt i.
, 
.
La oss oppsummere hovedkarakteristikkene til magnetfeltet i en tabell.
Tabell 2.1
Navn |
« Fysikk - 11. klasse"
Elektromagnetisk induksjon
Den engelske fysikeren Michael Faraday var trygg på den enhetlige naturen til elektriske og magnetiske fenomener.
Et tidsvarierende magnetfelt genererer et elektrisk felt, og et elektrisk felt i endring genererer et magnetfelt.
I 1831 oppdaget Faraday fenomenet elektromagnetisk induksjon, som dannet grunnlaget for utformingen av generatorer som konverterer mekanisk energi til elektrisk energi.
Fenomenet elektromagnetisk induksjon
Fenomenet elektromagnetisk induksjon er forekomsten av en elektrisk strøm i en ledende krets, som enten er i ro i et tidsvarierende magnetfelt eller beveger seg i et konstant magnetfelt på en slik måte at antallet magnetiske induksjonslinjer som trenger inn i kretsen Endringer.
For sine mange eksperimenter brukte Faraday to spoler, en magnet, en bryter, en likestrømskilde og et galvanometer.
En elektrisk strøm kan magnetisere et jernstykke. Kan en magnet forårsake elektrisk strøm?
Som et resultat av eksperimenter etablerte Faraday hovedtrekkene fenomener med elektromagnetisk induksjon:
1). en induksjonsstrøm oppstår i en av spolene i øyeblikket for lukking eller åpning av den elektriske kretsen til en annen spole, stasjonær i forhold til den første.
2) indusert strøm oppstår når strømstyrken i en av spolene endres ved hjelp av en reostat 
3). indusert strøm oppstår når spolene beveger seg i forhold til hverandre 
4). indusert strøm oppstår når en permanent magnet beveger seg i forhold til spolen 
Konklusjon:
I en lukket ledende krets oppstår det en strøm når antallet magnetiske induksjonslinjer som penetrerer overflaten avgrenset av denne kretsen endres.
Og jo raskere antall magnetiske induksjonslinjer endres, desto større blir den resulterende induksjonsstrømmen.
Det spiller ingen rolle. som er årsaken til endringen i antall magnetiske induksjonslinjer.
Dette kan også være en endring i antall magnetiske induksjonslinjer som penetrerer overflaten avgrenset av en stasjonær ledende krets på grunn av en endring i strømstyrken i den tilstøtende spolen,
og en endring i antall induksjonslinjer på grunn av kretsens bevegelse i et uensartet magnetfelt, hvis tetthet av linjene varierer i rom, etc.
Magnetisk fluks
Magnetisk fluks er en karakteristikk av et magnetfelt som avhenger av den magnetiske induksjonsvektoren på alle punkter på en overflate begrenset av en flat lukket kontur. 
Det er en flat lukket leder (krets) som avgrenser en overflate av området S og plassert i et jevnt magnetfelt.
Normalen (vektor hvis modul er lik enhet) til lederplanet danner en vinkel α med retningen til den magnetiske induksjonsvektoren
Magnetisk fluks Ф (fluks av den magnetiske induksjonsvektoren) gjennom en overflate av området S er en verdi lik produktet av størrelsen på den magnetiske induksjonsvektoren med området S og cosinus til vinkelen α mellom vektorene og:
Ф = BScos α
Hvor
Вcos α = В n- projeksjon av den magnetiske induksjonsvektoren på normalen til konturplanet.
Derfor
Ф = B n S
Den magnetiske fluksen øker jo mer I n Og S.
Magnetisk fluks avhenger av orienteringen til overflaten som magnetfeltet trenger gjennom.
Magnetisk fluks kan tolkes grafisk som en verdi proporsjonal med antall magnetiske induksjonslinjer som penetrerer en overflate med et areal på S.
Enheten for magnetisk fluks er weber.
Magnetisk fluks i 1 weber ( 1 Wb) skapes av et jevnt magnetfelt med en induksjon på 1 T gjennom en overflate med et areal på 1 m 2 plassert vinkelrett på den magnetiske induksjonsvektoren.
Bildet viser et jevnt magnetfelt. Homogen betyr det samme på alle punkter i et gitt volum. I et felt plasseres en flate med areal S. Feltlinjene skjærer overflaten.
Bestemmelse av magnetisk fluks:
Magnetisk fluks Ф gjennom overflaten S er antallet linjer i den magnetiske induksjonsvektoren B som passerer gjennom overflaten S.
Magnetisk fluksformel:
her er α vinkelen mellom retningen til den magnetiske induksjonsvektoren B og normalen til overflaten S.
Fra den magnetiske fluksformelen er det klart at den maksimale magnetiske fluksen vil være ved cos α = 1, og dette vil skje når vektor B er parallell med normalen til overflaten S. Minste magnetiske fluks vil være ved cos α = 0, dette vil skje når vektor B er vinkelrett på normalen til overflaten S, fordi i dette tilfellet vil linjene til vektor B gli langs overflaten S uten å skjære den.
Og i henhold til definisjonen av magnetisk fluks, tas bare de linjene til den magnetiske induksjonsvektoren i betraktning som skjærer en gitt overflate.
Magnetisk fluks måles i webers (volt-sekunder): 1 wb = 1 v * s. I tillegg brukes Maxwell til å måle magnetisk fluks: 1 wb = 10 8 μs. Følgelig er 1 μs = 10 -8 vb.
Magnetisk fluks er en skalar mengde.
ENERGI I DET MAGNETISKE STRØMFELTET
Rundt en strømførende leder er det et magnetfelt som har energi. Hvor kommer det fra? Strømkilden som er inkludert i den elektriske kretsen har en energireserve. I det øyeblikket den elektriske kretsen lukkes, bruker strømkilden deler av energien sin for å overvinne effekten av den selvinduktive emf som oppstår. Denne delen av energien, kalt strømmens egen energi, går til dannelsen av et magnetfelt. Energien til magnetfeltet er lik den indre energien til strømmen. Strømmens egenenergi er numerisk lik arbeidet som strømkilden må gjøre for å overvinne selvinduksjons-emk for å skape en strøm i kretsen.
Energien til magnetfeltet som skapes av strømmen er direkte proporsjonal med kvadratet av strømmen. Hvor går magnetfeltenergien etter at strømmen stopper? - skiller seg ut (når en krets med tilstrekkelig stor strøm åpnes, kan det oppstå en gnist eller lysbue)
4.1. Loven om elektromagnetisk induksjon. Selvinduksjon. Induktans
Grunnleggende formler
· Lov om elektromagnetisk induksjon (Faradays lov):
,
(39)
hvor er induksjons-emk; er den totale magnetiske fluksen (flukskobling).
· Magnetisk fluks skapt av strøm i kretsen,
hvor er induktansen til kretsen, er strømstyrken.
· Faradays lov som anvendes på selvinduksjon
· Induksjons-emf, som oppstår når rammen roterer med strøm i et magnetfelt,
hvor er magnetfeltinduksjonen; er området til rammen; er vinkelhastigheten til rotasjonen.
Solenoid induktans
,
(43)
hvor er den magnetiske konstanten; er den magnetiske permeabiliteten til stoffet; er antall omdreininger på solenoiden; er tverrsnittsarealet til svingen; er lengden på solenoiden.
Strømstyrke ved åpning av kretsen
hvor er strømmen etablert i kretsen; er induktansen til kretsen; er motstanden til kretsen; er åpningstiden.
Strømstyrke ved stenging av kretsen
.
(45)
Avslappingstid
Eksempler på problemløsning
Eksempel 1.
Magnetfeltet endres i henhold til loven 
, hvor = 15 mT,. En sirkulær ledende spole med en radius = 20 cm plasseres i et magnetfelt i en vinkel i forhold til feltets retning (i det første øyeblikket). Finn den induserte emf som oppstår i spolen ved tid = 5 s.
Løsning
I henhold til loven om elektromagnetisk induksjon er den induktive emf som oppstår i en spole , hvor er den magnetiske fluksen koblet i spolen.
hvor er arealet av svingen; er vinkelen mellom retningen til den magnetiske induksjonsvektoren og normalen til konturen:.
La oss erstatte de numeriske verdiene: = 15 mT,, = 20 cm = = 0,2 m,.
Beregninger gir 
.
|
Eksempel 2 I et jevnt magnetfelt med induksjon = 0,2 T er det en rektangulær ramme, hvis bevegelige side, lengde = 0,2 m, beveger seg med en hastighet = 25 m/s vinkelrett på feltinduksjonslinjene (fig. 42). Bestem den induserte emf som oppstår i kretsen. Løsning Når lederen AB beveger seg i et magnetfelt, øker området til rammen, derfor øker den magnetiske fluksen gjennom rammen og en indusert emk oppstår. |
|
I følge Faradays lov, hvor, da, men, derfor.
"–"-tegnet indikerer at indusert emk og indusert strøm er rettet mot klokken.
SELVINDUKSJON
Hver leder som elektrisk strøm flyter gjennom er i sitt eget magnetfelt.
Når strømstyrken endres i lederen, endres m.feltet, d.v.s. den magnetiske fluksen skapt av denne strømmen endres. En endring i magnetisk fluks fører til fremveksten av et elektrisk virvelfelt og en indusert emk vises i kretsen. 
Dette fenomenet kalles selvinduksjon Selvinduksjon er fenomenet med forekomst av indusert emk i en elektrisk krets som følge av en endring i strømstyrken. Den resulterende emk kalles selvindusert emk
Manifestasjon av fenomenet selvinduksjon
Kretslukking 
Når det er kortslutning i den elektriske kretsen, øker strømmen, noe som forårsaker en økning i den magnetiske fluksen i spolen, og det oppstår et elektrisk virvelfelt, rettet mot strømmen, d.v.s. En selvinduksjons-emf oppstår i spolen, og forhindrer økningen i strømmen i kretsen (virvelfeltet hemmer elektronene). Som et resultat L1 lyser senere, enn L2.
Åpen krets 
Når den elektriske kretsen åpnes, avtar strømmen, det oppstår en reduksjon i fluksen i spolen, og et elektrisk virvelfelt vises, rettet som en strøm (forsøker å opprettholde samme strømstyrke), dvs. En selvindusert emf oppstår i spolen, og opprettholder strømmen i kretsen. Som et resultat, L når den er slått av blinker sterkt. Konklusjon i elektroteknikk manifesterer selvinduksjonsfenomenet seg når kretsen er lukket (den elektriske strømmen øker gradvis) og når kretsen åpnes (den elektriske strømmen forsvinner ikke umiddelbart).
INDUKTANS
Hva er selvindusert emf avhengig av? Elektrisk strøm skaper sitt eget magnetfelt. Den magnetiske fluksen gjennom kretsen er proporsjonal med magnetfeltinduksjonen (Ф ~ B), induksjonen er proporsjonal med strømstyrken i lederen (B ~ I), derfor er den magnetiske fluksen proporsjonal med strømstyrken (Ф ~ I). ). Selvinduksjons-emf avhenger av endringshastigheten til strømmen i den elektriske kretsen, av egenskapene til lederen (størrelse og form) og av den relative magnetiske permeabiliteten til mediet der lederen er plassert. En fysisk størrelse som viser avhengigheten av selvinduksjons-emf av størrelsen og formen til lederen og av miljøet der lederen befinner seg, kalles selvinduksjonskoeffisienten eller induktansen. 
Induktans - fysisk. en verdi numerisk lik den selvinduktive emk som oppstår i kretsen når strømmen endres med 1 Ampere på 1 sekund. Induktans kan også beregnes ved å bruke formelen:
der Ф er den magnetiske fluksen gjennom kretsen, I er strømstyrken i kretsen.
SI-enheter for induktans:
Induktansen til spolen avhenger av: antall vindinger, størrelsen og formen på spolen og den relative magnetiske permeabiliteten til mediet (eventuelt en kjerne).
SELVINDUKSJON EMF
Den selvinduktive emf hindrer at strømmen øker når kretsen slås på og at strømmen avtar når kretsen åpnes.
For å karakterisere magnetiseringen av et stoff i et magnetfelt, brukes det magnetisk moment (s m ). Det er numerisk lik det mekaniske dreiemomentet som oppleves av et stoff i et magnetfelt med en induksjon på 1 Tesla.
Det magnetiske momentet til en volumenhet av et stoff karakteriserer det magnetisering - I , bestemmes av formelen:
Jeg=R m /V , (2.4)
Hvor V - volum av stoffet.
Magnetisering i SI-systemet måles, som intensitet, i Kjøretøy, en vektormengde.
De magnetiske egenskapene til stoffer er karakterisert volumetrisk magnetisk følsomhet - c O , dimensjonsløs mengde.
Hvis noe legeme er plassert i et magnetfelt med induksjon I 0 , så skjer magnetiseringen. Som et resultat skaper kroppen sitt eget magnetfelt med induksjon I " , som samhandler med magnetiseringsfeltet.
I dette tilfellet induksjonsvektoren i mediet (I) vil være sammensatt av vektorer:
B = B 0 + B " (vektortegn utelatt), (2.5)
Hvor I " - induksjon av magnetfeltet til et magnetisert stoff.
Induksjonen av sitt eget felt bestemmes av de magnetiske egenskapene til stoffet, som er preget av volumetrisk magnetisk følsomhet - c O , er følgende uttrykk sant: I " = c O I 0 (2.6)
Delt på m 0 uttrykk (2.6):
I " /m O = c O I 0 /m 0
Vi får: N " = c O N 0 , (2.7)
Men N " bestemmer magnetiseringen av et stoff Jeg , dvs. N " = Jeg , deretter fra (2.7):
I = c O N 0 . (2.8)
Altså, hvis et stoff er i et eksternt magnetfelt med en styrke N 0 , så bestemmes induksjonen inni den av uttrykket:
B=B 0 + B " = m 0 N 0 +m 0 N " = m 0 (N 0 +I)(2.9)
Det siste uttrykket er strengt tatt sant når kjernen (stoffet) er fullstendig i et eksternt ensartet magnetfelt (lukket torus, uendelig lang solenoid, etc.).
DEFINISJON
Magnetisk induksjonsvektorfluks(eller magnetisk fluks) (dФ) i det generelle tilfellet, gjennom et elementært område kalles en skalar fysisk mengde, som er lik:
hvor er vinkelen mellom retningen til den magnetiske induksjonsvektoren () og retningen til normalvektoren () til området dS ().
Basert på formel (1), beregnes den magnetiske fluksen gjennom en vilkårlig overflate S (i det generelle tilfellet) som:
Den magnetiske fluksen til et jevnt magnetfelt gjennom en flat overflate kan finnes som:
For et jevnt felt, en flat overflate plassert vinkelrett på den magnetiske induksjonsvektoren, er den magnetiske fluksen lik:
Fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren kan være negativ og positiv. Dette skyldes valget av en positiv retning. Svært ofte er fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren assosiert med kretsen som strømmen flyter gjennom. I dette tilfellet er den positive retningen til normalen til konturen relatert til strømretningen ved hjelp av den rette gimlet-regelen. Da er den magnetiske fluksen som skapes av den strømførende kretsen gjennom overflaten avgrenset av denne kretsen alltid større enn null.
Enheten for magnetisk fluks i International System of Units (SI) er Weber (Wb). Formel (4) kan brukes til å bestemme måleenheten for magnetisk fluks. En Weber er en magnetisk fluks som passerer gjennom en flat overflate med et areal på 1 kvadratmeter, plassert vinkelrett på kraftlinjene til et jevnt magnetfelt:
Gauss sin teorem for magnetfelt
Gauss' teorem for magnetisk feltfluks gjenspeiler det faktum at det ikke er noen magnetiske ladninger, som er grunnen til at magnetiske induksjonslinjer alltid er lukket eller går til uendelig; de har ingen begynnelse eller slutt.
Gauss sitt teorem for magnetisk fluks er formulert som følger: Magnetisk fluks gjennom enhver lukket overflate (S) er lik null. I matematisk form er dette teoremet skrevet som følger:
Det viser seg at Gauss sine teoremer for fluksene til den magnetiske induksjonsvektoren () og den elektrostatiske feltstyrken () gjennom en lukket overflate er fundamentalt forskjellige.
Eksempler på problemløsning
EKSEMPEL 1
| Trening | Beregn fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom en solenoid som har N vindinger, kjernelengde l, tverrsnittsareal S, magnetisk kjernepermeabilitet. Strømmen som strømmer gjennom solenoiden er lik I. |
| Løsning | Inne i solenoiden kan magnetfeltet betraktes som ensartet. Magnetisk induksjon kan lett finnes ved å bruke teoremet om sirkulasjonen av et magnetfelt og velge en rektangulær kontur som en lukket sløyfe (sirkulasjon av vektoren langs som vi vil vurdere (L)) (den vil dekke alle N svinger). Så skriver vi (vi tar i betraktning at utenfor solenoiden er magnetfeltet null, i tillegg, der konturen L er vinkelrett på linjene med magnetisk induksjon B = 0): I dette tilfellet er den magnetiske fluksen gjennom en omdreining av solenoiden lik (): Den totale fluksen av magnetisk induksjon som går gjennom alle svinger: |
| Svar |  |
EKSEMPEL 2
| Trening | Hva vil være fluksen av magnetisk induksjon gjennom en firkantet ramme, som er plassert i et vakuum i samme plan med en uendelig lang rett leder med strøm (fig. 1). De to sidene av rammen er parallelle med ledningen. Lengden på siden av rammen er b, avstanden fra en av sidene av rammen er c. |
| Løsning | Uttrykket som vi kan bestemme magnetfeltinduksjonen med vil bli ansett som kjent (se eksempel 1 i avsnittet "Måleenhet for magnetisk induksjon"):
|
