почему при приближении магнита к катушке магнитный поток пронизывающий эту катушку менялся

Когда магнит приближается к катушке, магнитный поток через катушку изменяется из-за принципа электромагнитной индукции, открытого Майклом Фарадеем в 1831 году. Давайте разберем этот процесс более детально.

1. Что такое магнитный поток?

Магнитный поток (${\Phi }_B$) — это физическая величина, которая характеризует количество магнитных линий поля, проходящих через определенную поверхность. Он зависит от двух факторов:

• Магнитной индукции ($B$), которая описывает плотность магнитных линий поля в каждой точке.

• Площади поверхности ($S$), через которую проходят магнитные линии.

Для катушки магнитный поток может быть выражен формулой:

$${\Phi }_B=B\cdot S\cdot \cos (\theta )$$

где:

• $B$ — магнитная индукция (или магнитное поле),

• $S$ — площадь поперечного сечения катушки,

• $\theta$ — угол между направлением магнитного поля и нормалью к поверхности катушки.

2. Как магнит влияет на магнитный поток?

Когда магнит приближается к катушке, его магнитное поле взаимодействует с катушкой, что меняет магнитный поток через неё. Это происходит по нескольким причинам:

• Изменение плотности магнитных линий: По мере того, как магнит приближается к катушке, количество магнитных линий, проходящих через катушку, увеличивается. В случае если магнит перемещается в направлении, параллельном оси катушки, он усиливает магнитное поле в катушке.

• Изменение ориентации магнитного поля: Если магнит движется под углом, это также может изменить угол $\theta$ между магнитным полем и нормалью катушки, что изменяет величину проекции магнитного поля на поверхность катушки.

Таким образом, когда магнит приближается, плотность магнитного потока через катушку изменяется, и этот процесс зависит от того, как магнитное поле меняется в пространстве, окружающем катушку.

3. Индукция тока в катушке

Изменение магнитного потока через катушку вызывает явление, которое Фарадей описал как электромагнитную индукцию. Суть этого явления заключается в том, что изменение магнитного потока через катушку вызывает возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в катушке, что, в свою очередь, может привести к появлению тока, если катушка замкнута.

Это описывается законом Фарадея:

$$\mathcal{E}=-\frac{d{\Phi }_B}{dt}$$

где:

• $\mathcal{E}$ — ЭДС (электродвижущая сила) в катушке,

• $\frac{d{\Phi }_B}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока через катушку.

Знак минус в уравнении указывает на закон Ленца, который утверждает, что индукированный ток будет создавать такое магнитное поле, которое будет противодействовать изменению первоначального магнитного потока.

4. Почему изменяется магнитный поток?

Когда магнит приближается к катушке, изменения магнитного потока происходят потому, что магнитное поле, создаваемое магнитом, меняет свою ориентацию и интенсивность в пространстве, в котором расположена катушка. Сила магнитного поля зависит от расстояния до источника (магнита), и если магнит приближается, интенсивность магнитного поля вблизи катушки увеличивается.

Таким образом:

• При приближении магнита магнитный поток увеличивается, потому что увеличивается плотность магнитных линий через катушку.

• Если магнит удаляется, магнитный поток через катушку уменьшается.

5. Электрический ток и его значение

Поскольку изменяется магнитный поток, то на катушке будет индуцироваться ЭДС, которая может вызвать электрический ток (если катушка замкнута). Этот ток является следствием изменения потока магнитного поля и может быть использован для выполнения работы. Это явление лежит в основе работы многих электрических машин, например, генераторов, и трансформаторов.

6. Практическое значение изменения магнитного потока

Изменение магнитного потока через катушку является основой множества физических и инженерных процессов. Например:

• В генераторах изменение магнитного потока через катушку индуцирует электрический ток, который мы используем для питания различных устройств.

• В трансформаторах изменение потока магнитного поля в катушке используется для передачи электрической энергии между двумя цепями с различным напряжением.

Таким образом, при приближении магнита к катушке происходит изменение магнитного потока, что вызывает электромагнитную индукцию и может привести к появлению тока в катушке, если она замкнута.

Заключение

Когда магнит приближается к катушке, изменение магнитного потока через катушку происходит из-за изменений в магнитном поле, которые влияют на плотность магнитных линий и их ориентацию относительно катушки. Эти изменения активируют процесс электромагнитной индукции, при котором возникает ЭДС и, в случае замкнутой катушки, электрический ток.