Принцип непрерывности магнитного потока. Опыты Фарадея.
Принцип непрерывности магнитного потока. Опыты Фарадея. - раздел Физика, Магнитный поток Фарадею Принадлежит Заслуга Установления Очень Важного Принципа, Соблю...
Фарадею принадлежит заслуга установления очень важного принципа, соблюдающегося во всех случаях существования магнитного потока. Это — принцип замкнутости или непрерывности магнитных линий, непрерывности магнитного потока.
Всегда, когда мы имеем дело с магнитным потоком, каждая магнитная линия, его составляющая, и весь поток в целом пред-
ставляют собой замкнутый контур. В ряде случаев, когда магнитное
поле создается в воздухе или, вообще говоря, в среде, доступной наблюдению, мы легко можем убедиться в справедливости этого положения. Например, если мы имеем проводник с током (на рис.5 он взят перпендикулярным к плоскости чертежа), мы можем непосредственно убедиться, что магнитные линии представляют собою концентрические окружности с центром, лежащим на оси проводника.
Сложнее обстоит дело в случае потока, связанного с телами, внутрь которых мы проникнуть не можем, например в случае потока, проходящего через железо, или потока, связанного с постоянным магнитом. Утверждать что-либо a priori мы не можем и должны поэтому подвергнуть поток внутри железа специальному обследованию. Фарадей первый это сделал. Хотя опыты его, сюда относящиеся, не кажутся теперь вполне убедительными, хотя мы теперь несколько иначе доказываем принцип непрерывности магнитного потока, но тем не менее будет чрезвычайно поучительно познакомиться с ходом мыслей Фарадея, этого величайшего экспериментатора, с его подходом к исследованию данного вопроса.
Первые опыты Фарадея, положенные в основу формулированного им принципа замкнутости магнитного потока, относятся к 1832 году. Позднее, лет через 20, он еще раз вернулся к этому вопросу и тогда окончательно сформулировал указанный принцип.
В этих опытах Фарадея, схематически здесь описанных, наиболее ярко выявляется сущность его идеи. Фарадей брал постоянный магнит цилиндрической формы (цилиндрической, чтобы при вращении магнита вокруг оси сохранялась геометрическая форма составленного им контура, в то время как вещество перемещалось бы). Над этим магнитом (рис. 6) он поместил диск D (из проводящего материала), к периферии которого прилегала щеточка. Другая ще-
точка касалась оси диска.
В цепь между щетками был включен гальванометр G. Фарадей прежде всего вращал один диск над неподвижным магнитом. При этом гальванометр давал отклонения, зависящие от скорости вращения диска; при перемене направления вращения показание гальванометра меняло свой знак. После этого Фарадей повторил свой опыт в следующем виде: он склеил диск с магнитом (посредством непроводящего материала) и стал вращать всю систему, как одно целое. К большому своему удивлению, он получил тот же эффект: при той же скорости вращения гальванометр давал то же отклонение; опыт приводил к заключению, что возникновение ЭДС в данном случае не зависит от того, вращается ли диск относительно магнита или нет.
Для более точной проверки полученного результата Фарадей решил повторить опыт, более полно утилизируя магнитный поток. Фарадей разнообразил обстановку опыта всевозможными способами. По существу дело можно свести к тому опыту, в котором он заменил диск металлическим стаканом. Расположение опыта показано схематически на рис. 7.
При вращении стакана С вокруг неподвижного магнита ЭДС должна была возникать за счет пересечения магнитных линий радиусами дна стакана и образующими цилиндрической его части, в результате чего в цепи гальванометра должен получаться электрический ток. И в данном случае, при склеивании Стакана с магнитом и вращении всей системы, величина и направление отклонения гальванометра получались те же самые, как если бы магнит был неподвижен, а стакан вращался один.
Если действительно все происходит в количественном и качественном отношении одинаково независимо от того, вращается ли стакан относительно магнита или нет, то естественно, кажется, сделать заключение, которое и сделал Фарадей, а именно, что при вращении магнита вокруг его геометрической оси магнитный поток остается в пространстве неподвижным, как бы будучи в отношении ориентировки связанным с некоторыми неподвижными мировыми координатными осями, а не вращается вместе с магнитом.
Возникает вопрос: если магнитный поток остается в пространстве неподвижным и если этот магнитный поток существует и внутри магнита, то элементы вращающегося магнита тоже режут магнитные линии, и, следовательно, в этих элементах должна индуктироваться ЭДС. Для проверки этого заключения Фарадей проделал третью серию опытов. В этих опытах он вращал только магнит, введенный
Возникает вопрос: если магнитный поток остается в пространстве неподвижным и если этот магнитный поток существует и внутри магнита, то элементы вращающегося магнита тоже режут магнитные линии, и, следовательно, в этих элементах должна индуктироваться ЭДС. Для проверки этого заключения Фарадей проделал третью серию опытов. В этих опытах он вращал только магнит, введенный в цепь при помощи двух контактов: одного — у поверхности магнита в нейтральной его зоне, другого — в центральной точке на оси магнита, как показано на рис. 8.
При вращении магнита получалось то же, что и в предыдущем опыте при вращении стакана. Этот результат можно объяснить только предположением, что число магнитных линий, пересекаемых за один полный оборот, осталось прежним, что, в свою очередь, возможно, по Фарадею, только в том случае, если все магнитные линии замыкаются внутри, тела магнита. В самом деле, схематизируя путь тока внутри магнита, можно себе представить, что вся действующая в данном случае ЭДС определяется пересечением магнитных линий радиальным элементом тела магнита, лежащим под щеткой (не трудно убедиться, что, предполагая путь тока иным, мы получим тот же результат).
Таким образом, в результате своих опытов Фарадей пришел к заключению, что все магнитные линии, исходящие из северного полюса постоянного магнита и входящие в южный полюс, замыкаются внутри тела магнита, что и сформулировал следующим образом:
„Внутри магнита существуют (физические) силовые линии той же природы, как и вне его. Даже более того, количество внутренних линий строго равняется количеству внешних. Направление внутренних линий связано с направлением внешних, и, собственно говоря, внутренние линии составляют, продолжение внешних, имея совершенно ту же природу, насколько это можно исследовать опытом. Поэтому каждая (физическая) силовая линия, на каком бы расстоянии от магнита мы ее не взяли, должна быть рассматриваема, как замкнутый контур, проходящий некоторою своею частью через магнит и имеющий одинаковую активность в каждом месте на своем протяжении".
Общая характеристика магнитного поля.
Фарадей, один из творцов современного учения об электрических и магнитных явлениях, своими открытиями и опытными исследованиями, а также глубоким анализом этих явлений вложил
физическое с
Основные определения и соотношения.
В настоящем параграфе мы даем сводку определений и соотношений, которыми обычно пользуются при количественном описании различных свойств магнитного поля или, иными словами, магнитного потока. Так
Магнитный поток.
Представим себе произвольный замкнутый контур и некоторую поверхность s, ограничиваемую этим контуром. Полная магнитная индукция сквозь рассматриваемую поверхность s, т. е. поверхност
Анализ опытов Фарадея.
Выше мы указали, что во время своих опытов по установлению принципа непрерывности магнитного потока Фарадей пришел к заключению, что, при вращении магнита вокруг его геометрической оси, магнитный
Формулировка закона электромагнитной индукции.
Фарадей, открывший в 1831 году явления электромагнитной индукции, в XXVIII серии своих „Опытных Исследований по Электричеству" в § 3115 устанавливает следующее основное положение:
„..
Случай изменяемого контура.
В качестве еще одного примера приведем опыт, проделанный автором настоящей книги в 1901 году с целью уяснения основного закона электромагнитной индукции.
Было взято железное кольцо А
Индукции.
Итак, чрезвычайно важно помнить, что две рассматриваемые формулировки (7) и (8) тождественны лишь при условии непрерывности и определенности проводящего контура. В случае каких-либо переключений в
О преобразованиях магнитного потока.
Во всех без исключения электромагнитных механизмах (динамомашинах, электродвигателях и т. п.) всегда вообще, когда мы имеем дело с преобразованием механической энергии в энергию электрического тока
Механизм перерезывания магнитных линий проводником.
Основываясь на данном в § 11 общем анализе основных случаев преобразования магнитного потока, мы обратимся теперь к вопросу о механизме электромагнитной индукции тока и покажем, как надлежит предс
Преобразования магнитного потока в трансформаторе.
Рассмотрим теперь явления, происходящие в трансформаторе. Здесь мы имеемдве обмотки, электрически между собой не связанные, намотанные на один общий железный сердечник. Ради упрощения схем
Роль магнитных экранов.
Рассмотрим теперь некоторые примеры магнитного экранирования. Принцип непрерывности магнитных линий помогает нам разобраться в сущности явлений, происходящих в этихслучаях.
Проблема бесколлекторной машины постоянного тока.
В заключение наших рассуждений о различных случаях электромагнитной индукции тока займемся вопросом о возможности осуществления бесколлекторной машины постоянного тока.
Магнитная цепь.
Из изложенного в предыдущих параграфах мы знаем, что магнитный поток всегда проходит по некоторой замкнутой цепи. Такая „магнитная цепь", или „магнитопровод", имеется во всяком электром
Линейный интеграл магнитной силы.
Закон магнитодвижущей силы. Представим себе некоторую точку A1 расположенную в магнитном поле (рис. 48).
Приближенное выражение закона магнитной цепи.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что соотношение, выражаемое формулами (11) и (12), является совершенно точным, столь же точным, как и аналогичный ему закон Ома. Иногда приходится встречать указан
Энергия магнитного потока.
Понятие о присущей магнитному потоку энергии является важным в учении о природе магнитных явлений. В начальный период развития науки о магнитных явлениях совершенно не уделялось внимания той среде,
Индукции).
В начале настоящего курса говорилось, что мы мыслим магнитный поток состоящим из магнитных линий, т. е. из ряда элементарных (единичных) трубок магнитной индукции. Отсюда следует, что н полную эн
Подъемная сила магнита.
Разберем несколько примеров, где полученные нами формулы находят себе практическое применение.
Рассчитаем в виде первого примера подъемную силу электромагнита. Имеем магнитный полюс N
Отрывной пермеаметр.
Выведенные соотношения находят, между прочим, применение в теории отрывных пермеаметров, т. е. приборов, служащих для исследования магнитных свойств железа, Исследование сводится к построению крив
Природа электромагнитной силы.
Объяснение механических действий магнитного поля тяжением магнитных линий предоставляет возможность дать весьма простое физическое толкование причин возникновения электромагнитной силы, т. е. силы
Боковой распор магнитных линий.
Чтобы покончить с вопросом о механических свойствах магнитного потока, остановимся еще на одном явлении, сопутствующем тяжению магнитных линий. Из рисунка 59 ясно, что если придерживаться представ
Преломление магнитных линий.
Остановимся теперь на явлениях, имеющих место при переходе магнитного потока из одной среды в другую, обладающую иными магнитными свойствами (m1¹m2).
Когд
Принцип инерции магнитного потока.
Общие аналогии. В заключение главы о свойствах магнитного потока вкратце остановимся на некоторых общих соображениях и механических аналогиях, позволяющих взглянуть на магнитный поток с ново
Потока. Флюксметр.
Как известно, между проводником с током, помещенным во внешнее магнитное поле, и полем наблюдается сила механического взаимодействия, так называемая электромагнитная сила, величина которой определя
Роль вещества в магнитном процессе.
Как известно, на явления, в магнитном поле наблюдаемые, влияют особые качества вещества, заполняющего пространство, в котором существует поле. Вещество так или иначе участвует во всех магнитных пр
Фиктивность „магнитных масс".
Внешним признаком участия вещества в магнитных явлениях принято считать так называемые „магнитные массы", которые мы обычно приписываем тем частям поверхности тела (полюсам), через которые маг
Общая характеристика магнитных материалов.
В предыдущем параграфе было в достаточной степени выяснено, что участие вещества в тех процессах, которые имеют место в магнитном поле, выражается не в том, что отдельные элементы вещества облада
Магнитный цикл.
Рассмотрим процесс переменного намагничения какого-либо ферромагнитного материала. Методы осуществления переменного намагничения весьма разнообразны. Наиболее простым в смысле условий намагничени
Материала.
Форма гистерезисной петли весьма характерна для каждого данного материала. Как видно из сказанного выше, площадь, охватываемая кривой, зависит от величины остаточной магнитной индукции Br
Расчет потерь на гистерезис и формула Штейнметца.
Вопрос о потерях на гистерезис в случае перемагничивания железа, стали, чугуна и т п. очень важен для электротехники, так как эти материалы играют существенную роль в магнитных цепях электромагнит
Гипотеза вращающихся элементарных магнитов.
Рассмотренные выше явления гистерезиса, а также многие иные особенности поведения ферромагнитных материалов в случае их намагничения можно с большим правдоподобием объяснить изменениями в ориентир
Магнитное насыщение.
Итак, мы имеем достаточно данных признать, что гипотеза вращающихся элементарных магнитов вместе с вытекающей из нее юинговской моделью магнитного вещества может быть положена нами в основу наших п
Влияние сотрясений на магнитные свойства.
Попытаемся теперь при помощи гипотезы элементарных магнитов объяснить влияние на магнитные свойства материалов некоторых внешних факторов, например, механических сотрясений, нагрева и т. д.
Влияние температурных условий на магнитные свойства вещества.
Еще со времен Гильберта было известно, что железо и сталь теряют свои магнитные свойства, будучи нагреты до светло-красного каления. Они при этом перестают намагничиваться и не притягиваются магнит
Магнитная вязкость.
С точки зрения гипотезы Ампера-Юинга мы рассматриваем всякий магнитный материал как совокупность элементарных магнитов. Процесс намагничения мы понимаем как изменение направления осей этих элемен
Изменение размеров тел при намагничении.
Заранее можно предвидеть, что перегруппировки элементарных: магнитов при намагничении могут вызвать некоторые изменения. в размерах намагничиваемого тела. Опыт показывает, что подобное изменение ра
Гистерезис вращения.
Опыт показывает, что величина потерь на гистерезис, вообще говоря, зависит от того, каким, именно, образом происходит перемагничивание. Это явление довольно просто объясняется с точки зрения гипот
Некоторые магнитные свойства железа и его сплавов.
В заключение мы остановимся на некоторых магнитных свойствах железа и его сплавов. Вообще говоря, в обычной практике мы пока еще редко пользуемся железом в чистом виде, а применяем его соед
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов