Основы электромагнетизма: определения, поток, индукция, закон Фарадея

Магнитные материалы и намагничивание

Магнитный материал — вещество, атомы которого упорядочены так, что проявляет свойства магнетизма.

• Временный магнетизм: натрите металл по постоянному магниту в одну сторону — домены ориентируются, появляются свойства. Проходит со временем / при ударе / нагреве.
• Постоянный магнетизм: стабильная поляризация доменов. Лучший способ — индукция магнитного поля электрическим током (электромагнит).

Ключевые величины

Связь: 1 Wb = 10⁸ Mx; 1 T = 10⁴ G; 1 A/м = 4π×10⁻³ Oe.

Поток через поверхность: Φ = B·A·cosθ (θ — угол между нормалью к поверхности и B). Для катушки N витков: Ψ = NΦ = N·B·A·cosθ (сцепление потока).

Закон Фарадея электромагнитной индукции

ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная в контуре, равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур, со знаком минус (правило Ленца):

ℰ = - dΨ/dt = - N·dΦ/dt

Два типа индуцированной ЭДС:

• Динамическая (двигательная): движение проводника в магнитном поле (ℰ = B·l·v·sinα).
• Статическая (трансформаторная): изменение тока/поля в неподвижном контуре.
  • Самоиндукция (своё поле) — ЭДС самоиндукции.
  • Взаимная индукция (чужое поле) — ЭДС взаимной индукции (трансформатор).

Правило Ленца

Индуцированный ток создаёт магнитное поле, противодействующее изменению потока, породившего его. Обеспечивает закон сохранения энергии.

Генераторы переменного тока

Превращают мех. энергию в электрическую по закону Фарадея. Состоят из: двигателя (топливо → мех. энергия) + генератора (мех. → эл.). Генератор «направляет заряды, уже находящиеся в проводнике».

ЭДС зависит от: 1) Индукции B, 2) Числа витков N, 3) Угла среза линий силы (sin ωt).

Правило левой руки (для генератора)

1. Указательный палец — направление поля (С → Ю).
2. Большой палец — направление движения проводника.
3. Средний палец (⊥ указательному и большому) — направление индуцированной ЭДС / тока.

(Для мотора — правило левой руки: указательное — поле, средний — ток, большой — сила/движение).