Магнитный поток

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Магнитный поток
Размерность ML2T−2I−1
Единицы измерения
СИ Вб
СГС Мкс
Примечания
Скалярная величина
Классическая электродинамика
VFPt Solenoid correct2.svg
Электричество · Магнетизм
См. также: Портал:Физика

Магни́тный пото́к — поток вектора магнитной индукции через некоторую поверхность. Для бесконечно малого участка равен произведению модуля на площадь участка и косинус угла между и нормалью к плоскости участка. Для поверхности конечных размеров находится как сумма (интеграл) по её малым фрагментам. Стандартное обозначение — .

Важнейшая физическая формула, в которую входит магнитный поток, — выражение для закона электромагнитной индукции Фарадея.

Определение магнитного потока[править | править код]

Разбиение поверхности на малые участки
Изменение вектора нормали к поверхности

Магнитным потоком через бесконечно малый элемент поверхности называется произведение

,

где — угол между вектором магнитной индукции и единичным вектором нормали к участку поверхности, а векторный элемент dS площади поверхности S определяется как

.

Магнитным потоком через поверхность конечной площади называется интеграл от по поверхности:

.

Направление вектора в общем случае непостоянно (см. рис.), магнитное поле также может изменяться вдоль поверхности. Точка в произведениях означает скалярное умножение векторов. Интеграл понимается как предел суммы по малым участкам при стремлении их размеров к нулю. Поверхность может быть незамкнутой (как на рис.) или замкнутой.

В случае однородного поля и плоской поверхности магнитный поток рассчитывается как .

Единицы измерения магнитного потока[править | править код]

В СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб, размерность — Вб = В·с = кг·м²·с-2·А-1), в системе СГС — максвелл (Мкс, 1 Вб = 108 Мкс).

Приборы для измерения потока[править | править код]

Прибор для измерения магнитных потоков называется флюксметром (от лат. fluxus — «течение» и греч. metron — мера) или веберметром.

Некоторые свойства магнитного потока[править | править код]

В соответствии с теоремой Гаусса для магнитной индукции, поток вектора магнитной индукции  через любую замкнутую поверхность  равен нулю:

.

Это означает, что в классической электродинамике невозможно существование магнитных зарядов, которые создавали бы магнитное поле подобно тому, как электрические заряды создают электрическое поле.

В соответствии с теоремой Стокса, магнитный поток через поверхность, «натянутую» на некий контур , можно выразить через циркуляцию векторного потенциала  магнитного поля по этому контуру:

,

поскольку имеет место связь . Этот поток не зависит от конфигурации натянутой поверхности.

Переменный во времени магнитный поток[править | править код]

По закону электромагнитной индукции Фарадея, если магнитный поток через некоторую поверхность изменяется со временем, то создаётся электродвижущая сила

в контуре, на который натянута данная поверхность. Если вдоль такого контура «проложен» электрический провод, то в нём возникнет индукционный ток. Изменение потока со временем может быть вызвано изменением вектора магнитной индукции и/или геометрии контура.

Квантование магнитного потока[править | править код]

При рассмотрении квантовых явлений, например, эффекта Ааронова — Бома, квантового эффекта Холла, используется квант магнитного потока:

где  — постоянная Планка;
 — элементарный заряд.

Опыты с неодносвязным сверхпроводником (например, со сверхпроводящим кольцом) показывают, что магнитный поток через кольцо всегда кратен половине кванта магнитного потока, откуда следует, что носители тока в сверхпроводнике являются парами связанных элементарных зарядов. Это прямое подтверждение теории БКШ, согласно которой сверхпроводимость обусловлена электронными парами (куперовскими парами):

Вб (в СИ);
Гаусс·см2 (в СГС),  — скорость света.

Экспериментально квантование магнитного потока было обнаружено в 1961 году.

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]