§ 31. Магнітны паток. З’ява электрамагнітнай індукцыі
Доследы Эрстэда і Ампера дапамаглі зразумець, што электрычныя і магнітныя палі маюць адны і тыя крыніцы — электрычныя зарады, якія рухаюцца. Гэта дазволіла выказаць меркаванне, што палі нейкім чынам звязаны адно з адным. Фарадэй быў абсалютна ўпэўнены ў адзінстве электрычных і магнітных з’яў. Неўзабаве пасля адкрыцця Эрстэда Фарадэй запісаў у дзённіку ў снежні 1821 г.: «Ператварыць магнетызм у электрычнасць». На вырашэнне гэтай фундаментальнай задачы яму спатрэбілася дзесяць гадоў. Пасля шматлікіх эксперыментаў Фарадэй зрабіў эпахальнае адкрыццё: замыкаючы і размыкаючы электрычны ланцуг адной шпулі, ён атрымаў у замкнутым ланцугу другой шпулі электрычны ток. Назіраную з’яву Фарадэй назваў электрамагнітнай індукцыяй.
Магнітны паток. Індукцыя магнітнага поля характарызуе магнітнае поле ў канкрэтным пункце прасторы. Каб ахарактарызаваць магнітнае поле ва ўсіх пунктах паверхні, абмежаванай замкнутым контурам, увялі фізічную велічыню, якую назвалі магнітным патокам (патокам індукцыі магнітнага поля).
Магнітны паток праз плоскую паверхню, якая знаходзіцца ў аднародным магнітным полі, — фізічная скалярная велічыня, роўная здабытку модуля індукцыі магнітнага поля, плошчы паверхні і косінуса вугла паміж напрамкамі нармалі да гэтай паверхні і індукцыі магнітнага поля (мал. 173):
Ф = BScosα.
(31.1)
Адзінкай магнітнага патоку ў СІ з’яўляецца вебер (Вб). 1 Вб — магнітны паток аднароднага магнітнага поля індукцыяй 1 Тл праз плоскую паверхню, размешчаную перпендыкулярна індукцыі магнітнага поля, плошча якой 1 м2.
Формула (31.1) дазваляе зрабіць выснову, што магнітны паток залежыць ад узаемнай арыентацыі ліній індукцыі магнітнага поля і нармалі да плоскай паверхні. Магнітны паток максімальны, калі α = 0, гэта значыць калі паверхня перпендыкулярная лініям індукцыі магнітнага поля:
Фmax = BS.
Калі плоская паверхня паралельная лініям індукцыі (α = 90°), то магнітны паток праз яе роўны нулю.
На практыцы часта сустракаюцца сітуацыі, калі лініі індукцыі магнітнага поля перасякаюць паверхні, абмежаваныя не адным контурам, а некалькімі. Так, напрыклад, лініі індукцыі могуць перасякаць паверхні, абмежаваныя віткамі саленоіда, якія «паралельныя» адзін аднаму і маюць аднолькавую плошчу паверхні. У гэтым выпадку магнітны паток вызначаюць па формуле
Ф = NBS,
дзе N — колькасць віткоў саленоіда; S — плошча паверхні, абмежаванай кожным вітком.
Змяніць магнітны паток праз паверхню, абмежаваную контурам, можна, змяняючы: 1) індукцыю магнітнага поля, у якім знаходзіцца контур; 2) памеры гэтага контуру; 3) арыентацыю контуру ў магнітным полі.
Квадратная драцяная рамка са стараной даўжынёй а = 4 см змешчана ў аднароднае магнітнае поле, лініі індукцыі якога перпендыкулярныя плоскасці рамкі, а модуль індукцыі В = 0,5 Тл. Якім будзе змяншэнне магнітнага патоку праз паверхню, абмежаваную рамкай, пры яе павароце на вугал β = 90°?