Магнітна індукція.  

Через кожен квадратний сантиметр поперечного перерізу поля домовилися проводити стільки силових ліній, скільки дін має в даній точці його напруженість. Кількість силових ліній поля, пронизуючих певну площу, виділену в ньому, називається магнітним потоком. Про те, в якій точці магнітне поле сильніше або слабше, можна дивитися по величині, яка називається магнітною індукцією. Магнітна індукція представляє собою магнітний потік, який проходить через одиницю поверхні, перпендикулярно до напрямку магнітного поля. Якщо магнітний потік однорідного поля позначити буквою Ф, а площу, перпендикулярну до силових ліній цього поля буквою S, то величина магнітного потоку може бути визначена за формулою :

F=B*S

де В – це магнітна індукція. Для вимірювання магнітного потоку користуються одиницею, яка називається вольт-секунда. Магнітну індукцію також вимірюють у вольт-секундах на один метр квадратний. Замість вольт-секунди іноді користуються іншою одиницею, яка називається максвел (Мкс або Мх). Одна вольт-секунда більше одного максвела у сто мільйонів разів. Величину магнітної індукції можна отримати, розділивши величину, що відповідає магнітному потоку, на площу поперечної поверхні, через яку цей потік проходить, виражену в метрах:

B=F/S

Якщо магнітний потік в цій формулі дано в максвелах, то магнітна індукція виходить в одиницях, які звуть гаус (Ґс або Gs). Таким чином, якщо через площу в один квадратний сантиметр, перпендикулярну до силових ліній однорідного поля, проходить магнітний потік, який рівний одному максвелу, то магнітна індукція при цьому буде рівна одному гаусу.

Магнітна проникність. 

Не всі речовини однаково проводять магнітні силові лінії. Через залізо магнітні силові лінії проходять в декілька разів легше ніж через повітря. Розподілення силових ліній магнітного поля, в якому знаходиться залізний брусок показано на мал..4.1.4.

Мал.. 4.1.4 Розподілення силових ліній магнітного поля, в якому знаходиться залізна пластинка.

З малюнка видно, що залізо як би втягує в себе силові лінії. Здатність заліза проводити магнітний потік більша, чим оточуючого повітря, тому магнітна індукція в залізі більша чим в повітрі. Величина, яка характеризує магнітні властивості середовища в якому діє магнітне поле, називається магнітною проникністю. Її позначають грецькою літерою µ (мю). Величина, яка показує в скільки разів магнітна індукція в будь-якій речовині більша ніж магнітна індукція в пустоті, називається відносною магнітною проникністю і позначається літерою µ_r.

Магнітний потік.

Магнітний потік — узагальнене поняття, яке характеризує магнітне поле. Уявімо провідник у вигляді замкнутого кільця, що знаходиться в однорідному магнітному полі.

Приведемо кільце в рух у площині, перпендикулярній до ліній індукції магнітного поля. При цьому кільце виходитиме з магнітного поля, кількість ліній індукції магнітного поля, які проходять через нього, зменшуватиметься, і в кільці виникатиме індукційний струм. Якщо кільце провідника розмістити у магнітному полі, індукція якого змінюється, то кількість ліній індукції магнітного поля через контур буде змінюватися (густина ліній пропорційна індукції магнітного поля), і в провіднику також виникатиме електричний струм (мал. 1.13). У першому випадку змінювалася площа частини витка, яка знаходилася в магнітному полі. Обидва описані приклади можна пояснити простіше, якщо для кожного з них враховувати добуток площі кільця на значення індукції магнітного поля. В обох випадках цей добуток змінювався.

Магнітний потік залежить не тільки від модуля магнітної індукції поля та площі контуру, а й від кута, який утворюють нормаль (перпендикуляр) до площини витка і вектор індукції магнітного поля (мал. 1.14).

Тому в математичній формі значення магнітного потоку в загальному випадку записується формулою,

де Ф — магнітний потік; В — модуль магнітної індукції поля; α — кут між нормаллю до площини контура і індукцією магнітного поля. Аналіз формули показує, що мінімальне значення магнітного потоку буде за α = 90°, коли площина контура паралельна лініям індукції магнітного поля. Якщо ж α = 0, то магнітний потік буде максимальним. Добуток площі замкнутого контура на модуль індукції магнітного поля, в якому він знаходиться, та косинус кута між індукцією та нормаллю до площини контура, називають магнітним потоком, або потоком індукції магнітного поля. Магнітний потік є скалярною фізичною величиною і має окрему одиницю вимірювання. Цю одиницю можна взяти з означення. Якщо індукція магнітного поля 1 Тл, а площа контура, крізь який проходить магнітний потік, 1 м², то магнітний потік дорівнює 1 веберу (1Вб):1 Вб = 1 Тл • 1 м². Будь-які зміни індукції магнітного поля чи площі контуру приводять до зміни магнітного потоку і викликають явище електромагнітної індукції. Отже, будь-яка зміна магнітного потоку зумовлює виникнення електричного струму в замкнутому провідному контурі. З урахуванням закону Ома для замкнутого кола останній висновок можна записати так:· будь-яка зміна магнітного потоку приводить до виникнення БРС індукції. 

ПРАВИЛО ЛЕНЦА. У практичних розрахунках електричних кіл, де спостерігається явище електромагнітної індукції, користуватися електронною теорією із залученням таких понять, як вихрове електричне поле чи сила Лоренца, дуже незручно. Ретельні дослідження відомого фізика X. Е. Ленца дали змогу встановити універсальне правило для визначення напрямку індукційного електричного струму без залучення електронної теорії, лише на основі зовнішніх проявів цього явища. З цією метою Е. X. Ленц дослідив взаємодію замкнутого провідника і змінного магнітного поля, яке викликало струм у провіднику. Щоб краще зрозуміти суть цих дослідів, розглянемо спеціальний прилад (мал. 1.15).

На легкому горизонтальному важелі, що має вертикальну вісь обертання, знаходяться два легких кільця, одне з яких суцільне, а друге — розрізане. Важіль насаджений на тонке сталеве вістря так, щоб тертя було мінімальним.Уведемо в суцільне кільце тонку котушку з феромагнітним осердям (електромагніт), увімкнену в електричне коло із джерела струму і вимикача (мал. 1.16).Якщо замкнути коло живлення електромагніта, то кільце, відштовхуючись від котушки, зміститься на певну відстань і поверне важіль на деякий кут. Якщо дослід повторити, змінивши напрямок струму в котушці, то спостерігатимемо такий самий ефект. Отже, важливе значення має не напрямок струму в котушці і, відповідно, ліній індукції магнітного поля, а зростання індукції магнітного поля.У момент появи струму в електромагніті замкнуте провідне кільце завжди відштовхуватиметься від ньогоУ разі розмикання кола живлення електромагніта кільце притягуватиметься до котушкиЯкщо описані досліди повторити з розрізаним кільцем, то не виявимо жодного подібного ефекту. Це засвідчує, що ефект пов'язаний з індукційним струмом, який з'являється в суцільному кільці. Щоб зрозуміти подальший хід міркувань, пригадайте, що паралельні провідники, якими проходить струм в одному напрямку, притягуються, а в протилежних — відштовхуються. Отже, якщо кільце відштовхується від котушки, то в ньому індукується струм, напрямок якого протилежний до напрямку струму в котушці (мал. 1.17).  

Протилежними будуть і напрямки індукції магнітних полів цих струмів.Магнітне поле струму в кільці компенсує зміну магнітного поля котушки. Якщо до замикання кола живлення електромагніта індукція магнітного поля дорівнювала нулю (B = 0), то і в момент замикання кола сума магнітних індукцій струмів у кільці та в котушці має дорівнювати нулю. Енергія джерела струму, яке живить котушку електромагніта, йде на нагрівання і переміщення кільця. Аналогічні міркування справедливі і для випадку розмикання кола живлення котушки. Якщо кільце притягується до котушки, то напрямок індукованого в ньому струму збігається з напрямком струму в котушці. Збігаються напрямки індукцій магнітних полів цих струмів. Причому зменшення індукції магнітного поля котушки компенсується магнітним полем індукційного струму в кільці (мал. 1.18 ).  

Отримані результати можна узагальнити як правило Ленца. 

Правило Ленца:· Індукційний струм, який виникає в замкнутому провіднику має такий напрямок, що його магнітне поле компенсує ту зміну магнітного потоку, яка викликала цей струм.

Узагальнивши результати експериментальних досліджень, можна сформулювати правило Ленца яке стверджує, що магнітне поле індукційного струму завжди протидіє зміні зовнішнього магнітного поля. Ефект протидії (протилежної дії) фізичних об'єктів у формулах відображають знаком «мінус».