磁通量之间的换算,磁通量的理解和计算公式

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-29 23:01:43

图8:德国物理学家韦伯

19世纪初,牛顿力学定律成功运用于测量那些看得见得重物,在天文学上也获得了惊人的成功。但并不是所有已知的物理现象都能得到合理的解释,如何确定不可估计物质的度量如电、磁、热等量,仍没有解决方法,这在当时是一个重要的研究方向。

为了研究这些基本性质,韦伯发明了许多电磁仪器。他于1841年发明了既可测量地磁强度又可测量电流强度的电流表;1846年发明了可用来测量交流电功率的电功率表;1853年还发明了测量地磁强度垂直分量的地磁感应器。1856年,他和科尔劳施(Rudolf Hermann Arndt Kohlrausch,1809-1858)测出了静电单位电量与电磁单位电量的比值,为麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831-1879)算出光速提供了支持。

此外,韦伯还和“数学王子”高斯一起合作研究磁学。韦伯负责做实验,高斯负责研究理论;韦伯的实验引起了高斯对物理问题的兴趣,而高斯则用数学处理物理实验问题,影响了韦伯的思想方法。1933年国际电工委员会[1]通过了以“韦伯”为磁通量的实用制单位,并在1948年获得国际计量大会的承认。

磁通量是一个标量,符号Φ,它的计算公式为Φ=B·S·cosθ,其中θ为S与B的垂面的夹角。如果在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个面积为S且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度B与面积S的乘积,就是穿过这个平面的磁通量。

磁通量之间的换算,磁通量的理解和计算公式(9)

图9:当S与B有夹角时磁通量示意图

磁通量之间的换算,磁通量的理解和计算公式(10)

图10:S与B垂直时磁通量示意图

由此我们得知,磁通量的物理意义就是表示穿过某个面积的磁感线的条数。发电机的原理就是“切割磁感线”,而“切割磁感线”实际上就是为了改变磁通量。改变磁通量就能产生电流,而电流的大小就和磁通量改变快慢有关。

磁通量之间的换算,磁通量的理解和计算公式(11)

图11:发电机示意图:转子转动越快,磁通量改变越大,电流越大

1 Wb的磁通量是多大呢?根据公式Φ=B·S·cosθ,我们可以这样计算,在磁感应强度为1T的均匀磁场中,面积为1平方米的平面与磁场方向垂直,θ为零度,cosθ等于1,此时经过这个平面的磁通量就是1 Wb。因为1T的磁感应强度已经是相当大的了,所以1韦伯的磁通量也可以说相当大了。

韦伯(Wb)是国际单位制,在高斯单位制中表示磁通量的单位是麦克斯韦(Mx)。它和韦伯之间的换算关系是1 Wb= 108Mx,即1韦伯等于1亿麦克斯韦。两者之间的数量级明显更大了。麦克斯韦何许人?本文的上篇开篇时介绍了他的计量思想。

磁通量之间的换算,磁通量的理解和计算公式(12)

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