磁通量是描述什么的物理量 什么是磁通量公式( 三 )


磁通量是描述什么的物理量 什么是磁通量公式

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图9:当S与B有夹角时磁通量示意图
磁通量是描述什么的物理量 什么是磁通量公式

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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 。
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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 。
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图12:英国物理学家麦克斯韦
说起麦克斯韦,在物理学界可以说是无人不知,无人不晓 。这位伟大的英国物理学家、数学家被认为是对现代物理学最有影响力的人之一 。他凭着过人的天赋与极深的数学造诣在电磁学、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面都有所建树,这其中最为闪耀的就是他在电磁学方面的成就 。
1864年他在英国皇家学会宣读了《电磁场的动力学理论》,第一次完整地阐述了他的电磁场理论,完成了著名的麦克斯韦方程组,震惊了世界 。这个方程组也被认为是人类历史上最伟大的公式之一 。
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图13:积分形式的麦克斯韦方程组
麦克斯韦用精确的数学公式描述了电场与磁场的关系,以一种近乎完美的方式统一了电和磁,并预言了电磁波的存在 。德国科学家赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)对麦克斯韦理论深信不疑,在麦克斯韦去世8年后,赫兹最终用实验证实了电磁波的存在 。麦克斯韦这位电磁学的集大成者也被后人誉为“电磁学之父” 。
3 频率(f)的单位:赫兹(符号Hz)
频率(f)是单位时间内完成周期性变化的次数,是描述周期运动频繁程度的量 。其公式为f=1/t,可以看成时间的倒数,其单位为赫兹(Hz),简称赫,它表示1秒钟周期性变动重复次数 。如1赫兹就表示1秒钟内重复1次,2赫兹就表示重复2次,以此类推 。因此,凡是有周期性运动的物理现象都会用到频率这个物理量 。
在电磁学中,电磁波的频率比较高,赫兹这个单位使用起来就不太方便了,所以电磁学中常用的单位是千赫兹(KHz)、兆赫兹(MHz)、吉赫兹(GHz)等 。换算关系如下:
1 KHz=1000 Hz=1×10^3 Hz
1 MHz= 1 000 000 Hz=1×10^6 Hz
1 GHz= 1 000 000 000 Hz=1×10^9 Hz
图14:根据频率高低,将电磁波分为以上几种类型
德国物理学家赫兹,因证实电磁波的存在而被人铭记 。在赫兹之前,虽然法拉第发现了电磁感应现象,麦克斯韦也完成了的较为完备的电磁理论体系,但谁也没有检验过电磁波的存在,整个电磁理论还处于“空想”阶段 。直到赫兹首先验证了电磁波的存在,才使理论变成了现实,天才的思想终成世人公认的真理 。


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