Векторные поля обладают важным математическими свойствами. Эти свойства будут использоваться при описании законов электромагнетизма.
Представим себе часть пространства, ограниченного замкнутой поверхностью. Определим, истекает ли "что-то" из этой поверхности?
Если рассматривается, например, поле скоростей в жидкости, то естественен вопрос: как соотносится количество жидкости, втекающее и вытекающее через поверхность в единицу времени? Количество жидкости, вытекающее через поверхность, определим "потоком скорости" через поверхность за единицу времени. Поток через элемент поверхности равен составляющей скорости, нормальной к элементу поверхности, умноженной на его площадь (рис.1.3.). А весь поток вектора ("чего-то") через произвольную поверхность получается суммированием вкладов от всех элементов поверхности .
Рис.1.3
Поток вектора магнитной индукции сквозь некоторую поверхность называют магнитным потоком (фи) сквозь эту поверхность. Это определение записывается в виде:
. (1.2)
Определение уравнения (1.2) иллюстрируется на рис.1.4.
Рис.1.4
Если поверхность нормальна к вектору , то , , . Это определяет то, что магнитная индукция является плотностью магнитного потока в данной точке поля.
Пусть поверхность мала настолько, что в ее пределах магнитное поле можно считать однородным, тогда
(1.3)
и, учитывая, (1.1),
- (1.4)
электрический заряд, переносимый в опытах 1.1.1 через поперечное сечение провода измерительной рамки, равен отношению магнитного потока через поверхность , охватываемую рамкой в ее начальном положении, к сопротивлению R всей замкнутой цепи рамки. Магнитный поток по отношению к контуру считается положительным ( >0), если при быстром уменьшении потока до нуля положительный заряд переносится в положительном направлении контура (q >0). Если в представленных опытах рамку не выносить за пределы поля, а только перемещать ее из одного положения в поле в другое, то при каждом таком перемещении наблюдаем бросок измерительной системы гальванометра. Это свидетельствует о переносе заряда , определяемом изменением потока через поверхность, ограниченную рамкой.
Если поток в начальном положении измерительной рамки был положителен, то, очевидно, при уменьшении его до нуля его приращение будет отрицательным ( ). Поскольку >0 ( <0) при q >0, то определяется уравнение:
, (1.5)
которое является одной из формулировок закона электромагнитной индукции.