电磁感应定律(纽曼和韦伯提出的电磁学定律)
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更新时间:2023-05-16
电磁感应定律
纽曼和韦伯提出的电磁学定律
电磁感应定律也叫法拉第电磁感应定律,电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象,例如,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,产生的电流称为感应电流,产生的电动势(电压)称为感应电动势。
电磁感应定律中电动势的方向可以通过楞次定律或右手定则来确定。右手定则内容:伸平右手使姆指与四指垂直,手心向着磁场的N极,姆指的方向与导体运动的方向一致,四指所指的方向即为导体中感应电流的方向(感应电动势的方向与感应电流的方向相同)。楞次定律指出:感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化。简而言之,就是磁通量变大,产生的电流有让其变小的趋势;而磁通量变小,产生的电流有让其变大的趋势。
感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;e(t) = -n(dΦ)/(dt)。对动生的情况也可用E=BLV来求。
基本信息
中文名 | 电磁感应定律 |
外文名 | Faraday law of electromagnetic induction |
别名 | 法拉第电磁感应定律 |
表达式 | e=-n(dΦ)/(dt) |
提出者 | 纽曼和韦伯 |
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发现历程
定律提出
1831年8月,法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈,其一为闭合回路,在导线下端附近平行放置一磁针,另一与电池组相连,接开关,形成有电源的闭合回路。实验发现,合上开关,磁针偏转;切断开关,磁针反向偏转,这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到,这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验,把产生感应电流的情形概括为5 类:变化的电流,变化的磁场,运动的恒定电流,运动的磁铁,在磁场中运动的导体,并把这些现象正式定名为电磁感应。进而,法拉第发现,在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比,他由此认识到,感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的,即使没有回路没有感应电流,感应电动势依然存在。
区分
定理基本内容
法拉第的实验表明,不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象,所产生的电流称为感应电流。
法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律:
电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通变化率成正比,若感应电动势用表示,则,这就是法拉第电磁感应定律。
感应电动势的大小计算公式:
(1)其中,为产生的感应电动势,为线圈匝数,为磁通量变化量,为发生变化所用时间;
磁通量计算公式:
方向判断:
感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定,电源内部的电流方向:由负极流向正极。
感应电流
感应电流产生的条件:
1.电路是闭合且通的;
2.穿过闭合电路的磁通量发生变化。
(若缺少一个条件,就不会有感应电流产生)。
感应电动势
要使闭合电路中有电流,这个电路中必须有电源,因为电流是由电源的电动势引起的。在电磁感应现象里,既然闭合电路里有感应电流,那么这个电路中也必定有电动势,在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势,常用符号E表示。
感应电动势的种类分为动生电动势和感生电动势。
感生电动势
感生电动势的大小跟穿过闭合电路的磁通量改变的快慢有关系,大小为:
当穿过某一不闭合线圈的磁通量发生变化时,线圈中虽无感应电流,但感应电动势依旧存在。
在导体棒不切割磁感线时,但闭合回路中有磁通量变化时,同样能产生感应电流。
意义
评价
有些物理学家注意到法拉第定律是一条描述两种现象的方程:由磁力在移动中的电线中产生的动生电动势,及由磁场转变而成的电力所产生的感生电动势。
就像理查德费曼指出的那样:
所谓“通量定则”,指出电路中电动势等于通过电路的磁通量变化率的,同样适用于通量不变化的时候,这是因为场有变化,或是因为电路移动(或两者皆是)……但是在我们对定则的解释里,我们用了两个属于完全不同个案的定律:“电路运动”的和“场变化”的。
我们不知道在物理学上还有其他地方,可以用到一条如此简单且准确的通用原理,来明白及分析两个不同的现象。
应用
发电机
由法拉第电磁感应定律因电路及磁场的相对运动所造成的电动势,是发电机背后的根本现象。当永久性磁铁相对于一导电体运动时(反之亦然),就会产生电动势。如果电线这时连着电负载的话,电流就会流动,并因此产生电能,把机械运动的能量转变成电能。例如,鼓轮发电机。另一种实现这种构想的发电机就是法拉第碟片
变压器
法拉第定律所预测的电动势,同时也是变压器的运作原理。当线圈中的电流转变时,转变中的电流生成一转变中的磁场。在磁场作用范围中的第二条电线,会感受到磁场的转变,于是自身的耦合磁通量也会转变。因此,第二个线圈内会有电动势,这电动势被称为感应电动势或变压器电动势。如果线圈的两端是连接着一个电负载的话,电流就会流动。
电磁流量计
法拉第定律可被用于量度导电液体或等离子体状物的流动,这样一个仪器被称为电磁流量计。
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磁力发电机的开创先驱——电磁感应定律