電磁感應現(xiàn)象
電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
1831年8月,法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上（如圖所示）,線圈A接直流電源,線圈B接電流表,他發(fā)現(xiàn),當線圈A的電路接通或斷開的瞬間,線圈B中產生瞬時電流.法拉第發(fā)現(xiàn),鐵環(huán)并不是必須的.拿走鐵環(huán),再做這個實驗,上述現(xiàn)象仍然發(fā)生.只是線圈B中的電流弱些.為了透徹研究,電磁感應現(xiàn)象法拉第做了許多實驗.1831年11月24日,法拉第向皇家學會提交的一個報告中,把這種現(xiàn)象定名為“電磁感應現(xiàn)象”,并概括了可以產生感應電流的五種類型：變化著的電流、變化著的磁場、運動的穩(wěn)恒電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體.法拉第之所以能夠取得這一卓越成就,是同他關于各種自然力的統(tǒng)一和轉化的思想密切相關的.正是這種對于自然界各種現(xiàn)象普遍聯(lián)系的堅強信念,支持著法拉第始終不渝地為從實驗上證實磁向電的轉化而探索不已.
右手定則：伸開右手,使大拇指跟其余四個手指垂直,并且都跟手掌在一個平面內,把右手放入磁場中,讓磁感線垂直穿過手心,大拇指指向導體運動的方向,那么其余四個手指所指的方向就是感應電流的方向.
因磁通量變化產生感應電動勢的現(xiàn)象（閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁力線的運動時,導體中就會產生電流,這種現(xiàn)象叫電磁感應）.1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應后,許多物理學家便試圖尋找它的逆效應,提出了磁能否產生電,磁能否對電作用的問題,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在測量地磁強度時,偶然發(fā)現(xiàn)金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用.1824年,阿喇戈根據(jù)這個現(xiàn)象做了銅盤實驗,發(fā)現(xiàn)轉動的銅盤會帶動上方自由懸掛的磁針旋轉,但磁針的旋轉與銅盤不同步,稍滯后.電磁阻尼和電磁驅動是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應現(xiàn)象,但由于沒有直接表現(xiàn)為感應電流,當時未能予以說明.
1831年8月,M.法拉第在軟鐵環(huán)兩側分別繞兩個線圈 ,其一為閉合回路,在導線下端附近平行放置一磁針,另一與電池組相連,接開關,形成有電源的閉合回路.實驗發(fā)現(xiàn),合上開關,磁針偏轉；切斷開關,磁針反向偏轉,這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應電流.法拉第立即意識到,這是一種非恒定的暫態(tài)效應.緊接著他做了幾十個實驗,把產生感應電流的情形概括為 5 類 ：變化的電流 ,變化的磁場,運動的恒定電流,運動的磁鐵,在磁場中運動的導體,并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應.進而,法拉第發(fā)現(xiàn),在相同條件下不同金屬導體回路中產生的感應電流與導體的導電能力成正比,他由此認識到,感應電流是由與導體性質無關的感應電動勢產生的,即使沒有回路沒有感應電流,感應電動勢依然存在.
后來,給出了確定感應電流方向的楞次定律以及描述電磁感應定量規(guī)律的法拉第電磁感應定律.并按產生原因的不同,把感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種,前者起源于洛倫茲力,后者起源于變化磁場產生的有旋電場.
電磁感應現(xiàn)象是電磁學中最重大的發(fā)現(xiàn)之一,它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉化,對其本質的深入研究所揭示的電、磁場之間的聯(lián)系,對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重大意義.電磁感應現(xiàn)象在電工技術、電子技術以及電磁測量等方面都有廣泛的應用.
若閉合電路為一個n匝的線圈,則又可表示為：式中n為線圈匝數(shù),Δ為磁通量變化量,單位Wb ,Δt為發(fā)生變化所用時間,單位為s.ε 為產生的感應電動勢,單位為V.
1.[感應電動勢的大小計算公式]
1)E＝nΔΦ/Δt（普適公式）｛法拉第電磁感應定律,E：感應電動勢(V),n：感應線圈匝數(shù),ΔΦ/Δt:磁通量的變化率｝
2)E＝BLVsinA(切割磁感線運動) E=BLV中的v和L不可以和磁感線平行,但可以不和磁感線垂直,其中sinA為v或L與磁感線的夾角.｛L:有效長度(m)｝
3)Em＝nBSω（交流發(fā)電機最大的感應電動勢） ｛Em:感應電動勢峰值｝
4)E＝BL2ω/2（導體一端固定以ω旋轉切割） ｛ω:角速度(rad/s),V:速度(m/s)｝
2.磁通量Φ＝BS {Φ:磁通量(Wb),B:勻強磁場的磁感應強度(T),S:正對面積(m2)}
3.感應電動勢的正負極可利用感應電流方向判定｛電源內部的電流方向：由負極流向正極｝
*4.自感電動勢E自＝nΔΦ/Δt＝LΔI/Δt｛L:自感系數(shù)(H)(線圈L有鐵芯比無鐵芯時要大),ΔI:變化電流,∆t:所用時間,ΔI/Δt:自感電流變化率(變化的快慢)｝
感應電流產生的條件
1.電路是閉合且通的
2.穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化
3應是閉合電路中的一部分做切割磁感線運動
**(如果缺少一個條件,就不會有感應電流產生).