电磁感应定律
电磁感应定律(又名法拉第电磁感应定律)是电磁学中的一条基本定律,跟变压器、电感元件及多种发电机的运作有密切关系。
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1。
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1。
基本信息
- 中文名
电磁感应定律
- 外文名
Faraday law of electromagnetic induction
- 表达式
e=-n(dΦ)/(dt)
- 应用学科
物理学、电磁学
- 适用领域范围
工程领域
发现历程
法拉第定律最初是一条基于观察的实验定律。后来被正式化,其偏导数的限制版本,跟其他的电磁学定律一块被列麦克斯韦方程组的现代赫维赛德版本。
法拉第电磁感应定律是基于法拉第于1831年所作的实验。这个效应被约瑟·亨利于大约同时发现,但法拉第的发表时间较早。
俄国物理学家海因里希·楞次(H.F.E.Lenz,1804-1865)在概括了大量实验事实的基础后,总结出一条判断感应电流方向的规律,称为楞次定律(Lenz law )。
提出问题
1820年,H.C.奥斯特发现电流磁效应后,有许多物理学家便试图寻找它的逆效应,提出了磁能否产生电,磁能否对电作用的问题。
研究
1822年,D.F.J.阿拉果和A.von洪堡在测量地磁强度时,偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。
1824年,阿拉果根据这个现象做了铜盘实验,发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转,但磁针的旋转与铜盘不同步。稍滞后,电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象,但由于没有直接表现为感应电流,当时未能予以说明。
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。
后来,确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律被给出。(其公式并非法拉第亲自给出)并按产生原因的不同,把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种,前者起源于洛伦兹力,后者起源于变化磁场产生的有旋电场。
区分
电磁感应现象不应与静电感应1混淆。电磁感应将电动势与通过电路的磁通量联系起来,而静电感应则是使用另一带电荷的物体使物体产生电荷的方法。
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。
若闭合电路为一个
匝的线圈,则又可表示为:
。式中,
为线圈匝数,
为磁通量变化量,单位
,
为发生变化所用时间,单位为
,
为产生的感应电动势,单位为
。