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通信电源-电路基础-电磁感应
电磁感应现象在实验中被观察到。1831年10月17日(清朝道光十一年),英国科学家麦可·法拉第首次发现电磁感应现象。
法拉第同志长这样:
电磁感应实验
实验中的现象时这样的。左边是1个灵敏电流表,接了一个闭合的回路线圈,右手拿着一个磁铁,很明显磁铁周边是有磁场的,把它描述成一条条的蓝色线条(磁力线)。然后用磁铁穿过线圈,发现电流表动了,表明线圈中产生了电流。磁铁不动时,电流表不动。
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(下面说这个概念是什么)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(和电流一个概念)的大小,跟穿过这一电路的磁通变化率成正比,感应电动势用 ε表示。
磁通量的概念
先说下磁感应强度的理解,简单描述就是表示磁场强弱和方向的物理量,常用符号B表示,国际通用单位为特斯拉T。在物理学中磁场的强弱使用磁感应强度来表示,磁感应强度越大表示磁感应越强。磁感应强度越小,表示磁感应越弱。
设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量,简称磁通(Magnetic Flux)。标量,符号“Φ”。Φ=BS。在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,简称韦,符号是Wb。1Wb=1T·1m2
所以说上述实验中,只要Φ=BS发生变化,就会产生感应电流。实验图中是B发生变化,如果B保持不变,线圈面积S发生变化,同样会影响Φ的变化,从而产生感应电流。
实验中,我们发现感应电流的大小可以用dΦ/dt来表示,d/dt的含义不用深入理解啦,它就是表示磁通量单位时间的变化。感应电流的大小就是磁通量的变化量。
楞次定律
那么感应电流产生了,姑且我们用ε表示感应电流,那么ε的方向怎么确定了,为什么磁铁插入线圈,电流表向右偏转;而磁铁拔出来后,电流表向左偏转了?
1834年,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上,总结出一条判断感应电流方向的规律,称为楞次定律(Lenz law )。简单的说就是“来拒去留”的规律,这就是楞次定律的主要内容。
楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律还可表述为:感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。
那么楞次定律可具体表述为:“感应电流在回路中产生的磁通总是反抗(或阻碍)原磁通量的变化。”我们称这个表述为通量表述,这里感应电流的“效果”是在回路中产生了磁通量;而产生感应电流的原因则是“原磁通量的变化”。可以用十二个字来形象记忆“增反减同,来拒去留,增缩减扩”。
如实验图所示,当磁铁插入线圈时,磁通量变大,根据楞次的描述,线圈中感应电流产生的磁场,务必要阻碍磁铁的插入,所以感应电流是从里向外的(假设你已经知道了右手定则哦),如图中箭头方向。
完整的电磁感应,也称为法拉第定律,后期被麦克斯韦纳入4个方程中了哦
同时,如果我们增加线圈匝数,那么感应电流也会同样翻倍。
此时,电磁感应定律可以写成:
说下它的重大意义吧
看到了没,竟然产生了电啦?小伙伴有没有想过平时我们用的电怎么来的?现在知道了,因为有电磁感应,机械能才有了转换为电能的机会,才会有各种发电机哦。
下面是书中的版本,大家看看~~
电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现,是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系,而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础,为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路,在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现,标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明,电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。
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