电磁感应定律

电磁感应定律

所谓电磁感应定律，其实就是电磁学中的一条基本定律，电磁感应定律跟变压器、电感元件及多种发电机的运作有密切关系。

电磁感应定律指出：任何封闭电路中感应电动势的大小，等于穿过这一电路磁通量的变化率。

因磁通量变化产生感应电动势的现象，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，这种现象叫电磁感应。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象，不能全面概括电磁感现象：闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下： 因磁通量变化产生感应电动势的现象。

电磁感应与静电感应
　　
电磁感应现象不应与静电感应混淆。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。

 电磁感应定律简介
　　
电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系和转化，对其本质的深入研究所揭示的电、磁场之间的联系，对麦克斯韦电磁场理论的建立具有重大意义。电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。 　　

若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb ，Δt为发生变化所用时间，单位为s.ε为产生的感应电动势，单位为V.

图1 电磁感应定律公式

 电磁感应定律计算公式
　　
1.[感应电动势的大小计算公式] 　　

1)E=n*ΔΦ/Δt（普适公式）{法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，ΔΦ，Δt磁通量的变化率} 　　

2)E=BLVsinA(切割磁感线运动) E=BLV中的v和L不可以和磁感线平行，但可以不和磁感线垂直，其中sinA为v或L与磁感线的夹角。{L:有效长度(m)} 　　

3)Em=nBSω（交流发电机最大的感应电动势）{Em:感应电动势峰值} 　　

4)E=B(L^2)ω/2（导体一端固定以ω旋转切割） {ω：角速度(rad/s)，V:速度(m/s)} 　　

2．磁通量Φ=BS {Φ：磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)} 　　

3．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} 　　

*4.自感电动势E自=-n*ΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大)，ΔI:变化电流,Δt:所用时间，ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)}

图2  电磁感应定律

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 　　

(如果缺少一个条件，就不会有感应电流产生). 　　
 

感应电动势的种类：动生电动势和感生电动势。 　　

动生电动势是因为导体自身在磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势，其方向用右手定则判断，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向动生电动势的方向。动生电动势的方向与产生的感应电流的方向相同。右手定则确定的动生电动势的方向符合能量转化与守恒定律。 　　

感生电动势是因为穿过闭合线圈的磁场强度发生变化产生涡旋电场导致电流定向运动。其方向符合楞次定律。右手拇指指向磁场变化的反方向，四指握拳，四指方向即为感应电动势方向。

电磁感应电动势
　　
我们知道，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。 　　

感应电动势分为感生电动势和动生电动势。 　　

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，E=ΔΦ/Δt. 　　

产生动生电动势的那部分做切割磁力线运动的导体就相当于电源。 　　

理论和实践表明，长度为l的导体，以速度v在此感应强度为B的匀强磁场中做切割磁感应线运动时，在B、L、v互相垂直的情况下导体中产生的感应电动势的大小为：ε=BLv 式中的单位均应采用国际单位制，即伏特、特斯拉、米每秒。 　　

电磁感应现象中产生的电动势。常用符号E表示。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。当一段导体在匀强磁场中做匀速切割磁感线运动时，不论电路是否闭合，感应电动势的大小只与磁感应强度B、导体长度L、切割速度v及v和B方向间夹角θ的正弦值成正比，即E=BLvsinθ(θ为B,L,v三者间通过互相转化两两垂直所得的角)。 　　

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。 　　

应用楞次定律可以判断电流方向。

法拉第电磁感应定律的重要意义
　　
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。 　　

感应电动势用ε表示，即ε=nΔΦ/Δt 　　这就是法拉第电磁感应定律。 　　

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。