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電磁感應定律
紐曼和韋伯提出的電磁學(xué)定律
電磁感應定律也叫法拉第電磁感應定律，電磁感應現象是指因磁通量變化產(chǎn)生感應電動(dòng)勢的現象，例如，閉合電路的一部分導體在磁場(chǎng)里做切割磁感線(xiàn)的運動(dòng)時(shí)，導體中就會(huì )產(chǎn)生電流，產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應電流，產(chǎn)生的電動(dòng)勢（電壓）稱(chēng)為感應電動(dòng)勢。
電磁感應定律中電動(dòng)勢的方向可以通過(guò)楞次定律或右手定則來(lái)確定。右手定則內容：伸平右手使姆指與四指垂直，手心向著(zhù)磁場(chǎng)的N極，姆指的方向與導體運動(dòng)的方向一致，四指所指的方向即為導體中感應電流的方向（感應電動(dòng)勢的方向與感應電流的方向相同）。楞次定律指出：感應電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁通的變化。簡(jiǎn)而言之，就是磁通量變大，產(chǎn)生的電流有讓其變小的趨勢；而磁通量變小，產(chǎn)生的電流有讓其變大的趨勢。
感應電動(dòng)勢的大小由法拉第電磁感應定律確定；e(t) = -n(dΦ)/(dt)。對動(dòng)生的情況也可用E=BLV來(lái)求。
基本信息
| 中文名 | 電磁感應定律 |
| 外文名 | Faraday law of electromagnetic induction |
| 別名 | 法拉第電磁感應定律 |
| 表達式 | e=-n(dΦ)/(dt) |
| 提出者 | 紐曼和韋伯 |
展開(kāi)
發(fā)現歷程
研究
1824年，阿拉果根據這個(gè)現象做了銅盤(pán)實(shí)驗，發(fā)現轉動(dòng)的銅盤(pán)會(huì )帶動(dòng)上方自由懸掛的磁針旋轉，但磁針的旋轉與銅盤(pán)不同步。稍滯后，電磁阻尼和電磁驅動(dòng)是最早發(fā)現的電磁感應現象，但由于沒(méi)有直接表現為感應電流，當時(shí)未能予以說(shuō)明。
定律提出
1831年8月，法拉第在軟鐵環(huán)兩側分別繞兩個(gè)線(xiàn)圈，其一為閉合回路，在導線(xiàn)下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開(kāi)關(guān)，形成有電源的閉合回路。實(shí)驗發(fā)現，合上開(kāi)關(guān)，磁針偏轉；切斷開(kāi)關(guān)，磁針?lè )聪蚱D，這表明在無(wú)電池組的線(xiàn)圈中出現了感應電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應。緊接著(zhù)他做了幾十個(gè)實(shí)驗，把產(chǎn)生感應電流的情形概括為5 類(lèi)：變化的電流，變化的磁場(chǎng)，運動(dòng)的恒定電流，運動(dòng)的磁鐵，在磁場(chǎng)中運動(dòng)的導體，并把這些現象正式定名為電磁感應。進(jìn)而，法拉第發(fā)現，在相同條件下不同金屬導體回路中產(chǎn)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(zhì)無(wú)關(guān)的感應電動(dòng)勢產(chǎn)生的，即使沒(méi)有回路沒(méi)有感應電流，感應電動(dòng)勢依然存在。
后來(lái)，確定感應電流方向的楞次定律以及描述電磁感應定量規律的法拉第電磁感應定律被給出。（其公式并非法拉第親自給出）并按產(chǎn)生原因的不同，把感應電動(dòng)勢分為動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢兩種，前者起源于洛倫茲力，后者起源于變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的有旋電場(chǎng)。
區分
定理基本內容
法拉第的實(shí)驗表明，不論用什么方法，只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。這種現象稱(chēng)為電磁感應現象，所產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應電流。
法拉第根據大量實(shí)驗事實(shí)總結出了如下定律：
電路中感應電動(dòng)勢的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通變化率成正比，若感應電動(dòng)勢用
表示，則
，這就是法拉第電磁感應定律。
若閉合電路為一個(gè)n匝的線(xiàn)圈，則又可表示為：
。式中，n為線(xiàn)圈匝數，
為磁通量變化量，單
位，
為發(fā)生變化所用時(shí)間，單位為s，為產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢，單位為V。
感應電動(dòng)勢的大小計算公式：
（1）其中，為產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢，為線(xiàn)圈匝數，為磁通量變化量，為發(fā)生變化所用時(shí)間；
（2）
，導線(xiàn)作切割磁感線(xiàn)運動(dòng)時(shí)適用，其中，B是磁感應強度、L導體長(cháng)度、V是切割磁感線(xiàn)運動(dòng)的速度，
是 V和 B方向的夾角，
磁通量計算公式：
方向判斷：
感應電動(dòng)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。
感應電流
感應電流產(chǎn)生的條件：
1．電路是閉合且通的；
2．穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。
（若缺少一個(gè)條件，就不會(huì )有感應電流產(chǎn)生）。
感應電動(dòng)勢
要使閉合電路中有電流，這個(gè)電路中必須有電源，因為電流是由電源的電動(dòng)勢引起的。在電磁感應現象里，既然閉合電路里有感應電流，那么這個(gè)電路中也必定有電動(dòng)勢，在電磁感應現象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫做感應電動(dòng)勢，常用符號E表示。
感應電動(dòng)勢的種類(lèi)分為動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢。
動(dòng)生電動(dòng)勢
動(dòng)生電動(dòng)勢是因為導體自身在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)運動(dòng)而產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢，其方向用右手定則判斷，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直并且都跟手掌在一個(gè)平面內，把右手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線(xiàn)垂直穿入手心，大拇指指向導體運動(dòng)方向，則其余四指指向動(dòng)生電動(dòng)勢的方向。動(dòng)生電動(dòng)勢的方向與產(chǎn)生的感應電流的方向相同。右手定則確定的動(dòng)生電動(dòng)勢的方向符合能量轉化與守恒定律。
理論和實(shí)踐表明，長(cháng)度為l的導體，以速度v在此感應強度為B的勻強磁場(chǎng)中做切割磁感應線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，在
互相垂直的情況下，導體中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的大小為：
，式中的單位均應采用國際單位制，即伏特、特斯拉、米/每秒。
當一段導體在勻強磁場(chǎng)中做勻速切割磁感線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，不論電路是否閉合，感應電動(dòng)勢的大小只與磁感應強度B、導體長(cháng)度L、切割速度v及 v和 B方向的夾角 的正弦值成正比，即
感生電動(dòng)勢
感生電動(dòng)勢是因為穿過(guò)閉合線(xiàn)圈的磁場(chǎng)強度發(fā)生變化產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)導致電流定向運動(dòng)，其方向符合楞次定律。右手拇指指向磁場(chǎng)變化的反方向，四指握拳，四指方向即為感應電動(dòng)勢方向。
感生電動(dòng)勢的大小跟穿過(guò)閉合電路的磁通量改變的快慢有關(guān)系，大小為：
當穿過(guò)某一不閉合線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線(xiàn)圈中雖無(wú)感應電流，但感應電動(dòng)勢依舊存在。
在導體棒不切割磁感線(xiàn)時(shí)，但閉合回路中有磁通量變化時(shí)，同樣能產(chǎn)生感應電流。
意義
評價(jià)
有些物理學(xué)家注意到法拉第定律是一條描述兩種現象的方程：由磁力在移動(dòng)中的電線(xiàn)中產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢，及由磁場(chǎng)轉變而成的電力所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢。
就像理查德費曼指出的那樣：
所謂“通量定則”，指出電路中電動(dòng)勢等于通過(guò)電路的磁通量變化率的，同樣適用于通量不變化的時(shí)候，這是因為場(chǎng)有變化，或是因為電路移動(dòng)（或兩者皆是）……但是在我們對定則的解釋里，我們用了兩個(gè)屬于完全不同個(gè)案的定律：“電路運動(dòng)”的和“場(chǎng)變化”的。
我們不知道在物理學(xué)上還有其他地方，可以用到一條如此簡(jiǎn)單且準確的通用原理，來(lái)明白及分析兩個(gè)不同的現象。
應用
發(fā)電機
由法拉第電磁感應定律因電路及磁場(chǎng)的相對運動(dòng)所造成的電動(dòng)勢，是發(fā)電機背后的根本現象。當永久性磁鐵相對于一導電體運動(dòng)時(shí)（反之亦然），就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢。如果電線(xiàn)這時(shí)連著(zhù)電負載的話(huà)，電流就會(huì )流動(dòng)，并因此產(chǎn)生電能，把機械運動(dòng)的能量轉變成電能。例如，鼓輪發(fā)電機。另一種實(shí)現這種構想的發(fā)電機就是法拉第碟片
變壓器
法拉第定律所預測的電動(dòng)勢，同時(shí)也是變壓器的運作原理。當線(xiàn)圈中的電流轉變時(shí)，轉變中的電流生成一轉變中的磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)作用范圍中的第二條電線(xiàn)，會(huì )感受到磁場(chǎng)的轉變，于是自身的耦合磁通量也會(huì )轉變
。因此，第二個(gè)線(xiàn)圈內會(huì )有電動(dòng)勢，這電動(dòng)勢被稱(chēng)為感應電動(dòng)勢或變壓器電動(dòng)勢。如果線(xiàn)圈的兩端是連接著(zhù)一個(gè)電負載的話(huà)，電流就會(huì )流動(dòng)。
電磁流量計
法拉第定律可被用于量度導電液體或等離子體狀物的流動(dòng)，這樣一個(gè)儀器被稱(chēng)為電磁流量計。
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作者
