當前位置:江蘇華爾威科技集團有限公司 >>公司動態(tài)>>電磁感應定律的發(fā)展史
定義 因磁通量變化產生感應電動勢的現象(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,這種現象叫電磁感應
發(fā)現者
1820年H.C.奧斯特發(fā)現電流磁效應后,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)現金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年,阿喇戈根據這個現象做了銅盤實驗,發(fā)現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zui早發(fā)現的電磁感應現象,但由于沒有直接表現為感應電流,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,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,并把這些現象正式定名為電磁感應。進而,法拉第發(fā)現,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。
電磁感應現象不應與靜電感應混淆。電磁感應將電動勢與通過電路的磁通量起來,而靜電感應則是使用另一帶電荷的物體使物體產生電荷的方法。
電磁感應現象是電磁學中zui重大的發(fā)現之一,它顯示了電、磁現象之間的相互和轉化,對其本質的深入研究所揭示的電、磁場之間的,對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重大意義。電磁感應現象在電工技術、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,ΔΦ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,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zui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 sinA{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(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)}
作為兩種不同現象的法拉第定律
有些物理學家注意到法拉第定律是一條描述兩種現象的方程:由磁力在移動中的電線中產生的運動電動勢,及由磁場轉變而成的電力所產生的感應電動勢。就像理查德費曼指出的那樣:
所以“通量定則”,指出電路中電動勢等于通過電路的磁通量變化率的,同樣適用于通量不變化的時候,這是因為場有變化,或是因為電路移動(或兩者皆是)……但是在我們對定則的解釋里,我們用了兩個屬于*不同個案的定律:“電路運動”的和“場變化”的。
我們不知道在物理學上還有其他地方,可以用到一條如此簡單且準確的通用原理,來明白及分析兩個不同的現象。
– 理查德·P·費曼 《費曼物理學講義》
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
?。ㄈ绻鄙僖粋€條件,就不會有感應電流產生).
感應電動勢的種類:動生電動勢和感生電動勢。
動生電動勢是因為導體自身在磁場中做切割磁感線運動而產生的感應電動勢,其方向用右手定則判斷,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,讓磁感線垂直穿入手心,大拇指指向導體運動方向,則其余四指指向動生電動勢的方向。動生電動勢的方向與產生的感應電流的方向相同。右手定則確定的動生電動勢的方向符合能量轉化與守恒定律。
感生電動勢是因為穿過閉合線圈的磁場強度發(fā)生變化產生渦旋電場導致電流定向運動。其方向符合楞次定律。右手拇指指向磁場變化的反方向,四指握拳,四指方向即為感應電動勢方向。
法拉第的實驗表明,不論用什么方法,只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有電流產生。這種現象稱為電磁感應現象,所產生的電流稱為感應電流。
法拉第根據大量實驗事實總結出了如下定律:
電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通變化率成正比。
感應電動勢用ε表示,即ε=nΔΦ/Δt
這就是法拉第電磁感應定律。
電磁感應現象是電磁學中zui重大的發(fā)現之一,它揭示了電、磁現象之間的相互。法拉第電磁感應定律的重要意義在于,一方面,依據電磁感應的原理,人們制造出了發(fā)電機,電能的大規(guī)模生產和遠距離輸送成為可能;另一方面,電磁感應現象在電工技術、電子技術以及電磁測量等方面都有廣泛的應用。人類社會從此邁進了電氣化時代。
本節(jié)是一段題外話,作用是區(qū)分本條目中的“法拉第定律”及麥克斯韋方程組中用同一個名字的∇×E方程。于本條目中∇×E方程會被稱為麥克斯韋-法拉第方程。如果你對此分別不感興趣的話,可略過本節(jié)。
麥克斯韋于1855年開發(fā)出法拉第定律的旋度版本,而賀維塞得則于1884年將定律重寫成旋度方程:
其中
E和B為電場及磁場∇×代表的是旋度 代表的是當方位矢量r不變時的時間偏導數。 方程的意義是,如果電場的空間依賴在頁面上成逆時針方向(經右手定律,得旋度矢量會從頁面指出),那么磁場會因時間而更少指出頁面,更多地指向頁面(跟旋度矢量異號)。方程跟磁場的變量有關系。故磁場不一定要指向頁面,只需向該方向轉動即可。
本方程(在本條目中被稱為麥克斯韋-法拉第方程)zui的地方在于它是麥克斯韋方程組中的四條方程之一。
在麥克斯韋-法拉第方程中,亥維賽用的是時間偏導數。不使用麥克斯韋用過的時間全導數,而使用時間偏導數,這樣做使得麥克斯韋-法拉第方程不能說明運動電動勢。然而,麥克斯韋-法拉第方程很多時候會被直接稱為“法拉第定律”。
在本條目中“法拉第定律”一詞指的是通量方程,而“麥克斯韋-法拉第方程”指的則是亥維賽的旋度方程,也就是現在的麥克斯韋方程組中的那一條。
實際上電磁感應由能量附著而產生的。
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