1831年,英国科学家法拉第首次发现电磁感应现象。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,为人类获取大量而廉价的电能开辟了道路,具有重大意义。电磁感应是发电机、电动机、变压器和大部分其他电力设备的操作基础。
(一)法拉第电磁感应定律
图2-3-1 导线切割磁感线实验
关于法拉第电磁感应定律,我们做如下两个实验。
实验一:准备一个U 形磁铁,一根导体棒,一个高精度的电流表,导线若干,按如图2-3-1所示连接,当ab在磁场中按箭头方向来回切割磁感线时,电流表的指针会发生偏转,证明电路中有电流产生。如果ab 线在N极和S 极之间做垂直运动,电流表不偏转,无电流产生。这个现象叫作电磁感应。
实验二:如图2-3-2所示,A、B为两个线圈,C为开关,D为滑动变阻器,E为电池,G 为高精度电流表。当开关闭合瞬间,电流表发生偏转,螺线管B 中有电流产生;当断开开关,在螺线管A 断电瞬间,指针反向偏转,螺线管B 中有反向电流产生;当开关闭合一段时间后,螺线管A 中的电流稳定不变时,电流表指针不再转动,螺线管B中没有电流产生。
图2-3-2 磁通量发生变化实验(www.xing528.com)
通过实验可知,只有导体做切割磁感线运动或线圈中磁通量发生变化时,闭合电路中才有电流产生。当导体相对于磁场运动而切割磁力线或线圈中的磁通发生变化时,在导体或线圈中都会产生电动势,称为法拉第电磁感应定律。若导体或线圈是闭合电路的一部分,则导体或线圈中将产生电流。这种相对运动或变化磁场在导体中引起电动势的现象称电磁感应,由电磁感应引起的电动势称感应电动势,感应电动势引起的电流称感应电流。
(二)右手定则
直导体切割磁感线时,感应电动势的方向可由右手定则判断。如图2-3-3 所示,伸平右手,拇指与其余四指垂直,让磁感线垂直穿过掌心,拇指指向导体运动方向,此时四指所指方向即为感应电动势(或感应电流)的方向。
图2-3-3 右手定则
(三)楞次定律
如图2-3-4所示,线圈中感应电动势的方向可用楞次定律判断。线圈中感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通(原磁通)的变化,这就是楞次定律。此定律用于导体不做运动但磁通变化,从而引起闭合电路产生感应电动势(感应电流)的方向判定。
图2-3-4 线圈中磁通发生变化时产生感应电动势
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