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電磁感應定律的發(fā)展史

閱讀:1809      發(fā)布時間:2009-5-8
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定義  因磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)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(chǎn)生電流,這種現(xiàn)象叫電磁感應
 

 

  發(fā)現(xiàn)者
 

 

  1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年,阿喇戈根據(jù)這個現(xiàn)象做了銅盤實驗,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)的電磁感應現(xiàn)象,但由于沒有直接表現(xiàn)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(xiàn),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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)象正式定名為電磁感應。進而,法拉第發(fā)現(xiàn),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無關的感應電動勢產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的有旋電場。
 

 

  電磁感應現(xiàn)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(chǎn)生電荷的方法。

 

 
簡介

  電磁感應現(xiàn)象是電磁學中zui重大的發(fā)現(xiàn)之一,它顯示了電、磁現(xiàn)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(xiàn)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(shù),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(chǎn)生的感應電動勢,單位為V.

 

 
計算公式

  
 

 

  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(shù),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(shù)(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(xiàn)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(xiàn)象的方程:由磁力在移動中的電線中產(chǎn)生的運動電動勢,及由磁場轉變而成的電力所產(chǎn)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(xiàn)象。
 

 

  – 理查德·P·費曼 《費曼物理學講義》

 

 
感應電流產(chǎn)生的條件

  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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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。

 

 
法拉第電磁感應定律的重要意義

  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(chǎn)生。這種現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象,所產(chǎn)生的電流稱為感應電流。
 

 

  法拉第根據(jù)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(xiàn)象是電磁學中zui重大的發(fā)現(xiàn)之一,它揭示了電、磁現(xiàn)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(jù)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(chǎn)和遠距離輸送成為可能;另一方面,電磁感應現(xiàn)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。

 

 
麥克斯韋-法拉第方程

  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(shù)。 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(jīng)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(shù)。不使用麥克斯韋用過的時間全導數(shù),而使用時間偏導數(shù),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(xiàn)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(chǎn)生的。

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