高中物理磁场知识

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1、电磁感应 科技名词定义中文名称：电磁感应 英文名称：electromagnetic induction 定义：产生感应电压或感应电流的现象。 电磁感应（Electromagnetic induction）现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流）迈克尔法拉第是一般被认定为于 1831 年发现了感应现象的人，虽然 Francesco Zantedeschi1829 年的工作可能对此有所预见。目录定义 发现者 法拉第一个很重要的实验 原理 右手安培定理 感应电流产生的条件 应用 1.

2、发电机 2. 电动机 3. 变压器 4. 电磁流量计定义 发现者 法拉第一个很重要的实验 原理 右手安培定理 感应电流产生的条件 应用 1. 发电机 2. 电动机 3. 变压器 4. 电磁流量计展开电磁感应定义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。 发现者1820 年 H.C.奥斯特发现电流磁效应后，许多物理学家便试图

3、寻找它的逆效应，提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题，1822 年 D.F.J.阿喇戈和 A.von 洪堡在测量地磁强度时，偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824 年，阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验，发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转，但磁针的旋转与铜盘不同步，稍滞后。电磁阻尼1和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象，但由于没有直接表现为感应电流，当时未能予以说明。 1831 年 8 月，M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈 ，其一为闭合回路，在导线下端附近 迈克尔法拉第平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁

4、针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为 5 类 ：变化的电流 ， 变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这些现象正式定名为电磁感应。进而，法拉第发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。 后来，给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同，把感应电动势分为动生电动势和感生电动

5、势两种，前者起源于洛伦兹力，后者起源于变化磁场产生的有旋电场。 编辑本段法拉第一个很重要的实验电磁感应在一个空心纸筒上绕上一组和电流计联接的导体线圈，当磁棒插进线圈的过程中，电流计的指针发生了偏转，而在磁棒从线圈内抽出的过程中，电流计的指针则发生反方向的偏转，磁棒插进或抽出线圈的速度越快，电流计偏转的角度越大.但是当磁棒不动时，电流计的指针不会偏转. 对于线圈来说，运动的磁棒意味着它周围的磁场发生了变化，从而使线圈感生出电流.法拉第终于实现了他多年的梦想-用磁的运动产生电！ 奥斯特和法拉第的发现，深刻地揭示了一组极其美妙的物理对称性：运动的电产生磁，运动的磁产生电。 不仅磁棒与线圈的相对运动可

6、以使线圈出现感应电流，一个线圈中的电流发生了变化，也可以使另一个线圈出现感应电流. 例如图中,我们将线圈 1 通过开关 k 与电源连接起来，在开关 k 合上或断开的过程中，线圈 2 就会出现感应电流. 如果将与线圈 1 连接的直流电源改成交变电源，即给线圈 1 提供交变电流，也引起线圈 2 出现感应电流. 这同样是因为，线圈 1 的电流变化导致线圈 2周围的磁场发生了变化. 原理电磁感应电磁感应现象的发现，乃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，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标

7、志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。 若闭合电路为一个 n 匝的线圈，则又可表示为：En/t 式中 n 为线圈匝数，为磁通量变化量，单位 Wb ，t 为发生变化所用时间，单位为 s. E 为产生的感应电动势，单位为 V 右手安培定理电磁感应伸开右手，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，让磁感线顺着从手心到指尖，大拇指指向导体运动的方向，那么其余四个手指所指的方向就是感应电流的方向。计算公式 1.感应电动势的大小计算公式 1)En/t （普适公式）

8、 法拉第电磁感应定律，E ：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，/t:磁通量的变化率 2)EBLVsinA(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)EmnBS（交流发电机最大的感应电动势） Em:感应电动势峰值 4)EB(L2)/2 （导体一端固定以 旋转切割） :角速度(rad/s)，V:速度(m/s)，(L2)指的是 L 的平方 2.磁通量 BS :磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2) 计算公式=1-2 ，=BS=BLV t 3.感应电

9、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/t LI/tL:自感系数(H)(线圈 L 有铁芯比无铁芯时要大)，I:变化电流，?t:所用时间， I/t:自感电流变化率(变化的快慢) 特别注意 ， ， /t 无必然联系，E 与电阻无关 E=n/t 。 电动势的单位是伏 V ，磁通量的单位是韦伯 Wb ，时间单位是秒 s。 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 电磁感应3.电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动（切割磁感线运动就是为了保证闭合电路的磁通量发生改变） 此三个条件中，缺少条件 1，则不会产生感应电流，

10、但是感应电动势仍然存在（前提是有磁通量的变化） ；若缺少条件 2，则必定不会产生感应电动势，也就无感应电流产生；若缺少条件 3，则要看清状态，若闭合回路的磁通量发生变化而无切割磁感线，如：闭合线圈静止在磁感应强度变化的磁场中，此时仍然有感应电流产生；若闭合回路的磁通量为发生变化而闭合回路在切割磁感线，则此时回路中无感应电流产生。 电磁感应现象中之所以强调闭合电路的一部分导体 ，是因为当整个闭合电路切割磁感线时，左右两边产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针，对于整个电路来讲电流抵消了。 电磁感应中的能量关系 电磁感应是一个能量转换过程，例如可以将重力势能，动能等转化为电能，热能等 应用发电机电

11、磁感应法拉第碟片发电机。碟片以角速率 旋转，在静磁场 B 中环行地扫过导电的半径。磁洛伦兹力 vB，沿着导电半径到导电边沿驱动着电流，并从那里经由下电刷及支撑碟片的轴完成电路。因此，电流由机械运动所产生。 由法拉第电磁感应定律因电路及磁场的相对运动所造成的电动势，是发电机背后的根本现象。当永久性磁铁相对于一导电体运动时（反之亦然） ，就会产生电动势。如果电线这时连着电负载的话，电流就会流动，并因此产生电能，把机械运动的能量转变成电能。例如，基于图四的鼓轮发电机。另一种实现这种构想的发电机就是法拉第碟片，简化版本见图八。注意使用图五的分析，或直接用洛伦兹力定律，都能得出使用实心导电碟片运作不变的

12、这一结果。 电磁感应在法拉第碟片这一例子中，碟片在与碟片垂直的均匀磁场中运动，导致一电流因洛伦兹力流到向外的轴臂里。明白机械运动是如何成为驱动电流的必需品，是很有趣的一件事。当生成的电流通过导电的边沿时，这电流会经由安培环路定理生成出一磁场（图八中标示为Induced B） 。因此边沿成了抵抗转动的电磁铁（楞次定律一例） 。在图的右边，经转动中轴臂返回的电流，通过右边沿到达底部的电刷。此一返回电流所感应的磁场会抵抗外加的磁场，它有减少通过电路那边通量的倾向，以此增加旋转带来的通量。因此在图的左边，经转动中轴臂返回的电流，通过左边沿到达底部的电刷。感应磁场会增加电路这边的通量，减少旋转带来的通量

13、。所以，电路两边都生成出抵抗转动的电动势。尽管有反作用力，需要保持碟片转动的能量，正等于所产生的电能（加上由于摩擦、焦耳热及其他消耗所浪费的能量） 。所有把机械能转化成电能的发电机都会有这种特性。 虽然法拉第定律经常描述发电机的运作原理，但是运作的机理可以随个案而变。当磁铁绕着静止的导电体旋转时，变化中的磁场生成电场，就像麦克斯韦-法拉第方程描述的那样，而电场就会通过电线推着电荷行进。这个案叫感应电动势。另一方面，当磁铁静止，而导电体运动时，运动中的电荷的受到一股磁力（像洛伦兹力定律所描述的那样） ，而这磁力会通过电线推着电荷行进。这个案叫运动电动势。 （更多有关感应电动势、运动电动势、法拉第

14、定律及洛伦兹力的细节，可见上例或格里夫斯一书。20） 电动机电磁感应发电机可以反过来 运作，成为电动机。例如，用法拉第碟片这例子，设一直流电流由电压驱动，通过导电轴臂。然后由洛伦兹力定律可知，行进中的电荷受到磁场 B 的力，而这股力会按佛来明左手定则订下的方向来转动碟片。在没有不可逆效应（如摩擦或焦耳热）的情况下，碟片的转动速率必需使得 dB/dt 等于驱动电流的电压。 变压器法拉第定律所预测的电动势，同时也是变压器的运作原理。当线圈中的电流转变时，转变中的电流生成一转变中的磁场。在磁场作用范围中的第二条电线，会感受到磁场的转变，于是自身的耦合磁通量也会转变（dB/dt） 。因此，第二个线圈内

15、会有电动势，这电动势被称为感应电动势或变压器电动势。如果线圈的两端是连接着一个电负载的话，电流就会流动。 电磁流量计电磁感应法拉第定律可被用于量度导电液体或浆状物的流动。这样一个仪器被称为电磁流量计。在磁场 B 中因导电液以速率为 v 的速度移动，所生成的感应电压 可由以下公式求出： 其中?为电磁流量计中电极间的距离。 电磁阻尼电磁阻尼现象源于电磁感应原理。宏观现象即为：当闭合导体与磁极发生相对运动时，两者之间会产生电磁阻力，阻碍相对运动。这一现象可以用楞次定律解释：闭合导体与磁极发生切割磁感线的运动时，由于闭合导体所穿透的磁通量发生变化，闭合导体会产生感生电流，这一电流所产生的磁场会阻碍两者

16、的相对运动。其阻力大小正比于磁体的磁感应强度、相对运动速度等物理量。 电磁阻尼现象广泛应用于需要稳定摩擦力以及制动力的场合，例如电度表、电磁制动机械，甚至磁悬浮列车等。 为了简单可靠地增加系统的稳定性、抑制转子的共振峰值提出了一种新型的被动式电磁阻尼器它的结构类似于电磁轴承但无需闭环控制，采用直流电工作。通过分析发现，电磁阻尼器线圈内由于转子涡动时变化的磁场而产生的波动电流与转子位移间的相位差是产生阻尼的原因，推导了波动电流、阻尼系数的计算公式。实验结果显示该阻尼器提供的阻尼能够有效地抑制共振振幅。 电磁阻尼: 在磁场中转动的线圈，会产生感应电动势。若线圈的外电路闭合，则在线圈中会产生感应电流。磁场对感应电流将产生安培力，形成与原来转动方向相反的力偶矩，对线圈的转动起阻尼作用。下列两种方法，分别演示短路线接上后，对灵敏电流计和电动机的