§12-1  电磁感应及其基本规律

    一、电磁感应现象

    电磁感应现象虽然种类繁多,但可以把它们分成两大类,一类是磁场相对于线圈或导体回路改变其大小和方向而引起的电磁感应现象,另一类是线圈或导体回路相对于磁场改变其面积和取向而引起的电磁感应现象。让大家分别讨论这两类现象,并从中得出反映电磁感应现象规律的结论。

    1. 磁场相对于线圈或导体回路改变大小和方向所引起的电磁感应现象

         这类现象可以用图12-1来表示。图中,线圈A和电流表G构成闭合回路,若回路中出现电动势,必将形成电流,从电流表G的偏转情形可以判断回路中电流的大小和方向。通过导体回路的磁场是由通电螺线管C所产生,并且可以用变阻器R和换向开关K改变其大小和方向。首先,用变阻器R改变通过螺线管C的电流的大小,通过导体回路的磁场的

图 12-1

大小也相应改变。大家发现,这时回路中出现了电流,并且变阻器改变的幅度越大、改变的速率越快,回路中产生的电流也越大。然后,固定螺线管电流的大小不变,而用换向开关K改变通过螺线管C的电流的方向,从而改变通过回路的磁场的方向。大家发现,当换向开关K从一端扳到另一端时,导体回路中出现了电流,并且换向改变得越快,回路中的电流也越大。

    上述结果说明,磁场相对于线圈或回路改变大小或方向,会在回路中产生电流,并且改变得越迅速产生的电流越大。对于这一结果,大家可以用下面的关系来表示

                            .                      (12-1)

    2. 线圈或导体回路相对于磁场改变面积和取向所引起的电磁感应现象

         这类现象可以用图12-2来表示。图12-2(a)表示,导体回路ABCD置于磁场中,磁感应线穿过回路平面,导线框的AB边可以沿DA边和CB边滑

图 12-2

动, 以改变导体回路ABCD的面积。实验发现,在AB滑动过程中,灵敏电流计G的指针会偏转,并且滑动得越快,电表指针的偏转越大。图12-2(b)表示,处于磁场中的导体回路abcd可以绕其轴线OO¢旋转,以改变回路相对于磁场的取向。实验发现,当导体回路abcd转动时灵敏电流计G的指针会偏转,并且导体回路转动得越快,电流计指针的偏转也越大。

    上述情况表明,导体回路相对于磁场改变面积和取向会在回路中产生电流,并且改变得越迅速产生的电流越大。对于这一结果,大家可以用下面的关系来表示

                            .                      (12-2)

    在以上两类实验中,虽然实验的具体情形不同,但都在导体回路中产生了电流,这说明这两类实验存在着共同的因素。显然,此共同因素就是实验中穿过导体回路的磁通量都发生了变化。因此,可以把式(12-1)和式(12-2)结合起来,写为

                      .              (12-3)

这就是说,只要穿过导体回路的磁通量发生变化,该导体回路中就会产生电流。

    由磁通量的变化所引起的回路电流,称为感应电流。在电路中有电流通过,说明这个电路中存在电动势,由磁通量的变化所产生的电动势称为感应电动势。电流与电动势相比,电动势具有更根本的性质。于是大家可以得到这样的结论:当穿过导体回路的磁通量发生变化时,回路中必定产生感应电动势。大家把由于磁通量变化产生感应电动势的现象,统称为电磁感应现象。

       
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