[拼音]:dianci ganying
[外文]:electromagnetic induction
穿過閉合回路的磁通量發生變化時,回路中產生感應電動勢的現象。產生的電流,稱為感應電流。感應電動勢的大小正比于磁通量的變化率,它的方向可由楞次定律決定,用公式表示即
(1)
上式就是法拉第電磁感應定律,式中ε為感應電動勢,Φ為磁通量,它的數值等于磁感應強度B在以回路為周界的曲面上的積分 回路的繞行方向與曲面的法線方向規定為右手螺旋關系。式中的負號指示了感應電動勢的方向。
1822年D.F.J.阿喇戈和德國科學家 A.von洪堡在格林威治山測量地磁強度時,偶然發現金屬對附近磁針振蕩有阻尼作用。阿喇戈認識到這種現象非同一般,不能用已有的知識加以解釋。1824年,他根據這種現象做了一個著名的銅盤實驗,其裝置是一個可以繞中心軸在水平面內旋轉的圓形銅盤,在盤的正上方自由懸掛一根磁針。他發現轉動的圓形銅盤可以帶動磁針旋轉,這是最早發現的電磁感應現象。阿喇戈實驗引起物理學家的極大興趣,但都未能予以說明。
1824年,M.法拉第開始了他早想從事的“由磁產生電”的實驗研究,1831年他發現通電線圈在接通和斷開的瞬間,能在鄰近線圈中產生感應電流的現象,在此之后,他緊接著做了一系列的實驗,?a href='http://www.thecrowtv.com/baike/224/264703.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>美刺矯韃杏Φ緦韉奶跫腿范ǖ绱鷗杏Φ墓媛傘>釗氳匱芯?,租偙K賈?a href='http://www.thecrowtv.com/baike/223/306483.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>電磁感應定律的建立。
感應電動勢
感應電動勢按其產生的原因不同可分為動生電動勢和感生電動勢。
動生電動勢組成回路的導體(整體或局部)在恒定磁場中運動時,可使回路中磁通量發生變化,這樣產生的電動勢稱為動生電動勢。動生電動勢是由磁場作用于運動導體中帶電粒子的洛倫茲力引起的,根據洛倫茲力公式可得出沿導體回路l的動生電動勢為
(2)
式中v為導體線元dl的運動速度,B為dl所在處的磁感應強度??梢宰C明式 (2)的積分等于回路在磁場中運動時的磁通量變化率的負值。在應用這一關系式時,積分路線必須取在指定的導體回路上,也就是說,在t+Δt時刻組成回路的實物質點必須同 t時刻組成回路的實物質點相同。
固定回路中的磁場發生變化,回路磁通量就會改變,這樣產生的電動勢稱為感生電動勢
。 (3)
這類電動勢是由變化磁場所激發的“有旋電場”引起的。
當導體運動和磁場變化同時存在時,總的感應電動勢為式(2)與式(3)之和,
(4)
它可以從式(1)導出。
需要指出的是,按照引起磁通量變化原因的不同,把感應電動勢區分為動生電動勢和感生電動勢,從參照系變換的觀點看,在一定程度上只具有相對意義。在某些情況下,例如磁棒插入線圈產生感應電動勢,在以線圈為參照物的參照系中,電動勢是感生的;在以磁棒為參照物的參照系中,電動勢是動生的。但是在一般情況下,不可能通過坐標變換,將感生電動勢歸結為動生電動勢;反之亦然。
有旋電場
首先是由J.C.麥克斯韋提出的。19世紀的其他幾位數學家和理論物理學家,如C.F.高斯,B.黎曼,W.E.韋伯,F. E.諾埃曼,H.von亥姆霍茲,G.R.基爾霍夫和W.湯姆孫(即開爾文)都曾經作過將眾多的電磁感應現象的實驗資料進行數學概括的努力,但多未獲成功。麥克斯韋受到他們的數學工作的影響,同時又被法拉第的直覺推測所鼓舞,他著手對電磁現象進行數學概括。實驗表明,回路中的感應電動勢同組成回路的材料性質無關。由此麥克斯韋假定,不管導體回路是否存在,甚至在真空中,變化的磁場都在其周圍激發有旋電場,由它決定了電動勢,而導體回路不過是由于其中存在可自由運動的電荷,起到顯示有旋電場的作用。由此,他寫出電磁現象的一個基本方程式
(5)
應用斯托克斯公式,其微分形式為
(6)
式中的有旋電場E也稱為感應電場。有旋電場與庫侖電場的相同之處是對電荷都有作用力,它與庫侖電場不同之處在于:庫侖電場是靜止電荷激發的電場,遵從高斯定理
和環路定理
即庫侖電場是無旋場,有勢場,可以引入電勢嗞描述,E
=-墷嗞;而有旋電場是變化磁場激發的電場,它遵從
和
有旋電場可引入磁矢勢A描述,
??偟碾妶?B>E=E
+E
應由電勢嗞和磁矢勢A來描述
。 (7)
總電場滿足的方程為
(8)
。 (9)