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深入解析电磁感应的概念与应用

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:由电磁感应产生的电动势称为感应电动势,由感应电动势产生的电流称为感应电流。所以,法拉第电磁感应定律的表达式中的负号表示感应电动势的方向总是使感应电流产生的磁通阻碍原磁通的变化。电磁感应分为自感和互感,由于流过线圈本身的电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感应现象,简称自感。互感现象也是电磁感应的一种形式。

深入解析电磁感应的概念与应用

何谓电磁感应?何谓法拉第电磁感应定律和楞次定律

由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象,称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势,由感应电动势产生的电流称为感应电流

实验证明:当导体相对于磁场而切割磁力线或者线圈中的磁通发生变化时,在导体或线圈中都会产生感应电动势。若导体或线圈构成闭合回路,则导体或线圈中将有电流流过。因此,电磁感应的产生条件是:通过线圈回路的磁通必须发生变化。

由实验可知:线圈中感应电动势的大小与通过同一线圈的磁通变化率(即变化快慢)成正比。这一规律称为法拉第电磁感应定律,其表达式为

式中 e— ——在Δt时间内产生的感应电动势,单位为V;

N——线圈的匝数;

ΔΦ——线圈中磁通的变化量,单位为Wb;

Δt——磁通变化ΔΦ所需的时间,单位为s。

上式表明,线圈中感应电动势的大小,取决于线圈中磁场的变化快慢,而与线圈中磁通本身的大小无关。若ΔΦt=0,则e=0;若ΔΦt越大,则e越大。当ΔΦt=0时,即使线圈中磁通再大,也不会产生感应电动势。

楞次定律的内容是:当穿过线圈的磁通发生变化时,感应电动势的方向总是企图使它的感应电流产生的磁通阻碍原有磁通的变化。也就是说,当线圈原磁通增加时,感应电流就要产生与它方向相反的磁通来阻碍它的增加;当线圈中的磁通减少时,感应电流就要产生与它的方向相同的磁通去阻碍它的减少。所以,法拉第电磁感应定律的表达式中的负号表示感应电动势的方向总是使感应电流产生的磁通阻碍原磁通的变化。

电磁感应分为自感和互感,由于流过线圈本身的电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感应现象,简称自感。由自感现象产生的电动势称为自感电动势。

自感电动势的表达式为

式中 L——线圈的电感量,单位为H;

Δi

Δt——电流对时间的变化率,单位为A/s。

上式表明,自感电动势的大小与线圈的电感量L和线圈中电流的变化率Δit成正比。当线圈的电感量一定时,线圈中的电流变化越快,自感电动势越大;线圈中的电流变化越慢,自感电动势越小;线圈中的电流不变,就没有自感电动势。反之,在电流变化率一定的情况下,若线圈和电感量L越大,自感电动势越大;若线圈的电感量L越小,自感电动势越小。所以电感量L也反映了线圈产生自感电动势的能力。电感量L等于线圈中通过单位电流所产生的自感磁链,也称为自感系数,即(www.xing528.com)

式中 L——线圈的电感量,单位为H;

Ψ——由自身线圈的电流所产生的自感磁链,单位为Wb;

i——流过线圈的电流,单位为A。

自感电动势的方向可用楞次定律来判断,其表达式中的负号表示自感电动势的方向与外电流的变化方向相反,即表明自感电动势是企图阻碍电流变化的。

互感现象也是电磁感应的一种形式。由于一个线圈的电流发生变化,而在另一个线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象,简称互感。

流过一个线圈的单位电流在另一个线圈中产生的互感磁链数称为互感系数,用字母M表示,单位与自感相同。其表达式为

实验证明,M12=M21=M

互感系数与两个线圈的匝数、几何形状、尺寸、相对位置以及周围介质等因素有关。其大小反映了一个线圈电流变化时,对另一个线圈产生互感电动势的能力。

由互感现象产生的感应电动势称为互感电动势,用eM表示,即

上式说明,线圈中互感电动势的大小与互感系数及另一线圈中电流的变化率成正比。互感电动势的方向也可用楞次定律判定,式中的负号即为楞次定律的反映。

互感电动势的方向不仅决定于互感磁通是增加还是减少,而且还与线圈的绕向有关。凡绕向一致,互感电动势极性相同的端点称为同名端。同名端的符号用“·”表示,或用“∗”表示。

试题精选当导体与磁力线间有相对切割运动时,这个导体中(BB)。

(A)一定有电流流过 (B)一定有感应电动势产生

(C)各点电位相等 (D)没有电动势产生

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