电磁感应与楞次定律：自感电动势与互感现象简介

技能点

●了解电磁感应及其相关内容，能够运用基本定律对电磁感应现象进行分析。

知识点

●感应电动势的产生及方向的判断、自感和互感现象的应用与分析。

一、直导体中产生的感应电动势

【实验说明】 感应电动势不但与导体在磁场中的运动方向有关，而且还与导体的运动速度υ有关，如图2-20所示。

直导体中产生的感应电动势的大小为e=Bυlsina。感应电动势的最大值为E_m=Bυl。

导体中产生的感应电动势的方向可用右手定则来判断，如图2-21所示。

图2-20 导电电路切割磁力线时产生感应电动势和感应电流

图2-21 右手定则

二、楞次定律

【实验说明】 当磁通发生变化时，闭合线圈中会产生感应电动势和感应电流。例如，磁铁插入和拔出线圈时，感应电流的方向相反，如图2-22所示。

【实验说明】 由于线圈面积变化而引起磁通变化时，闭合线圈中也会产生感应电动势和感应电流，如图2-23所示。

图2-22 条形磁铁在线圈中运动而引起感应电流

图2-23 由于线圈面积变化而引起感应电流

结论：

1）导体中产生感应电动势和感应电流的条件是：导体相对于磁场作切割磁力线运动或线圈中的磁通发生变化时，导体或线圈中就产生感应电动势；若导体或线圈是闭合电路的一部分就会产生感应电流。

2）感应电流产生的磁场总是阻碍原磁通的变化，这个规律称为楞次定律。

判断感应电动势或感应电流方向的具体步骤是：

1）首先判定原磁通的方向及其变化趋势（即增加还是减少）。(www.xing528.com)

2）根据感应电流的磁场（即感应磁场）方向永远和原磁通变化趋势相反的原理，确定感应电流的磁场方向。

3）根据感应磁场的方向，用安培定则就可以判断出感应电动势或感应电流的方向，如图2-24所示。

图2-24 磁铁插入和拔出线圈时感应电流的方向

三、法拉第电磁感应定律

线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化速度（即变化率）成正比，这个规律叫做法拉第电磁感应定律。

四、自感

由于流过线圈本身的电流发生变化，而引起的电磁感应叫做自感现象，简称自感，如图2-25所示。由自感产生的感应电动势称为自感电动势，用e_L表示。自感电流用i_L表示。

图2-25 自感实验电路

结论：

1）自感电动势是由通过线圈本身的电流发生变化而产生的。如图2-25a所示，当开关SA闭合时，灯A逐渐变亮，灯B立即点亮；如图2-25b所示，当开关SA打开时，灯逐渐熄灭。

2）对于线性电感，自感电动势的大小在Δt时间内的平均值等于电感和电流变化率的乘积，即。

3）自感电动势的方向可用楞次定律判断，如图2-26所示。

图2-26 自感电动势的方向

五、互感

由一个线圈中的电流发生变化在另一线圈中产生电磁感应的现象，叫做互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势。

六、同名端

互感电动势的方向，不但与原磁通及其变化的方向有关，还与线圈的绕向有关。我们只要在制造互感器时标明各线圈的绕向后，就可利用电流的方向和电流的变化趋势，很容易地把互感电动势的方向判断出来，如图2-27所示。

图2-27 互感线圈同名端

我们把这种由于绕向一致而感应电动势的极性始终保持一致的端点叫做同名端，反之叫做异名端。一般用符号“·”表示同名端。在标出同名端后，每个线圈的具体绕法及各线圈间的相对位置都不必在图中表示出来。知道同名端后，就可根据电流的变化趋势方便地判断出互感电动势的极性。