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电磁感应现象-大学物理学

时间:2023-11-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:1831 年8 月29 日,M.法拉第在实验中发现,处于随时间变化的电流附近的闭合回路中出现了感应电流.法拉第立即意识到,这是一种非恒定的暂态效应.紧接着他做了一系列实验进行验证并寻找其内在规律,最后得到了电磁感应定律.下面通过几个典型的电磁感应演示实验来说明什么是电磁感应现象,以及产生电磁感应的条件.图11.1闭合回路与磁棒之间的相对运动(1)闭合导体回路与磁铁棒之间有相对运动时,如图11.1

电磁感应现象-大学物理学

1831 年8 月29 日,M.法拉第在实验中发现,处于随时间变化的电流附近的闭合回路中出现了感应电流.法拉第立即意识到,这是一种非恒定的暂态效应.紧接着他做了一系列实验进行验证并寻找其内在规律,最后得到了电磁感应定律.下面通过几个典型的电磁感应演示实验来说明什么是电磁感应现象,以及产生电磁感应的条件.

图11.1 闭合回路与磁棒之间的相对运动

(1)闭合导体回路与磁铁棒之间有相对运动时,如图11.1 所示,一个线圈与电流计的两端连接成闭合回路,电路内没有电源所以电流计的指针不会偏转.然而当一个条形磁铁棒的任一极(N极或S 极)插入线圈时,可以观察到指针发生偏转,即回路中有电流通过.当磁铁棒与线圈相对静止时,无论两者相距多近,电流计指针均不动.当把磁铁棒从线圈中抽出时,电流计的指针又发生偏转,并且此时的偏转方向与插入时相反.进一步的实验表明,起作用的是闭合回路与磁棒之间的相对运动.

因为载流线圈在空间激发出与条形磁铁类似的磁场,所以载流线圈与闭合导体回路间有相对运动时,亦可引起电磁感应现象.

(2)闭合导体回路与载流线圈无相对运动,且载流线圈中电流改变时,同样可引起电磁感应现象.如图11.2 所示,两个彼此靠得较近但相对静止的线圈1 和2,线圈1 与电流计G 相连接,线圈2 与一个电源和变阻器R 相连接.当线圈2 中的电路接通、断开的瞬间或改变电阻R 时,都可以观察到电流计指针发生偏转,即在线圈1 中出现感应电流.实验表明,只有在线圈2 中的电流发生变化时,才能在线圈1 中出现感应电流.

如果在图11.2 的线圈2 中加一铁磁性材料做芯,重复上述实验过程,将会发现线圈1 中的电流大大增加,说明上述现象还受到介质的影响.(www.xing528.com)

(3)闭合导体回路在均匀磁场中运动,也能够引起电磁感应现象.如图11.3 所示,接有电流计的平行导体滑轨放于均匀磁场中,磁感应强度B 垂直于滑轨平面.当导体棒横跨平行滑轨并向右滑动时,电流计指针发生偏转,且速度越高则偏转越厉害;当导体棒反向运动时,电流计指针反向偏转.此实验中,磁感应强度B没有变化,但由于导体棒向右或向左运动,导体框的面积在随时间变化,于是通过导体框的磁通量随时间变化,所以在导体回路中产生了感应电流.导体棒的速度越高,单位时间内通过导体框的磁通量变化越大.从另一个角度来看,感应电流的产生是由于闭合导体的一段导体棒切割磁力线所产生的.

总结以上几个典型现象,可得出如下结论:不管什么原因使穿过闭合导体回路所包围面积的磁通量发生变化(增加或减少),回路中都会出现电流,这种电流称为感应电流.在磁通量增加和减少的两种情况下,回路中感应电流的流向相反.感应电流的大小取决于穿过回路所围面积的磁通量的变化快慢.变化越快,感应电流越大;反之,就越小.在线圈中插入铁芯后,线圈中的感应电流大大增加,这又说明感应电流的产生是因为磁感应强度B 通量的变化,而不是由于磁场强度H 通量的变化.

图11.2 载流线圈中电流改变

图11.3 闭合导体回路在均匀磁场中运动

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