一電磁感應的定義

　　電磁感應(Electromagnetic induction)現象是指放在變化磁通量中的導體，會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢。此電動(dòng)勢稱(chēng)為感應電動(dòng)勢或感生電動(dòng)勢，若將此導體閉合成一回路，則該電動(dòng)勢會(huì )驅使電子流動(dòng)，形成感應電流(感生電流)。

二電磁感應的簡(jiǎn)介

　　電磁感應是指因為磁通量變化產(chǎn)生感應電動(dòng)勢的現象。電磁感應現象的發(fā)現，是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內在聯(lián)系，而且為電與磁之間的相互轉化奠定了實(shí)驗基礎，為人類(lèi)獲取巨大而廉價(jià)的電能開(kāi)辟了道路，在實(shí)用上有重大意義。電磁感應現象的發(fā)現，標志著(zhù)一場(chǎng)重大的工業(yè)和技術(shù)革命的到來(lái)。事實(shí)證明，電磁感應在電工、電子技術(shù)、電氣化、自動(dòng)化方面的廣泛應用對推動(dòng)社會(huì )生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。

三電磁感應的基本概念

01磁通量

　　設在勻強磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，磁場(chǎng)的磁感應強度為B，平面的面積為S。

　　定義：在勻強磁場(chǎng)中，磁感應強B與垂直磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，叫做穿過(guò)這個(gè)面的磁通量。

　　公式：Φ=BS

　　當平面與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)：

　　Φ=BS⊥=BSsinθ(θ為兩個(gè)平面的二面角)

02物理意義

　　穿過(guò)某個(gè)面的磁感線(xiàn)條數表示穿過(guò)這個(gè)面的磁通量。

　　單位：在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡(jiǎn)稱(chēng)韋，符號是Wb。

　　1Wb=1T·1m2=1V·s。

03電磁感應現象

　　電磁感應現象：閉合電路中的一部分導體做切割磁感線(xiàn)運動(dòng)，電路中產(chǎn)生感應電流。

　　感應電流：在電磁感應現象中產(chǎn)生的電流。

　　產(chǎn)生電磁感應現象的條件：

　　兩種不同表述

　　a.閉合電路中的一部分導體與磁場(chǎng)發(fā)生相對運動(dòng)

　　b.穿過(guò)閉合電路的磁場(chǎng)發(fā)生變化

　　兩種表述的比較和統一

　　a.兩種情況產(chǎn)生感應電流的根本原因不同

　　閉合電路中的一部分導體與磁場(chǎng)發(fā)生相對運動(dòng)時(shí)，是導體中的自由電子隨導體一起運動(dòng)，受到的洛倫茲力的一個(gè)分力使自由電子發(fā)生定向移動(dòng)形成電流，這種情況產(chǎn)生的電流有時(shí)稱(chēng)為動(dòng)生電流。

　　穿過(guò)閉合電路的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，根據電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)使導體中的自由電子定向移動(dòng)形成電流，這種情況產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應電流或感生電流。

　　b.兩種表述的統一

　　兩種表述可統一為穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

　　產(chǎn)生電磁感應現象的條件

　　不論用什么方法，只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。

　　條件：a.閉合電路;b.一部分導體 ; c.做切割磁感線(xiàn)運動(dòng)

　　能量的轉化

　　能的轉化守恒定律是自然界普遍規律，同樣也適用于電磁感應現象。

　　感應電動(dòng)勢

　　定義：在電磁感應現象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢，叫做感應電動(dòng)勢。方向是由低電勢指向高電勢。

　　產(chǎn)生感應電動(dòng)勢的條件：穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生變化。

　　物理意義：感應電動(dòng)勢是反映電磁感應現象本質(zhì)的物理量。

　　方向規定：內電路中的感應電流方向，為感應電動(dòng)勢方向。

　　反電動(dòng)勢：在電動(dòng)機轉動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中也會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，這個(gè)感應電動(dòng)勢總要削弱電源電動(dòng)勢的作用，這個(gè)電動(dòng)勢稱(chēng)為反電動(dòng)勢。

四電磁感應的科技應用

01動(dòng)圈式話(huà)筒

　　在劇場(chǎng)里，為了使觀(guān)眾能聽(tīng)清演員的聲音，常常需要把聲音放大，放大聲音的裝置主要包括話(huà)筒，擴音器和揚聲器三部分。話(huà)筒是把聲音轉變?yōu)殡娦盘柕难b置。當聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上的線(xiàn)圈(叫做音圈)隨著(zhù)一起振動(dòng)，音圈在永久磁鐵的磁場(chǎng)里振動(dòng)，其中就產(chǎn)生感應電流(電信號)，感應電流的大小和方向都變化，變化的振幅和頻率由聲波決定，這個(gè)信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。

02磁帶錄音機

　　磁帶錄音機主要由機內話(huà)筒、磁帶、錄放磁頭、放大電路、揚聲器、傳動(dòng)機構等部分組成，錄音時(shí)，聲音使話(huà)筒中產(chǎn)生隨聲音而變化的感應電流——音頻電流，音頻電流經(jīng)放大電路放大后，進(jìn)入錄音磁頭的線(xiàn)圈中，在磁頭的縫隙處產(chǎn)生隨音頻電流變化的磁場(chǎng)。磁帶緊貼著(zhù)磁頭縫隙移動(dòng)，磁帶上的磁粉層被磁化，在磁帶上就記錄下聲音的磁信號。

　　放音是錄音的逆過(guò)程，放音時(shí)，磁帶緊貼著(zhù)放音磁頭的縫隙通過(guò)，磁帶上變化的磁場(chǎng)使放音磁頭線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電流，感應電流的變化跟記錄下的磁信號相同，所以線(xiàn)圈中產(chǎn)生的是音頻電流，這個(gè)電流經(jīng)放大電路放大后，送到揚聲器，揚聲器把音頻電流還原成聲音。

　　在錄音機里，錄、放兩種功能是合用一個(gè)磁頭完成的，錄音時(shí)磁頭與話(huà)筒相連;放音時(shí)磁頭與揚聲器相連。

03汽車(chē)車(chē)速表

　　汽車(chē)駕駛室內的車(chē)速表是指示汽車(chē)行駛速度的儀表。它是利用電磁感應原理，使表盤(pán)上指針的擺角與汽車(chē)的行駛速度成正比。車(chē)速表主要由驅動(dòng)軸、磁鐵、速度盤(pán)，彈簧游絲、指針軸、指針組成。其中永久磁鐵與驅動(dòng)軸相連。在表殼上裝有刻度為公里/小時(shí)的表盤(pán)。

　　一部分磁感線(xiàn)將通過(guò)速度盤(pán)，磁感線(xiàn)在速度盤(pán)上的分布是不均勻的，越接近磁極的地方磁感線(xiàn)數目越多。當驅動(dòng)軸帶動(dòng)永久磁鐵轉動(dòng)時(shí)，則通過(guò)速度盤(pán)上各部分的磁感線(xiàn)將依次變化，順著(zhù)磁鐵轉動(dòng)的前方，磁感線(xiàn)的數目逐漸增加，而后方則逐漸減少。由法拉第電磁感應原理知道，通過(guò)導體的磁感線(xiàn)數目發(fā)生變化時(shí)，在導體內部會(huì )產(chǎn)生感應電流。又由楞次定律知道，感應電流也要產(chǎn)生磁場(chǎng)，其磁感線(xiàn)的方向是阻礙(非阻止)原來(lái)磁場(chǎng)的變化。用楞次定律判斷出，順著(zhù)磁鐵轉動(dòng)的前方，感應電流產(chǎn)生的磁感線(xiàn)與磁鐵產(chǎn)生的磁感線(xiàn)方向相反，因此它們之間互相排斥;反之后方感應電流產(chǎn)生的磁感線(xiàn)方向與磁鐵產(chǎn)生的磁感線(xiàn)方向相同，因此它們之間相互吸引。由于這種吸引作用，速度盤(pán)被磁鐵帶著(zhù)轉動(dòng)，同時(shí)軸及指針也隨之一起轉動(dòng)。

　　為了使指針能根據不同車(chē)速停留在不同位置上，在指針軸上裝有彈簧游絲，游絲的另一端固定在鐵殼的架上。當速度盤(pán)轉過(guò)一定角度時(shí)，游絲被扭轉產(chǎn)生相反的力矩，當它與永久磁鐵帶動(dòng)速度盤(pán)的力矩相等時(shí)，則速度盤(pán)停留在那個(gè)位置而處于平衡狀態(tài)。這時(shí)，指針軸上的指針便指示出相應的車(chē)速數值。

　　永久磁鐵轉動(dòng)的速度和汽車(chē)行駛速度成正比。當汽車(chē)行駛速度增大時(shí)，在速度盤(pán)中感應的電流及相應的帶動(dòng)速度盤(pán)轉動(dòng)的力矩將按比例地增加，使指針轉過(guò)更大的角度，因此車(chē)速不同指針指出的車(chē)速值也相應不同。當汽車(chē)停止行駛時(shí)，磁鐵停轉，彈簧游絲使指針軸復位，從而使指針指在“0”處。

04電動(dòng)機

　　發(fā)電機可以“反過(guò)來(lái)”運作，成為電動(dòng)機。例如，用法拉第碟片這例子，設一直流電流由電壓驅動(dòng)，通過(guò)導電軸臂。然后由洛倫茲力定律可知，行進(jìn)中的電荷受到磁場(chǎng)B的力，而這股力會(huì )按佛來(lái)明左手定則訂下的方向來(lái)轉動(dòng)碟片。在沒(méi)有不可逆效應(如摩擦或焦耳熱)的情況下，碟片的轉動(dòng)速率必需使得dΦB/dt等于驅動(dòng)電流的電壓。

05變壓器

　　法拉第定律所預測的電動(dòng)勢，同時(shí)也是變壓器的運作原理。當線(xiàn)圈中的電流轉變時(shí)，轉變中的電流生成一轉變中的磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)作用范圍中的第二條電線(xiàn)，會(huì )感受到磁場(chǎng)的轉變，于是自身的耦合磁通量也會(huì )轉變(dΦB/dt)。因此，第二個(gè)線(xiàn)圈內會(huì )有電動(dòng)勢，這電動(dòng)勢被稱(chēng)為感應電動(dòng)勢或變壓器電動(dòng)勢。如果線(xiàn)圈的兩端是連接著(zhù)一個(gè)電負載的話(huà)，電流就會(huì )流動(dòng)。

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