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电磁感应基础
电磁感应-基本概念
电磁感应
1、磁通量
设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,磁场的磁感应强度为B,平面的面积为S。
(1)定义:
在匀强磁场中,磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积,叫做穿过这个面的磁通量。
(2)公式:
Φ=BS
当平面与磁场方向不垂直时:
Φ=BS⊥=BScosθ(θ为两个平面的二面角)
(3)物理意义
穿过某个面的磁感线条数表示穿过这个面的磁通量。
(4)单位:
在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,简称韦,符号是Wb。
1Wb=1T·1m2=1V·s。
2、电磁感应现象
(1)电磁感应现象:
闭合电路的磁通量发生变化而产生电流的现象。
(2)感应电流:
在电磁感应现象中产生的电流。
(3)产生电磁感应现象的条件:
①两种不同表述
a.闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动
b.穿过闭合电路的磁场发生变化
②两种表述的比较和统一
a.两种情况产生感应电流的根本原因不同
闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动时,是导体中的自由电子随导体一起运动,受到的洛伦兹力的一个分力使自由电子发生定向移动形成电流,这种情况产生的电流有时称为动生电流。
穿过闭合电路的磁场发生变化时,根据电磁场理论,变化的磁场周围产生电场,电场使导体中的自由电子定向移动形成电流,这种情况产生的电流有时称为感生电流。
电磁感应
b.两种表述的统一
两种表述可统一为穿过闭合电路的磁通量发生变化。
③产生电磁感应现象的条件
不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有电流产生。
条件:
a.闭合电路;b.磁通量变化
3、电磁感应现象中能量的转化
能的转化守恒定律是自然界普遍规律,同样也适用于电磁感应现象。
4、感应电动势
(1)定义:
在电磁感应现象中产生的电动势,叫做感应电动势。
从低电势位置指向高电势位置。
(2)产生感应电动势的条件:
穿过回路的磁通量发生变化。
(3)物理意义:
感应电动势是反映电磁感应现象本质的物理量。
(4)方向规定:
内电路中的感应电流方向,为感应电动势方向。
5、反电动势:
在电动机转动时,线圈中也会产生感应电动势,这个感应电动势总要削弱电源电动势的的作用,这个电动势称为反电动势。
电磁感应-涉及知识范围
电磁感应式
电磁感应部分涉及两个方面的知识:
一是电磁感应现象的规律。
电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的特点和规律,其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律。
楞次定律表述为:
感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
即要想获得感应电流(电能)必须克服感应电流产生的安培力做功,需外界做功,将其他形式的能转化为电能。
法拉第电磁感应定律是反映外界做功能力的,磁通量的变化率越大,感应电动势越大,外界做功的能力也越大。
二是电路及力学知识。
主要讨论电能在电路中传输、分配,并通过用电器转化成其他形式能的特点规律。
在实际应用中常常用到电路的三个规律(欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)和力学中的牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理和能量守恒定律等概念。
电磁感应-计算公式
电磁感应灯
1.感应电动势的大小计算公式
1)E=nΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律,E:
感应电动势(V),n:
感应线圈匝数,ΔΦ/Δt:
磁通量的变化率}。
2)E=BLVsinA(切割磁感线运动)E=BLV中的v和L不可以和磁感线平行,但可以不和磁感线垂直,其中sinA为v或L与磁感线的夹角。
{L:
有效长度(m)}
3)Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势){Em:
感应电动势峰值}。
4)E=B(L^2)ω/2(导体一端固定以ω旋转切割){ω:
角速度(rad/s),V:
速度(m/s),(L^2)指的是L的平方}。
2.磁通量Φ=BS{Φ:
磁通量(Wb),B:
匀强磁场的磁感应强度(T),S:
正对面积(m2)}计算公式△Φ=Φ1-Φ2,△Φ=B△S=BLV△t。
3.感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向:
由负极流向正极}。
4.自感电动势E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:
自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大),ΔI:
变化电流,∆t:
所用时间,ΔI/Δt:
自感电流变化率(变化的快慢)}。
△特别注意Φ,△Φ,△Φ/△t无必然联系,E与电阻无关E=n△Φ/△t。
电动势的单位是伏V,磁通量的单位是韦伯Wb,时间单位是秒s。
电磁感应-重要实验
手持式电磁感应
在一个空心纸筒上绕上一组和电流计联接的导体线圈,当磁棒插进线圈的过程中,电流计的指针发生了偏转,而在磁棒从线圈内抽出的过程中,电流计的指针则发生反方向的偏转,磁棒插进或抽出线圈的速度越快,电流计偏转的角度越大.但是当磁棒不动时,电流计的指针不会偏转。
对于线圈来说,运动的磁棒意味着它周围的磁场发生了变化,从而使线圈感生出电流.法拉第终于实现了他多年的梦想——用磁的运动产生电!
奥斯特和法拉第的发现,深刻地揭示了一组极其美妙的物理对称性:
运动的电产生磁,运动的磁产生电。
不仅磁棒与线圈的相对运动可以使线圈出现感应电流,一个线圈中的电流发生了变化,也可以使另一个线圈出现感应电流。
将线圈通过开关k与电源连接起来,在开关k合上或断开的过程中,线圈2就会出现感应电流.如果将与线圈1连接的直流电源改成交变电源,即给线圈1提供交变电流,也引起线圈出现感应电流.这同样是因为,线圈1的电流变化导致线圈2周围的磁场发生了变化。
电磁感应-麦克斯韦-法拉第方程
∇×E=–∂B/∂t
本节是一段题外话,作用是区分本条目中的“法拉第定律”及麦克斯韦方程组中用同一个名字的∇×E方程。
于本条目中∇×E方程会被称为麦克斯韦-法拉第方程。
麦克斯韦于1855年开发出法拉第定律的旋度版本,而黑维塞则于1884年将定律重写成旋度方程:
其中
E和B为电场及磁场
∇×代表的是旋度
代表的是当方位向量r不变时的时间偏导数。
方程的意义是,如果电场的空间依赖在页面上成逆时针方向(经右手定律,得旋度向量会从页面指出),那么磁场会因时间而更少指出页面,更多地指向页面(跟旋度向量异号)。
方程跟磁场的变量有关系。
故磁场不一定要指向页面,只需向该方向转动即可。
本方程(在本条目中被称为麦克斯韦-法拉第方程)最著名的地方在于它是麦克斯韦方程组中的四条方程之一。
在麦克斯韦-法拉第方程中,亥维赛用的是时间偏导数。
不使用麦克斯韦用过的时间全导数,而使用时间偏导数,这样做使得麦克斯韦-法拉第方程不能说明运动电动势。
然而,麦克斯韦-法拉第方程很多时候会被直接称为“法拉第定律”。
在本条目中“法拉第定律”一词指的是通量方程,而“麦克斯韦-法拉第方程”指的则是亥维赛的旋度方程,也就是现在的麦克斯韦方程组中的那一条。
通过表面的磁通量及圈中的电动势
图一:
面积分的定义需要把面分成小的面积元。
每个元素跟一个向量dA联系,该向量的大小等于面积元的面积,而方向则是跟面积元垂直并向外。
图二:
于空间内有定义的一向量场F(r,t),及以曲线∂Σ为边界的一表面Σ,在场的积分范围内以速度v移动。
法拉第电磁感应定律用到通过一表面Σ的磁通量ΦB,其积分形式定义如下:
其中dA为移动面Σ(t)的面积元,B为磁场,B•dA为向量点积。
见图一。
更多细节见面积分及磁通量条目。
设该表面有一个开口,边界为闭合曲线∂Σ(t)。
见图二。
当通量改变时,把一电荷在闭合曲线中∂Σ(t)移一圈(每单位电荷)所作的功,也就是电动势,可由法拉第电磁感应定律求得:
其中:
为电动势,单位为伏特;
ΦB为磁通量,单位为韦伯。
电动势的方向(公式中的负号)由楞次定律提供。
设有一紧缠线圈,圈数为N,每圈通量皆为ΦB,法拉第电磁感应定律指出:
N为线圈圈数;
ΦB为通过一圈的磁通量,单位为韦伯。
在选择路径∂Σ(t)求电动势时,路径须满足两个基本条件:
(一)路径闭合;
(二)路径必需能描述到电路各部分的相对运动(这就是∂Σ(t)中变量为时间的原因)。
路径并不一定要跟随电流的流动路线,但用通量定律求出的电动势,理所当然地会是通过所选路径的电动势。
假若路径并不跟随电流的话,那么那电动势可能不是驱动着电流的那一电动势。
例一:
空间变强磁场
图三:
闭合的长方形线圈,以速率v沿x轴移动,其所处的磁场B随x的位置而变。
考虑图三的长方形线圈,它在xy平面上向x方向以速率v移动。
因此,线圈中心xC满足v=dxC/dt。
线圈在y方向的长度为ℓ,x方向的宽度为w。
一不随时间改变,而随x方向改变的磁场B(x)指向z方向。
左边的磁场为B(xC−w/2),右边的磁场为B(xC+w/2)。
电动势可直接求得,或由上述的法拉第电磁感应定律求得。
洛伦兹力法
在线圈左边的一电荷q,所受的洛伦兹力为qv×Bk=−qvB(xC−w/2)j(j、k分别为y方向及z方向的单位向量,见向量积),因此左边整段电线的电动势(单位电荷所作的功)为vℓB(xC−w/2)。
可用相同的论述,求出右边电线的电动势为vℓB(xC+w/2)。
两股电动势互相抵抗,将正电荷推向线圈底部。
由于这时磁场的强度会向x方向增强,所以右边的力最强,电流会顺时针流动:
使用右手定则,电流所产生的磁场会抵抗外加的磁场。
驱动电流的电动势必须向逆时针方向增加(抵抗电流)。
把电动势向逆时针方向加起来得:
法拉第定律法
线圈上任何位置通过线圈的磁通量为
其正负取决于表面的垂直线是否跟B同一方向,或相反方同。
如果表面垂直线跟感应电流的B同一方向,式子为负。
此时通量的时间导数(使用微分的链式法则或莱布尼茨定则的通用形式求出)为:
(其中v=dxC/dt为线圈于x方向的运动速率),所以跟之前一样。
这两种方法一般来说都一样,但视乎例子而定,其中一种有时可能会比较实用。
例二:
均匀磁场中的运动环路
图四:
矩形线圈以角速率ω转动,其所处的磁场B大小固定,并向外呈放射状指出。
上下两块碟片的边沿会导电,而电流则由旁边的电刷收集。
图四为由上下两块带导电边沿的碟片所组成的转轴,上面的电线环路垂直地连接着两块碟片。
整组装置在磁场中旋转,该磁场向外呈放射状指出,但其大小不随方向变化。
一向外的回路从边沿上把电流收集起来。
在收集回路的位置上,向外的磁场与回路位于同一个平面上,因此收电回路并不对电路的磁通量造成影响。
电动势可直接求出,或使用上文的法拉第定律求出。
洛伦兹力法
这个案中,在移动环路中那两根垂直的电线里,洛伦兹力向下驱动着电流,因此电流从上碟片流向下碟片。
在碟片的导电边沿内,洛伦兹力与边沿垂直,所以边沿上并没有电动势,环路中的水平部分也没有。
电流通过外加的回路从下边沿传到上边沿,而该回路位于磁场的平面上。
因此,回路中的洛伦兹力与回路平行,在这回路中并没有生成电动势。
穿过电流通道,到达电流反方向流动的地方,功只在移动环路垂直电线中抵抗洛伦兹力,其中
因此电动势为
其中ℓ为环路中的垂直长度,与角转动率相关的速度可由v=rω求出,而r=碟片半径。
注意,在任何跟环路转动并连接上下边沿的路径中,所作的功都一样。
法拉第定律法
一个直觉上很吸引但错误的通量定则使用法是,将通过电流的通量当成只是ΦB=Bwℓ,其中w为移动环路的宽度。
这数目与时间没有关系,所以这方法会不正确地预测出无生成电动势。
这套论述的缺陷在于它并没有考虑到整个电路,而整个电路是闭合的环路。
使用通量定则时,我们必须顾及整个电路,其中包括通过上下碟片边沿的路径。
我们可以选择一通过两道边沿及移动环路的任意闭合路径,而通量定则会找出该路径的电动势。
任何有一部分连接移动环路的路径,都会表达到电路移动部分的相对运动。
作为一个路径例子,选择在上碟片按照转动方向,并下碟片按照转动反方向穿过电路(由图四的箭号表示)。
在这情况下,对与回路成角θ的移动环路而言,圆柱体的一部分面积A=rℓθ为电路的一部分。
这面积与磁场垂直,所以造成了这个大小的通量:
其中式子为负,这是因为右手定则指出,电流环路所产生的磁场,与外加的磁场方向相反的缘故。
由于这是通量中唯一一个跟随时间转变的部分,所以通量定则预测的电动势为
与使用洛伦兹力法的计算答案一致。
现在尝试不同的路径。
跟随一条选择余下部分通过边沿的路径。
那么耦合磁通量会随θ增加而减少,但右手定则会指出把电流环路加到外加磁场上去,因此这条路径跟第一条路径的电动势相同。
任何回路的组合都会对电动势产生相同的结果,因此跟随哪一条路径实际上并不重要。
直接从通量变量中求出
图五:
图四的简化版本。
环路在静止且均匀的磁场中,以速率v滑动。
以上使用闭合路径求电动势的方法,看起来是取决于路径几何的细节。
相反地,使用罗伦兹力则没有这样的限制。
所以有需要加深对通量定则的理解,有关路径等同及路径选取时的会漏掉的细节。
图五是图四的理想化版本,当中圆柱体被展开成了平面。
同样的路径分析依然有效,但是还有一个可以简化的地方。
电路中与时间无关的方面,并不能够影响通量随时间的变化率。
例如,环路以均速滑动时,电流通过环路流动的细节,并不取决于时间。
与其考虑求电动势时环路选取的细节,不如考虑环路移动时所扫过的磁场面积。
这相当于找出电路通量的切断率。
这个说法提供了一个方法,可直接求出通量变化率,而不需要考虑电路上各种路径选取,随时间而变化的细节。
跟使用洛伦兹力一样,很明显地,任何两条连接移动环路的路径,都会产生相同的通量变化率,不同之处只在于它们如何与环路相交。
图五中,单位时间内扫过的面积为dA/dt=vℓ,跟选取的环路细节无关,所以可经法拉第电磁感应定律求出电动势:
电路势的路径的不依赖性表明,如果滑动环路被实心导电板所取代,又或是更复杂的某种变形表面,分析都是一样的:
找出电路移动部分扫过面积的通量。
相近地,如果图四的移动环路被一360°的实心导电圆柱体所取代,扫过面积的计算就跟只有一个环路时是完全一样的。
故此,对圆柱体及实心导电板的个案而言,法拉第定律所预测的电动势完全一样,更甚者,以有孔板为壁的圆柱体的个案也一样。
但是注意,这个电动势所导致的流动电流是不一样的,因为电阻决定电流。
电磁感应-麦克斯韦-法拉第方程
图六:
开尔文-斯托克斯定理用图,其中曲面Σ的边界∂Σ,其方向由向外的向量n及右手定则规定。
变化中的磁场会生成电场;这个现象由麦克斯韦-法拉第方程描述:
其中:
代表旋度;
E为电场;
B为磁场。
这条方程是现代麦克斯韦方程组内的其中一条,很多时候被称为法拉第定律。
然而,由于它只含有一个时间偏导数,它的应用只限于在随时间变化的磁场中静止电荷的情况。
它并不能说明带电粒子在磁场中移动的电磁感应状况。
它可以用开尔文-斯托克斯定理写成积分形式:
其中把导数移至积分前这个动作,需要一与时无关的曲面Σ(在这里被视为偏导数解释的一部分),见图六:
Σ为一被闭合围道∂Σ包围的曲面;Σ与∂Σ皆为固定的,不随时间变动;
E为电场;
dℓ为围道∂Σ的一无限小向量元;
B为磁场;
dA为曲面Σ的一无限小向量元,其大小相等于一块无限小曲面,而其方向与该块曲面成正交。
dℓ和dA都具有正负模糊性;要得到正确的正负号,需要使用右手定则,解释详见开尔文-斯托克斯定理条目。
对一平面Σ而言,曲线∂Σ的正路径元dℓ,其定义由右手定则所规定,就是当右手姆指跟表面Σ的垂直线n同一方向时,其他手指所指的那一个方向。
围绕着∂Σ的积分叫曲线积分或路径积分。
麦克斯韦-法拉第方程右边的曲面积分,是通过Σ的磁通量ΦB的明确表达式。
注意E的非零路径积分,跟电荷产生电场的表现不一样。
由电荷生成的电场能以标量场的梯度表达,为泊松方程的解,并且路径积分为零。
见梯度定理。
积分方程对通过空间的任何路径∂Σ成立,也对任何以该路径为边界的的表面Σ成立。
注意,但是已知在这方程里,∂Σ及Σ都不随时间而改变。
这个积分形式不能用于运动电动势,因为Σ跟时间无关。
注意这方程内并没有电动势,所以确实不能够在不引入洛伦兹力的情况下计算出功。
图七:
由曲线∂Σ的向量元dℓ在时间dt以速率v移动时扫过的面积。
使用完整的洛伦兹力计算电动势:
法拉第电磁感应定律的一个描述,比麦克斯韦-法拉第方程的积分形式更通用(见洛伦兹力),如下:
其中∂Σ(t)为围着运动表面Σ(t)的闭合路径,而v为运动速率。
见图二。
注意上面用的是时间常导数,而不是时间偏导数,意指Σ(t)的时间差异必须被微分所包括。
被积函数中,曲线dℓ的元以速率v移动。
图七为磁力是如何促成电动势作出了诠释,而电动势就在上面方程的左边。
曲线∂Σ部分dℓ,在时间dt以速率v移动时扫过的面积为(见向量积的几何意义):
所以在时间dt间通过∂Σ为边的表面中这一部分的磁通量变量ΔΦB为:
如果我们把这些通过所有部分dℓ的ΔΦB的作用加在一起,就可以得到法拉第定律对磁力的促成作用。
也就是,这个项跟运动电动势有关系。
例三:
移动观测者的视点
再次讨论图三的例子,但这次以移动观测者的参考系,带出电场与磁场间以及运动与感应电动势的密切关系。
假设一环路观测者与环路一起移动。
观测者以洛伦兹力及法拉第电磁感应定律计算环路的电动势。
由于这观测者与环路一起移动,观测者看不到环路的运动,以及零v×B。
然而,由于磁场随x位置变化,所以观测者看到时间变强的磁场,也就是:
其中k为指向z方向的单位向量。
洛伦兹力定律版本
麦克斯韦-法拉第方程指出移动观测者在y方向所见的电场Ey可由下式表示(见旋度):
下式使用了链式法则:
求解Ey,准确到一个对环路积分没有作用的常数,得:
使用洛伦兹力定律,得一个电场分量,观测者于时间t得环路的电动势为:
这个结果跟静止观测者的个案一致,他看到的是中点xC移到xC+vt。
然而,移动观测者的结果中,洛伦兹力看起来只有电分量,而静止观测者的则只有磁分量。
法拉第电磁感应定律
使用法拉第电磁感应定律,与xC一起移动的观测者看到磁通量的变化,但环路看起来并没有移动:
环路的中心xC被固定了,这是因为观测者与环路一起移动着。
通量则是:
其中右式为负,这是因为表面的垂直线与外加磁场各自指向相反的方向。
现在从法拉第电磁感应定律得出的电动势是:
答案是一样的。
时间导数走进了积分里面,这是因为积分的上下限并不取决于时间。
又一次,链式定律被用于把时间导数转化成x导数。
静止观测者认为该电动势是运动电动势,而移动观测者则认为是感应电动势。
电磁感应-作为两种不同现象的法拉第定律
有些物理学家注意到法拉第定律是一条描述两种现象的方程式:
由磁力在移动中的电线中产生的运动电动势,及由磁场转变而成的电力所产生的感应电动势。
就像理查德·费曼指出的那样:
所以“通量定则”,指出电路中电动势等于通过电路的磁通量变化率的,同样适用于通量不变化的时候,这是因为场有变化,或是因为电路移动(或两者皆是)……但是在我们对定则的解释里,我们用了两个属于完全不同个案的定律:
“电路运动”的和“场变化”的。
我们不知道在物理学上还有其他地方,可以用到一条如此简单且准确的通用原理,来明白及分析两个不同的现象。
《费曼物理学讲义》理查德·P·费曼
格里夫斯的书中也有类似陈述。
电磁感应-历史
法拉第定律最初是一条基于观察的实验定律。
后来被正式化,其偏导数的限制版本,跟其他的电磁学定律一块被列麦克斯韦方程组的现代亥维赛版本。
法拉第电磁感应定律是基于法拉第于1831年所作的实验。
这个效应被约瑟·亨利于大约同时发现,但法拉第的发表时间较早。
见麦克斯韦讨论电动势的原著。
于1834年由波罗的海德国科学家海因里希·楞次发现的楞次定律,提供了感应电动势的方向,及生成感应电动势的电流方向。
电磁感应-发电机
图八:
法拉第碟片发电机。
碟片以角速率ω旋转,在静磁场B中环行地扫过导电的半径。
磁洛伦兹力v×B,沿着导电半径到导电边沿驱动着电流,并从那里经由下电刷及支撑碟片的轴完成电路。
因此,电流由机械运动所产生。
由法拉第电磁感应定律因电路及磁场的相对运动所造成的电动势,是发电机背后的根本现象。
当永久性磁铁相对于一导电体运动时(反之亦然),就会产生电动势。
如果电线这时连着电负载的话,电流就会流动,并因此产生电能,把机械运动的能量转变成电能。
例如,基于图四的鼓轮发电机。
另一种实现这种构想的发电机就是法拉第碟片,简化版本见图八。
注意使用图五的分析,或直接用洛伦兹力定律,都能得出使用实心导电碟片运作不变的这一结果。
在法拉第碟片这一例子中,碟片在与碟片垂直的均匀磁场中运动,导致一电流因洛伦兹力流到向外的轴臂里。
明白机械运动是如何成为驱动电流的必需品,是很有趣的一件事。
当生成的电流通过导电的边沿时,这电流会经由安培环路定理生成出一磁场(图八中标示为“InducedB”)。
因此边沿成了抵抗转动的电磁铁(楞次定律一例)。
在图的右边,经转动中轴臂返回的电流,通过右边沿到达底部的电刷。
此一返回电流所感应的磁场会抵抗外加的磁场,它有减少通过电路那边通量的倾向,以此增加旋转带来的通量。
因此在图的左边,经转动中轴臂返回的电流,通过左边沿到达底部的电刷。
感应磁场会增加电路这边的通量,减少旋转带来的通量。
所以,电路两边都生成出抵抗转动的电动势。
尽管有反作用力,需要保持碟片转动的能量,正等于所产生的电能(加上由于摩擦、焦耳热及其他消耗所浪费的能量)。
所有把机械能转化成电能的发电机都会有这种特性。
虽然法拉第定律经常描述发电机的运作原理,但是运作的机理可以随个案而变。
当磁铁绕着静止的导电体旋转时,变化中的磁场生成电场,就像麦克斯韦-法拉第方程描述的那样,而电场就会通过电线推着电荷行进。
这个案叫感应电动势。
另一方面,当磁铁静止,而导电体运动时,运动中的电荷的受到一股磁力(像洛伦兹力定律所描述的那样),而这磁力会通过电线推着电荷行进。
这个案叫运动电动势。
(更多有关感应电动势、运动电动势、法拉第定律及洛伦兹力的细节,可见上例或格里夫斯一书。
)
电磁感应-电动机
发电机可以“反过来”运作,成为电动机。
例如,用法拉第碟片这例子,设一直流电流由电压驱动,通过导电轴臂。
然后由洛伦兹力定律可知,行进中的电荷受到磁场B的力,而这股力会按佛来明左手定则订下的方向来转动碟片。
在没有不可逆效应(如摩擦或焦耳热)的情况下,碟片的转动速率必需使得dΦB/dt等于驱动电流的电压。
电磁感应-变压器
法拉第定律所预测的电动势,同时也是变压器的运作原理。
当线圈中的电流转变时,转变中的电流生成一转变中的磁场。
在磁场作用范围中的第二条电线,会感受到磁场的转变,于是自身的耦合磁通量也会转变(dΦB/dt)。
因此,第二个线圈内会有电动势,这电动势被称为感应电动势或变压器电动势。
如果线圈的两端是连接着一个电负载的话,电流就会流动。
电磁感应-电磁流量计
法拉第定律可被用于量度导电液体或浆状物的流动。
这样一个仪器被称为电磁流量计。
在磁场B中因导电液以速率为v的速度移动,所生成的感应电压ε可由以下公式求出:
其中ℓ为电磁流量计中电极间的距离。
电磁感应-感应电流产生的条件
测量原理:
电磁感应
1.电路是闭合且通的。
2.穿过闭合电路的磁通量发生变化。
3.电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动(切割磁感线运动就是为了保证闭合电路的磁通量发生改变)(如果缺少一个条件,就不会有感应电流产生).。
电磁感应现象中之所以强调闭合电路的“一部分导体”,是因为当整个闭合电路切割磁感线时,左右两边产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针,对于整个电路来讲电流抵消了。
电磁感应中的能量关系。
电磁感应是一个能量转换过程,例如可以将重力
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