電磁感應(yīng)的原理(一)

1、電磁感應(yīng)原理：一、什么是電磁感應(yīng)？電生磁、磁生電，這就是電磁感應(yīng)。1、電生磁：圖1.1所示就是一個電生磁的實例圖1.1圖1.2在一只鐵釘上面用導(dǎo)線繞了一個線圈，當(dāng)把線圈的兩端分別連接在一個電池的正極和負(fù)極時，電流就會經(jīng)由線圈流過，這時鐵釘就具有了吸引鐵屑的能力，鐵釘就有了磁性，圖1.1所示。此時把連接于電池的導(dǎo)線取消，流過線圈的電流被切斷，鐵屑有都離開鐵釘，掉落下來，鐵釘又失去了磁性，圖1.2所示。因為線圈有電流流過而產(chǎn)生了磁性，因為線圈的電流被切斷停止了電流的流過，又失去了磁性，這就是電生磁的現(xiàn)象。圖1.3圖1.4既然導(dǎo)體流過電流就能產(chǎn)生磁，那么電流流動的方向和磁極（N極S極）的方向有什么關(guān)

2、系呢？。在電工原理的概念中，有一個著名的定則“右手螺旋定則”（也稱“安培定則”），就是依據(jù)右手握拳，拇指伸直這種手的形態(tài)；來判斷磁場的方向。也就是根據(jù)導(dǎo)體或者線圈內(nèi)部電流的方向來判斷磁場的方向：圖1.3所示；這是一個閉合的回路，圖中電流由電池的正極經(jīng)過線圈流向負(fù)極，線圈上箭頭方向是電流的方向，線圈內(nèi)部產(chǎn)生磁力線的方向是左邊是S極、右邊是N極，這正好和圖1.4所示的右手握拳，拇指伸直這種手的形態(tài)相吻合，即；右手四指所指是電流的方向，伸直拇指所指是磁場N極的方向（也就是磁力線的指向）。同樣通電的直導(dǎo)線的周圍也會產(chǎn)生以導(dǎo)線為圓心的同心圓磁場，圖1.5所示。這個直導(dǎo)線流過電流的磁場和磁場的方向也可以采

3、用右手握拳，拇指伸直這種手的形態(tài)來判斷：如圖1.6所示；右手握通電的直導(dǎo)線，拇指是電流的方向，握拳的四指就是圍繞直導(dǎo)線磁場的方向。圖1.5圖1.6結(jié)論：導(dǎo)體通過電流就會產(chǎn)生磁場，并且磁場的方向和電流的方向有關(guān)。2、磁生電圖1.7是自行車發(fā)電機的構(gòu)造原理圖；圖1.7圖1.8在圖1.7中，中間有標(biāo)有N S極的是一個圓形永久磁鐵，其磁力線的分布是從N（北極）極指向S（南極）極，圖中有箭頭的虛線是磁場磁力線的分布圖。在圓形永久磁鐵的兩邊分別有兩個串聯(lián)在一起的線圈，由于線圈靠近永久磁鐵，線圈也置身于磁場中；磁力線從線圈中穿過。線圈的兩端連接一只燈泡，形成一個閉合的回路。圓形永久磁鐵是可以旋轉(zhuǎn)的，可以在自

4、行車車輪的帶動下旋轉(zhuǎn)；圖1.9所示。 當(dāng)永久磁鐵不旋轉(zhuǎn)時；雖然線圈也作用于磁場之中，磁力線穿過了線圈，但是燈泡是不發(fā)光的，就好象自行車車輪不轉(zhuǎn)動；車燈是不會亮的。當(dāng)自行車在騎行時；車輪帶動永久磁鐵旋轉(zhuǎn)；永久磁鐵磁場的磁力線也隨之旋轉(zhuǎn)，此時永久磁鐵傍邊的線圈等于在不停的切割磁力線，此時燈泡也開始點亮發(fā)光，圖19所示；自行車騎的越快，永久磁鐵也旋轉(zhuǎn)的越快；燈泡也就越亮。這個自行車發(fā)電機的工作原理說明了如下問題；（1）導(dǎo)體切割磁力線導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生電勢，如果導(dǎo)體是閉合回路；這個電勢就會形成電流。（2）導(dǎo)體切割磁力線的速度越快（永久磁鐵在車輪的帶動下旋轉(zhuǎn)越快）；電勢就越高，如果是閉合回路內(nèi)部的電流也就

5、越大（燈泡越亮）。 注：這個因為切割磁力線而產(chǎn)生的電勢就叫：“感生電勢”（感生電勢就是因為電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電勢）。結(jié)論：導(dǎo)體切割磁力線就會產(chǎn)生感生電勢，這就是磁生電的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。磁力線和線圈相對的變化速度越快感生電勢就越高，這就是著名的法拉第電磁感應(yīng)定律。法拉第電磁感應(yīng)定律：感生電勢與導(dǎo)體周圍磁通的變化率成正比。圖1.9通過前面的學(xué)習(xí)，引入兩個名詞：外加電勢，感生電勢（感應(yīng)電勢）。 外加電勢：使導(dǎo)體或者線圈產(chǎn)生電流的外接電源就稱為外加電勢，例如圖1.1中的電池產(chǎn)生的電壓。感生電勢（感應(yīng)電勢）：導(dǎo)體或者線圈和磁力線（磁場）相對（切割磁力線運動）運動產(chǎn)生的電勢（因“磁”）而產(chǎn)生的電勢，稱為感生

6、電勢或感應(yīng)電勢。3、左手定則：判定通電導(dǎo)體在磁場中偏移的方向。前面已經(jīng)講到；導(dǎo)體在通電時，周邊就會產(chǎn)生磁場。那么把這個通以電流具有磁場的導(dǎo)體，放置于另外一個恒定的磁場之中，由于兩個磁場之間的吸引和排斥作用，就會帶動這個導(dǎo)體的位置發(fā)生偏移（移動）。前面談到由于磁場的方向和電流的方向有關(guān)，所以導(dǎo)體流過電流的方向，也決定了這個導(dǎo)體在磁場中偏移的方向，這個方向可以用伸直的左手的拇指和四指的方向來判斷。圖1.10方法如圖1.10所示：當(dāng)通電導(dǎo)體置于磁場中時，把左手伸直，拇指和四指垂直，磁力線從掌心穿過（掌心向著磁場N極）四指所指是電流的方向，拇指就是通電導(dǎo)體作切割磁力線移動的方向，圖1.10所示中虛線箭

7、頭方向就是導(dǎo)體移動的方向。4、右手定則：判定導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線移動時，產(chǎn)生的感生電勢的方向。圖1.11在磁場中導(dǎo)體作切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生感生電勢，如果導(dǎo)通的外部連接成為一個閉合回路，那么切割磁力線的導(dǎo)體內(nèi)部就會形成電流，這個電流的方向與導(dǎo)體切割磁力線的方向有關(guān)。圖1.11所示；在圖1.11中磁力線從右手掌心穿過（手心面對N極），拇指的方向是導(dǎo)通切割磁力線移動的方向，四指的指向就是電流的方向（圖中電流表指示為正）。同樣；如果導(dǎo)體向拇指相反的方向移動，那么；導(dǎo)體內(nèi)部的電流方向則和四指所指向相反，圖4.12所示（圖中電流表的指示為負(fù)指針反相偏轉(zhuǎn)）。圖1.12左手定則；是判斷通電流

8、的導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線偏轉(zhuǎn)的方向，右手定則是判斷導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感生電流（電勢）的方向。我們根據(jù)圖1.10和圖1.12思考一個問題：如圖1.10所示；當(dāng)外加電源通過導(dǎo)體時導(dǎo)體向右邊發(fā)生偏轉(zhuǎn)并作切割磁力線的運動；電流和四指同方向，這個偏轉(zhuǎn)是因為外加電勢（電池）的電流引起的。在這個偏轉(zhuǎn)作切割磁力線移動的同時，顯然導(dǎo)體（切割磁力線的運動）內(nèi)部也會出現(xiàn)因切割磁力線運動而產(chǎn)生的感生電勢，圖1.12所示，顯然這時感生電勢的方向是和四指的方向相反的。通過圖1.10和圖1.12的顯示結(jié)果得出一個結(jié)論：在同一個導(dǎo)體中，外加電勢和感生電勢是相對抗的。外加電勢加強引起導(dǎo)體偏移的速度

9、和距離增大，該導(dǎo)體產(chǎn)生對抗的感生電勢也增大，對抗外加電勢引起電流增大的能力越強。在電感線圈中：外加電勢和感生電勢的關(guān)系；當(dāng)線圈不連接外加電勢時；線圈的內(nèi)部沒有磁場，也沒有感生電勢，圖1.13所示。當(dāng)外加電勢的正極和負(fù)極連接于線圈上時：外加電勢就會在線圈內(nèi)部形成電流，由于電流的產(chǎn)生，線圈內(nèi)就會產(chǎn)生磁場，磁場的產(chǎn)生（磁力線由外部一根一根的飛進(jìn)線圈內(nèi)部）；等效于線圈在切割這一根一根飛入的磁力線，線圈內(nèi)部就會因為切割磁力線而產(chǎn)生感生電勢，這個感生電勢和外加電勢也是對抗的（根據(jù)前節(jié)左右手定則的結(jié)論），圖1.14所示。此時外加電勢引起電流的上升；受到內(nèi)部產(chǎn)生的感生電勢的對抗；減低了上升的速度（上升一點，對

10、抗一點）呈鋸齒波形逐步上升，圖1.15所示，圖中上部是接通外加電勢的波形，下部是線圈內(nèi)部電流波形。這也就是CRT電視機的行偏轉(zhuǎn)線圈接在行輸出管的集電極，行輸出管工作在開關(guān)狀態(tài)，加在行偏轉(zhuǎn)線圈兩端的是方形波電壓，而行偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)部產(chǎn)生的是鋸齒波的原因。圖1.13圖1.14圖1.15當(dāng)外加電勢繼續(xù)接在線圈上，線圈上的電流會繼續(xù)逐步的上升，線圈內(nèi)部的磁力線密度（磁通）即會達(dá)到最大值，進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，由于磁力線進(jìn)入飽和狀態(tài)，即磁力線不再增加，圖1.16所示，磁力線的不再增加也就沒有了感生電勢產(chǎn)生（此時的感生電勢也就不再產(chǎn)生，對抗外加電勢的力量也就失去，外加電勢就會再沒有任何對抗的情況下，引起的電流會急劇

11、上升，出現(xiàn)危險的短路現(xiàn)象，這就是CRT電視機行頻低要燒行管的原因）。在電流接近最大值狀態(tài)時；流過線圈的電流維持著磁力線此存在（有電流就有磁場）。這是如果立即切斷外加電勢，圖1.17所示。圖1.16圖1.17外加電勢被切斷，線圈的電流也被迫切斷，此時賴以維持磁通密度的電流也失去了（沒有電流就沒有磁場），就好像一瞬間所有的磁力線都迅速的逃跑了，大量的磁力線在極短的時間飛出了線圈，線圈等于在極短時間切割了大量的磁力線，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在線圈內(nèi)部，就會產(chǎn)生極高的感生電勢，此感生電勢可以高出外加電勢幾倍幾十倍，并且由于是磁力線的飛出（和原來磁力線飛入相反）感生電勢方向是上負(fù)下正（和原來線圈電流增加時產(chǎn)生的感生電勢極性相反），圖1.18所示。這就是為什么在CRT電視機的行輸出電路中，行供電只有100多伏特，而行管的耐壓要選用1500伏特的原因（行管在截止的瞬間，行輸出內(nèi)部的磁通迅速消失，引起行輸出的線圈短時間內(nèi)切割大量磁力線產(chǎn)生極高的反向感生電勢，加在行管的集電極）。圖1.18結(jié)論：在電感線圈中；外加電勢和感生電勢始終是對抗的，外加電勢上升引起電流的上升，感生電勢對抗它的上升；外加電勢下降引起電流的下降，感生電勢對抗它的下降（此時感生電勢和外加電勢同方向）