電磁感應(yīng)的原理

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(gè)電生磁的實(shí)例圖1.1圖1.2在一只鐵釘上面用導(dǎo)線繞了一個(gè)線圈，當(dāng)把線圈的兩端分別連接在一個(gè)電池的正極和負(fù)極時(shí)，電流就會(huì)經(jīng)由線圈流過(guò)，這時(shí)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(shí)把連接于電池的導(dǎo)線取消, 流過(guò)線圈的電流被切斷，鐵屑有都離開鐵釘，掉落下來(lái)，鐵釘又失去了磁性,圖1.2所示。因?yàn)榫€圈有電流流過(guò)而產(chǎn)生了磁性，因?yàn)榫€圈的電流被切斷停止了電流的流過(guò)，又失去了磁性，這就是電生磁的現(xiàn)象。圖1.3既然導(dǎo)體流過(guò)電流就能產(chǎn)生磁，那么電流流動(dòng)的方向和磁極（N極S極）的方向有什么關(guān)系呢

2、？。在電工原理的概念中，有一個(gè)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(lái)判斷磁場(chǎng)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(lái)判斷磁場(chǎng)的 方向: 圖 1.3 所示；這是一個(gè)閉合的回路，圖中電流由電池的正極經(jīng)過(guò)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(chǎng) 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(huì)產(chǎn)生以導(dǎo)線為圓心的同心圓磁場(chǎng)，圖 1.5 所示。這個(gè)直導(dǎo)

3、線流過(guò)電流的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向也可以采用右手握拳，拇指 伸直這種手的形態(tài)來(lái)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(chǎng)的方向。圖 1.5圖 1.6 結(jié)論：導(dǎo)體通過(guò)電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且磁場(chǎng)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(jī)的構(gòu)造原理圖；圖 1.7 圖 1.8在圖 1.7 中，中間有標(biāo)有 NS 極的是一個(gè)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(chǎng)磁力線的分布 圖。在圓形永久磁鐵的兩邊分別有兩個(gè)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(chǎng)中；磁力線從線圈中穿過(guò)。線圈

4、的兩端連接一只 燈泡，形成一個(gè)閉合的回路。圓形永久磁鐵是可以旋轉(zhuǎn)的，可以在自行車車 輪的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)；圖 1.9 所示。當(dāng)永久磁鐵不旋轉(zhuǎn)時(shí)；雖然線圈也作用于磁場(chǎng)之中，磁力線穿過(guò)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(dòng)；車燈是不會(huì)亮的。 當(dāng)自行車在騎行時(shí)；車輪帶動(dòng)永久磁鐵旋轉(zhuǎn)；永久磁鐵磁場(chǎng)的磁力線也隨之 旋轉(zhuǎn)，此時(shí)永久磁鐵傍邊的線圈等于在不停的切割磁力線，此時(shí)燈泡也開始 點(diǎn)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(gè)自行車發(fā)電機(jī)的工作原理說(shuō)明了如下問(wèn)題；（1） 導(dǎo)體切割磁力線導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，如果導(dǎo)體是閉合回路；這個(gè) 電勢(shì)就會(huì)形成電流。（ 2）

5、 導(dǎo)體切割磁力線的速度越快（永久磁鐵在車輪的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)越快） ； 電勢(shì)就越高，如果是閉合回路內(nèi)部的電流也就越大（燈泡越亮） 。 注：這個(gè)因?yàn)榍懈畲帕€而產(chǎn)生的電勢(shì)就叫： “感生電勢(shì)”（感生電勢(shì)就是因 為電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電勢(shì)） 。結(jié)論：導(dǎo)體切割磁力線就會(huì)產(chǎn)生感生電勢(shì)，這就是磁生電的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 磁力線和線圈相對(duì)的變化速度越快感生電勢(shì)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(shì)與導(dǎo)體周圍磁通的變化率成正比。圖 1.9 通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，引入兩個(gè)名詞：外加電勢(shì)，感生電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)） 。 外加電勢(shì)：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(shì)， 例如圖 1.1 中的電池

6、產(chǎn)生的電壓。感生電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)） ：導(dǎo)體或者線圈和磁力線（磁場(chǎng)）相對(duì)（切割磁力線 運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)（因“磁” ）而產(chǎn)生的電勢(shì)，稱為感生電勢(shì)或感應(yīng)電 勢(shì)。3、左手定則：判定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中偏移的方向。 前面已經(jīng)講到；導(dǎo)體在通電時(shí)，周邊就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。那么把這個(gè)通以電流具 有磁場(chǎng)的導(dǎo)體，放置于另外一個(gè)恒定的磁場(chǎng)之中，由于兩個(gè)磁場(chǎng)之間的吸引 和排斥作用，就會(huì)帶動(dòng)這個(gè)導(dǎo)體的位置發(fā)生偏移（移動(dòng)） 。前面談到由于磁 場(chǎng)的方向和電流的方向有關(guān)，所以導(dǎo)體流過(guò)電流的方向，也決定了這個(gè)導(dǎo)體 在磁場(chǎng)中偏移的方向， 這個(gè)方向可以用伸直的左手的拇指和四指的方向來(lái)判 斷。圖 1.10方法如圖 1.10 所示： 當(dāng)通電導(dǎo)

7、體置于磁場(chǎng)中時(shí)，把左手伸直，拇指和四指垂直，磁力線從掌心穿 過(guò)（掌心向著磁場(chǎng)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(dòng)的方向，圖 1.10 所示中虛線箭頭方向就是導(dǎo)體移動(dòng)的方向。4、右手定則：判定導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感生電勢(shì)的 方向。圖 1.11 在磁場(chǎng)中導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生感生電勢(shì)，如果導(dǎo)通 的外部連接成為一個(gè)閉合回路，那么切割磁力線的導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)形成電流， 這個(gè)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(guò)（手心面對(duì) N 極），拇指的方向是導(dǎo)通切割磁力線移 動(dòng)的方向，四指的指向就是

8、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(dòng)，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?lè)聪嗥D(zhuǎn)） 。圖 1.12 左手定則；是判斷通電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)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(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感生電流 （電勢(shì)）的方向。我們根據(jù)圖 1.10 和圖 1.12 思考一個(gè)問(wèn)題：如圖 1.10 所示；當(dāng)外加電源通過(guò)導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體向右邊發(fā)生偏轉(zhuǎn)并作切割磁力 線的運(yùn)動(dòng)；電流和四指同方向，這個(gè)偏轉(zhuǎn)是因?yàn)橥饧与妱?shì)（電池）的電流引 起的。在這個(gè)偏轉(zhuǎn)作切割磁力線移動(dòng)的同時(shí)，顯然導(dǎo)體（切割磁力線的運(yùn)動(dòng)

9、）內(nèi)部 也會(huì)出現(xiàn)因切割磁力線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感生電勢(shì)，圖 1.12 所示，顯然這時(shí)感 生電勢(shì)的方向是和四指的方向相反的。 通過(guò)圖 1.10 和圖 1.12 的顯示結(jié)果得 出一個(gè)結(jié)論： 在同一個(gè)導(dǎo)體中，外加電勢(shì)和感生電勢(shì)是相對(duì)抗的。外加電勢(shì) 加強(qiáng)引起導(dǎo)體偏移的速度和距離增大，該導(dǎo)體產(chǎn)生對(duì)抗的感生電勢(shì)也增大， 對(duì)抗外加電勢(shì)引起電流增大的能力越強(qiáng)。在電感線圈中：外加電勢(shì)和感生電勢(shì)的關(guān)系； 當(dāng)線圈不連接外加電勢(shì)時(shí)； 線圈的內(nèi)部沒(méi)有磁場(chǎng)， 也沒(méi)有感生電勢(shì)， 圖 1.13 所示。當(dāng)外加電勢(shì)的正極和負(fù)極連接于線圈上時(shí)： 外加電勢(shì)就會(huì)在線圈內(nèi)部形成電 流，由于電流的產(chǎn)生，線圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的產(chǎn)生（磁力線由外

10、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(huì)因?yàn)榍懈畲帕€而產(chǎn)生感生電勢(shì)， 這個(gè)感生電勢(shì)和外加電勢(shì)也是 對(duì)抗的（根據(jù)前節(jié)左右手定則的結(jié)論） ，圖 1.14 所示。此時(shí)外加電勢(shì)引起電 流的上升；受到內(nèi)部產(chǎn)生的感生電勢(shì)的對(duì)抗； 減低了上升的速度 （上升一點(diǎn)， 對(duì)抗一點(diǎn)）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(shì) 的波形，下部是線圈內(nèi)部電流波形。這也就是 CRT電視機(jī)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

11、加電勢(shì)繼續(xù)接在線圈上，線圈上的電流會(huì)繼續(xù)逐步的上升，線圈內(nèi)部的 磁力線密度（磁通）即會(huì)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(méi)有了 感生電勢(shì)產(chǎn)生（此時(shí)的感生電勢(shì)也就不再產(chǎn)生，對(duì)抗外加電勢(shì)的力量也就失 去，外加電勢(shì)就會(huì)再?zèng)]有任何對(duì)抗的情況下，引起的電流會(huì)急劇上升，出現(xiàn) 危險(xiǎn)的短路現(xiàn)象，這就是 CRT電視機(jī)行頻低要燒行管的原因）。 在電流接近最大值狀態(tài)時(shí)；流過(guò)線圈的電流維持著磁力線此存在（有電流就 有磁場(chǎng)）。這是如果立即切斷外加電勢(shì)，圖 1.17 所示。圖 1.16圖 1.17外加電勢(shì)被切斷，線圈的電流也被迫切斷，此時(shí)賴以維

12、持磁通密度的電流也 失去了（沒(méi)有電流就沒(méi)有磁場(chǎng)） ，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(shí)間飛出了線圈，線圈等于在極短時(shí)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(huì)產(chǎn)生極高的感生 電勢(shì)，此感生電勢(shì)可以高出外加電勢(shì)幾倍幾十倍，并且由于是磁力線的飛出 （和原來(lái)磁力線飛入相反）感生電勢(shì)方向是上負(fù)下正（和原來(lái)線圈電流增加 時(shí)產(chǎn)生的感生電勢(shì)極性相反），圖1.18所示。這就是為什么在CRT電視機(jī)的 行輸出電路中，行供電只有 1 00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(shí)間內(nèi)切割大量磁力線產(chǎn)生極高的反向感生電勢(shì)，加在行管的集電極） 。圖 1.18結(jié)論： 在電感線圈中；外加電勢(shì)和感生電勢(shì)始終是對(duì)抗的，外加電勢(shì)上升引起 電流的上升，感生電勢(shì)對(duì)抗它的上升；外加電勢(shì)下降引起電流的下降，感生 電勢(shì)對(duì)抗它的下降（此時(shí)感生電勢(shì)和外加電勢(shì)同方