一電磁感應(yīng)的定義

　　電磁感應(yīng)(Electromagnetic induction)現(xiàn)象是指放在變化磁通量中的導(dǎo)體，會產(chǎn)生電動勢。此電動勢稱為感應(yīng)電動勢或感生電動勢，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動勢會驅(qū)使電子流動，形成感應(yīng)電流(感生電流)。

二電磁感應(yīng)的簡介

　　電磁感應(yīng)是指因為磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，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(nèi)在聯(lián)系，而且為電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化奠定了實驗基礎(chǔ)，為人類獲取巨大而廉價的電能開辟了道路，在實用上有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著一場重大的工業(yè)和技術(shù)革命的到來。事實證明，電磁感應(yīng)在電工、電子技術(shù)、電氣化、自動化方面的廣泛應(yīng)用對推動社會生產(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(yīng)的基本概念

01磁通量

　　設(shè)在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，磁場的磁感應(yīng)強度為B，平面的面積為S。

　　定義：在勻強磁場中，磁感應(yīng)強B與垂直磁場方向的面積S的乘積，叫做穿過這個面的磁通量。

　　公式：Φ=BS

　　當(dāng)平面與磁場方向不垂直時：

　　Φ=BS⊥=BSsinθ(θ為兩個平面的二面角)

02物理意義

　　穿過某個面的磁感線條數(shù)表示穿過這個面的磁通量。

　　單位：在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡稱韋，符號是Wb。

　　1Wb=1T·1m2=1V·s。

03電磁感應(yīng)現(xiàn)象

　　電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

　　感應(yīng)電流：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流。

　　產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件：

　　兩種不同表述

　　a.閉合電路中的一部分導(dǎo)體與磁場發(fā)生相對運動

　　b.穿過閉合電路的磁場發(fā)生變化

　　兩種表述的比較和統(tǒng)一

　　a.兩種情況產(chǎn)生感應(yīng)電流的根本原因不同

　　閉合電路中的一部分導(dǎo)體與磁場發(fā)生相對運動時，是導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起運動，受到的洛倫茲力的一個分力使自由電子發(fā)生定向移動形成電流，這種情況產(chǎn)生的電流有時稱為動生電流。

　　穿過閉合電路的磁場發(fā)生變化時，根據(jù)電磁場理論，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，電場使導(dǎo)體中的自由電子定向移動形成電流，這種情況產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流或感生電流。

　　b.兩種表述的統(tǒng)一

　　兩種表述可統(tǒng)一為穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

　　產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件

　　不論用什么方法，只要穿過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(dǎo)體 ; c.做切割磁感線運動

　　能量的轉(zhuǎn)化

　　能的轉(zhuǎn)化守恒定律是自然界普遍規(guī)律，同樣也適用于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

　　感應(yīng)電動勢

　　定義：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢，叫做感應(yīng)電動勢。方向是由低電勢指向高電勢。

　　產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件：穿過回路的磁通量發(fā)生變化。

　　物理意義：感應(yīng)電動勢是反映電磁感應(yīng)現(xiàn)象本質(zhì)的物理量。

　　方向規(guī)定：內(nèi)電路中的感應(yīng)電流方向，為感應(yīng)電動勢方向。

　　反電動勢：在電動機轉(zhuǎn)動時，線圈中也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個感應(yīng)電動勢總要削弱電源電動勢的作用，這個電動勢稱為反電動勢。

四電磁感應(yīng)的科技應(yīng)用

01動圈式話筒

　　在劇場里，為了使觀眾能聽清演員的聲音，常常需要把聲音放大，放大聲音的裝置主要包括話筒，擴音器和揚聲器三部分。話筒是把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置。當(dāng)聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈(叫做音圈)隨著一起振動，音圈在永久磁鐵的磁場里振動，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流(電信號)，感應(yīng)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(nèi)話筒、磁帶、錄放磁頭、放大電路、揚聲器、傳動機構(gòu)等部分組成，錄音時，聲音使話筒中產(chǎn)生隨聲音而變化的感應(yīng)電流——音頻電流，音頻電流經(jīng)放大電路放大后，進(jìn)入錄音磁頭的線圈中，在磁頭的縫隙處產(chǎn)生隨音頻電流變化的磁場。磁帶緊貼著磁頭縫隙移動，磁帶上的磁粉層被磁化，在磁帶上就記錄下聲音的磁信號。

　　放音是錄音的逆過程，放音時，磁帶緊貼著放音磁頭的縫隙通過，磁帶上變化的磁場使放音磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的變化跟記錄下的磁信號相同，所以線圈中產(chǎn)生的是音頻電流，這個電流經(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磁頭完成的，錄音時磁頭與話筒相連;放音時磁頭與揚聲器相連。

03汽車車速表

　　汽車駕駛室內(nèi)的車速表是指示汽車行駛速度的儀表。它是利用電磁感應(yīng)原理，使表盤上指針的擺角與汽車的行駛速度成正比。車速表主要由驅(qū)動軸、磁鐵、速度盤，彈簧游絲、指針軸、指針組成。其中永久磁鐵與驅(qū)動軸相連。在表殼上裝有刻度為公里/小時的表盤。

　　一部分磁感線將通過速度盤，磁感線在速度盤上的分布是不均勻的，越接近磁極的地方磁感線數(shù)目越多。當(dāng)驅(qū)動軸帶動永久磁鐵轉(zhuǎn)動時，則通過速度盤上各部分的磁感線將依次變化，順著磁鐵轉(zhuǎn)動的前方，磁感線的數(shù)目逐漸增加，而后方則逐漸減少。由法拉第電磁感應(yīng)原理知道，通過導(dǎo)體的磁感線數(shù)目發(fā)生變化時，在導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流。又由楞次定律知道，感應(yīng)電流也要產(chǎn)生磁場，其磁感線的方向是阻礙(非阻止)原來磁場的變化。用楞次定律判斷出，順著磁鐵轉(zhuǎn)動的前方，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁感線與磁鐵產(chǎn)生的磁感線方向相反，因此它們之間互相排斥;反之后方感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁感線方向與磁鐵產(chǎn)生的磁感線方向相同，因此它們之間相互吸引。由于這種吸引作用，速度盤被磁鐵帶著轉(zhuǎn)動，同時軸及指針也隨之一起轉(zhuǎn)動。

　　為了使指針能根據(jù)不同車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(dāng)速度盤轉(zhuǎn)過一定角度時，游絲被扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生相反的力矩，當(dāng)它與永久磁鐵帶動速度盤的力矩相等時，則速度盤停留在那個位置而處于平衡狀態(tài)。這時，指針軸上的指針便指示出相應(yīng)的車速數(shù)值。

　　永久磁鐵轉(zhuǎn)動的速度和汽車行駛速度成正比。當(dāng)汽車行駛速度增大時，在速度盤中感應(yīng)的電流及相應(yīng)的帶動速度盤轉(zhuǎn)動的力矩將按比例地增加，使指針轉(zhuǎn)過更大的角度，因此車速不同指針指出的車速值也相應(yīng)不同。當(dāng)汽車停止行駛時，磁鐵停轉(zhuǎn)，彈簧游絲使指針軸復(fù)位，從而使指針指在“0”處。

04電動機

　　發(fā)電機可以“反過來”運作，成為電動機。例如，用法拉第碟片這例子，設(shè)一直流電流由電壓驅(qū)動，通過導(dǎo)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B的力，而這股力會按佛來明左手定則訂下的方向來轉(zhuǎn)動碟片。在沒有不可逆效應(yīng)(如摩擦或焦耳熱)的情況下，碟片的轉(zhuǎn)動速率必需使得dΦB/dt等于驅(qū)動電流的電壓。

05變壓器

　　法拉第定律所預(yù)測的電動勢，同時也是變壓器的運作原理。當(dāng)線圈中的電流轉(zhuǎn)變時，轉(zhuǎn)變中的電流生成一轉(zhuǎn)變中的磁場。在磁場作用范圍中的第二條電線，會感受到磁場的轉(zhuǎn)變，于是自身的耦合磁通量也會轉(zhuǎn)變(dΦB/dt)。因此，第二個線圈內(nèi)會有電動勢，這電動勢被稱為感應(yīng)電動勢或變壓器電動勢。如果線圈的兩端是連接著一個電負(fù)載的話，電流就會流動。

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