电磁感应定律也叫法拉第电磁感应定律,电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象,例如,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,产生的电流称为感应电流,产生的电动势(电压)称为感应电动势。
电磁感应定律中电动势的方向可以通过楞次定律或右手定则来确定。右手定则内容:伸平右手使拇指与四指垂直,手心向着磁场的N极,拇指的方向与导体运动的方向一致,四指所指的方向即为导体中感应电流的方向(感应电动势的方向与感应电流的方向相同)。楞次定律指出:感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化。简而言之,就是磁通量变大,产生的电流有让其变小的趋势;而磁通量变小,产生的电流有让其变大的趋势。
感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;$e(t)=-n(dΦ)/(dt)$。对动生的情况也可用$E=BLv$来求。
感应电流产生的条件:
1.电路是闭合且通的;
2.穿过闭合电路的磁通量发生变化。
(若缺少一个条件,就不会有感应电流产生)。
感应电动势
要使闭合电路中有电流,这个电路中必须有电源,因为电流是由电源的电动势引起的。在电磁感应现象里,既然闭合电路里有感应电流,那么这个电路中也必定有电动势,在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势,常用符号 表示。
感应电动势的种类分为动生电动势和感生电动势。
动生电动势
动生电动势是因为导体自身在磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势,其方向用右手定则判断,使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内,把右手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,大拇指指向导体运动方向,则其余四指指向动生电动势的方向。动生电动势的方向与产生的感应电流的方向相同。右手定则确定的动生电动势的方向符合能量转化与守恒定律。
产生动生电动势的那部分做切割磁力线运动的导体就相当于电源。
理论和实践表明,长度为$l$的导体,以速度v在磁感应强度为B的匀强磁场中做切割磁感应线运动时,在 B,L,v互相垂直的情况下,导体中产生的感应电动势的大小为:$ε=BLv$ ,式中的单位均应采用国际单位制,即伏特、特斯拉、米/每秒。
当一段导体在匀强磁场中做匀速切割磁感线运动时,不论电路是否闭合,感应电动势的大小只与磁感应强度B、导体长度L、切割速度v及v和B方向的夹角θ的正弦值成正比,即$E=BLvsinθ$
感生电动势
感生电动势是因为穿过闭合线圈的磁场强度发生变化产生涡旋电场导致电流定向运动,其方向符合楞次定律。右手拇指指向磁场变化的反方向,四指握拳,四指方向即为感应电动势方向。
感生电动势的大小跟穿过闭合电路的磁通量改变的快慢有关系,大小为$E=\frac{ΔΦ}{Δt}$:
当穿过某一不闭合线圈的磁通量发生变化时,线圈中虽无感应电流,但感应电动势依旧存在。
在导体棒不切割磁感线时,但闭合回路中有磁通量变化时,同样能产生感应电流。
电磁感应公式
电路回路里面若不计内阻:$E=IR_总$
若计内阻:$E=I(r+R)$
电磁感应里:1,计算平均电动势的通式:$E=n\Delta \Phi/\Delta t$ n是线圈匝数,$\Delta \Phi/\Delta t$磁通量变化率
2,导体杆垂直切割磁感线杆两端的电动势$E= BLv$
3,杆旋转平面与磁场垂直两端的电动势$E=BL^2ω/2$ (ω指杆的角速度)
4,线圈在磁场中绕垂直磁场的的轴转动产生交流电的通式:$E=NBSωsinωt$,中性面开始计时
或$E=NBSωcosωt$,线圈平面平行磁场开始计时。
计算感应电动势时总电动势等于感生电动势与动生电动势之和
导线做切割磁感线运动产生动生电动势$E_1=BLv$
闭合电路磁通量发生变化产生感应电动势 $E_2=n \Delta Φ/ \Delta t$
总电动势$E=E_1+E_2$
当感生电动势与动生电动势方向相同时二者直接相加;当感生电动势与动生电动势方向相反时二者直接相减,方向和电动势的值大的方向相同。
电磁感应电动势本身分为动生电动势和感生电动势.
这两个电动势产生的原理是不同的,高中教材中有讲到.
实际上,在任何问题中,都是二者之和,只不过一般只存在一个.
$E=nS \Delta B/ \Delta t+nB \Delta S/ \Delta t$,前者是感生,后者是动生.
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