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電磁感應所産生的電流

生活 更新时间:2024-07-22 00:19:29

電在生活中無處不在,有用化學能轉化為電能的電池,有用重力勢能轉化為電能的發電站,有用柴油燃燒産生的電能的柴油發電機,在生活中,能轉化為電能的裝置真的是太多太多了。然而,在大型發電的場所離不開金屬導體與磁體的身影。那麼,導體感應出電流的本質是什麼呢?

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)1

很多對科學着迷的人接觸磁生電的過程之初,它們都認為隻要導體作切割磁感線的運動,導體中就有電流的産生。然而,随着人們認識的不斷加深,認為導體在磁場中不僅要切割磁感線,而且導體還要在一個閉合的回路中。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)2

因為導體沒有連在閉合回路中做切割磁感線運動時,導體兩端隻會産生電動勢,隻有将導體接到回路中後,才有電流的産生。這就好比一個幹電池,當它不接入電路中時,它兩端的電壓就等于它的電動勢,而它的内部是沒有電流通過的。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)3

當把幹電池接入電路中後,它的内部就會有電流通過,通過幹電池的電流大小I=E/(R r),其中E為幹電池的電動勢,R為外電路中的總電阻,r為幹電池的内阻。但是,幹電池在放電的過程中就會消耗掉化學能,因此,幹電池的使用壽命一般不長。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)4

為了産生更加清潔和持久耐用的電能,偉大的物理學家法拉第通過十幾年的電與磁方面的研究,終于獲得了突破性的進展。在法拉第生活的年代,交流電是沒有誕生的,那時的直流電大行其道。法拉第開始在一個圓環的兩端繞上細銅線,然後将一端的細銅線通上直流電。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)5

接着把圓環上的另一端線圈接在電流表上,起初,法拉第盯着電流表看了許久也沒發現電流表的指針有所偏轉,直到法拉第關閉電源的瞬間,他觀察到了電流表上的的指針發生了偏轉,也就是說,圓環上的另一個線圈在通電線圈産生的磁場變化的一瞬間感應出了電流。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)6

針對這個現象,我們注意到了,金屬導體并沒有做切割磁感線的運動,而金屬導體中就能感應出電流。這個現象,用初中的物理知識是無法解釋的。後來,在人們的研究下,終于發現了金屬導體在磁場中感應出電流的本質,那就是金屬處在的磁場中,通過金屬導體的磁通量發生了變化。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)7

磁場的磁通量等于磁場的磁感應強度B與處在磁場中,磁感線通過一個平面S的乘積,即φ=BS。在切斷電源的一瞬間,連着電流表的線圈之所感應到了電流,是因為連着電源的線圈産生的磁場,在瞬間磁感應強度B發生了變化,在後來的實際應用中,人們就發明了變壓器。

電磁感應所産生的電流(導體感應出電流的本質是什麼呢)8

通過上面的描述,也就是說,當磁場的磁通量發生了變化,那麼處在磁場周圍的導體就很有很可能被感應出電流,而改變磁場磁通量的方法有很多,例如改變平面S的大小,改變磁感應強度B的大小和方向等等。

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改變電阻的大小

說了這麼多,現在來鞏固一下電磁感應現象。在一個勻強的磁場裡,有一個長方形的銅環不斷切割磁感線運動,在長方形的銅環上引出兩條導線,把兩條導線連在電流表上,那麼電流表上的指針會發生偏轉嗎?

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磁鐵上下運動就會感應出電流

如果您有興趣,可以自己動手做一下。但是,電流表上的指針能否發生偏轉是可以用理論知識加以判斷的。隻要長方形的圓環一直在磁場中運動(不包括它即将離開磁場的瞬間),那麼電流表的指針是不會有絲毫的偏轉。

根據磁通量φ=BS可知,勻強磁場的B沒有變化,長方形環的面積S也沒有發生變化,即使長方形銅環一直在做切割磁感線運動,隻要通過長方形銅環的磁通量φ沒有發生變化,那麼銅環就不可能感應出電流。

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