電磁感應,即磁生電現象。
一、電磁感應現象
1、磁通量
設在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面,磁場的磁感應強度為B,平面的面積為S,則磁感應強度B與面積S的乘積,叫穿過這個面的磁通量。
Φ=BS
磁通量單位:韋伯(韋),符号Wb
1Wb=1T*1m²=1V*S
2、電磁感應現象
閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時,電路中會産生電流。
實質:隻要穿過閉合電路的磁通量發生變化,閉合電路中就有電流産生。這種利用磁場産生電流的現象叫電磁感應,産生的電流叫感應電流。
如果閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動,但是穿過閉合電路的磁通量并沒有發生變化,那麼電路中沒有電流 。
二、法拉第電磁感應定律——感應電動勢的大小
要使閉合電路中有電流,電路中必須有電源,電流是由電源的電動勢産生的。在電磁感應現象中,既然閉合電路中有感應電流,這個電路中就一定有電動勢。電路斷開時,雖然沒有感應電流,電動勢依然存在。在電磁感應現象中産生的電動勢叫感應電動勢。
如圖所示,把矩形線框abcd放在磁感應強度為B的勻強磁場裡,線框平面跟磁感線垂直。設線框可動部分ab長度為L,以速度v向右運動,則感應電動勢為
E=BLv
說明:
①此式僅适用于導體中各點以相同速度在勻強磁場中切割磁感線情況,并且L、v必須與B兩兩垂直。
②如果直導線與v、B不兩兩垂直,則應取L、v、B相垂直的分量。可見,當L、v、B兩兩垂直時,感應電動勢最大,當有任意兩個量的方向互相平行時,感應電動勢為零。
③若v為一段時間的平均值,則E是這段時間内的平均感應電動勢。若v為瞬時速度,則E為相應的瞬時感應電動勢。
④若導體轉動切割磁感線,則産生的感應電動勢為
E=1/2*BL²ω
ω為轉動角速度。
⑤如上圖,如果導線的運動方向跟導線本身垂直,但跟磁感線方向有一個夾角θ,可把速度v分解成兩個分量:垂直于磁感線的分量v₁=vsinθ和平行于磁感線的分量v₂=vcosθ,後者不切割磁感線,不産生感應電動勢。前者切割磁感線,産生的感應電動勢為E=BLv₁,所以
E=BLvsinθ
公式E=BLvsinθ
三、楞次定律———感應電流的方向
1、楞次定律:
感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。
理解:
當磁鐵移近或插入線圈時,穿過線圈的磁通量增加,這時感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相反,阻礙磁通量的增加(如下圖甲);當磁鐵離開線圈或從中拔出時,穿過線圈的磁通量減少,這時感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相同,阻礙磁通量的減少(如下圖乙)。
此類問題的判斷方法可理解為阻礙相對運動。即産生的感應電流的磁場總是阻礙磁鐵的運動(同名磁極相排斥,異名磁極相吸引),由此判斷感應電流的磁場的南北極,從而判斷感應電流的方向。
♥如果磁通量的變化是由導體切割磁感線引起的,感應電流的方向與磁感線方向、導體運動方向三者的關系可由右手定則來判斷:
伸開右手,讓拇指跟其餘四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,讓磁感線垂直從手心進入,拇指指向導體運動的方向,其餘四指指的就是感應電流的方向。
如下圖:
右手定則可以看作是楞次定律的特殊情況。
四、自感
①自感現象:由于導體本身的電流發生變化而産生的電磁感應現象,叫自感現象。在自感現象中産生的感應電動勢,叫自感電動勢。這個電動勢總是阻礙導體中原來電流變化。
②自感電動勢方向:自感電動勢方向總是阻礙導體中原來電流的變化,當原來電流在增大時,自感電動勢與原來電流方向相反;當原來電流在減小時,自感電動勢與原電流方向相同。
③自感系數:自感電動勢與導體中電流的變化率成正比,比例恒量即為自感系數,它由線圈本身特性決定。線圈越長,單位長度上匝數越多,截面積越大,它的自感系數就越大。線圈增加了鐵芯,自感系數也會增大。
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