磁的电流效应的发现——法拉第电磁感应定律
楞次定律可以定性的描述磁生电的现象,但只是描述了产生电流这个事实,那么电流从何而来?又是谁第一个开始定量的描述这一现象呢?今天我们就来一起看一看。
法拉第告诉我们感应电流是由于磁通量(磁通量的描述见前面)变化产生了感应电动势而产生的,并且感应电动势的大小可以定量描述,即感应电动势e(t) = -n(dΦ)/(dt),按照高中课本的描述是ε=n△φ/△t。其中ε为感应电动势,n为线圈匝数,△φ磁通量的变化,△t为磁通量变化所需要的时间。
由于磁通量φ=BS,那么感应电动势就有两种类型,一种是面积在变,称之为动生电动势,本质上是洛伦兹力的分力做功,在导体棒切割磁力线运动时,也可以用E=BLVsinθ,(θ为电流与BV平面的夹角),L为导体棒的长度求解,一种是磁感应强度在变,称之为感生电动势。
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)。
注意:磁通量的变化可以产生感应电动势,但是感应电动势产生的真正原因是洛伦兹力分力做功,所以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,感应电动势均会产生。或者说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。所以我们可以说,磁通量只针对B和S,S是指定的一个面,这个面究竟是闭合线圈还是不闭合线圈,与计算磁通量没关系;甚至,有没有这个线圈,都不影响计算。
而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)。
有些物理学家注意到法拉第定律是一条描述两种现象的方程:由磁力在移动中的电线中产生的动生电动势,及由磁场转变而成的电力所产生的感生电动势。这确实是一个了不起的贡献。