感应电动势
在法拉第之前,人们就知道把磁针靠近 载流线圈磁针发生偏转,证明载流线圈周围 存在磁场,电能可能变为磁能。法拉第发现 磁可变电。他用线圈和磁铁做实验,线圈和 检流计连接,如图2-12。当磁铁插人线圈时检流计指针向右摆动,而且插入速度越快,指针 摆动的角度越大。在磁铁进人线圈后静止时,指针停止在检流计中间位置。反过来,当拔出 磁铁时,指针向左摆动,也是磁铁移动越快指针摆动角度越大。指针摆动反映电路中有电 流,也就证明在线圈两端存在电动势,它是由于磁场变化引起的,称为感应电动势。
由上述实验可知,获得大的感应电动势的条件是磁铁磁力强、磁铁移动快、线圈的匝数多。 而且还明确,如果磁铁不动,线圈相对磁铁移动,也可产生相同的感应电动势。归纳实验数据,法 拉第提出:感应电动势的瞬时(值的)绝对值,等于线圈的匝数和穿过线圈磁通变率的乘积,即
称为法拉第定律。式中N为线圈的匝数为穿过线圈截面的磁力线数,称为磁通(量)。令
称为线圈磁链(Wb)。于是,法拉第定律也可表述为:线圈两端的感应电动势的瞬时绝对值, 等于线圈磁链的变率,即
感应电动势不仅有大小,而且有方向。愣次提出:感应电动势的产生是为了反对产生它 的原因的变化,称为楞次定律。按照楞次定律,感应电动势的方向与磁链变率方向相反,在
为正时e为负值。
法拉第定律和楞次定律结合称为感应电动势定律,数学表达式为
它说明感应电动势反对磁链变化,其瞬时绝对值等于磁链的变率。
愣次定律实质上是能量不灭定律在具体情况下的应用。回顾图2-12,图中带箭头的线 表示磁力线,实线为磁铁的磁力线中;线圈中感应电流使线圈成为电磁体,虚线为它的磁力 线V。在磁铁向线圈移动时,如图2-12a所示,中与少反向,线圈的右端为N极,它反对 磁铁靠近。而在磁铁离开线圈时,如图2-12b所示,中’与中同向,线圈的右端改为S极,线 圈的磁力吸引磁铁,反对磁铁离开。因此,需加外力做功才能强制磁铁移动。结果是,耗用 机械能实现磁电感应产生电能,这也就是发电机发电原理。
在电路中感应电动势可能起两种作用:促使电流流动的动力作用;妨碍电流流动的抗力 作用。上述实验中,或变压器次级电路中,感应加热的物料中,感应电动势都起动力作用,由 它驱动的电流叫感应或感生电流。在靠电源供电的电路,感应电动势起着电抗作用,克服感 应电动势所需的电压,称为电感电压。