电磁感应 什么是电磁感应原理

电和磁就像一对形影不离的恋人，它们形影不离又相互交融。可以说没有磁学就没有现代电学技术的发展，所以电学的研究离不开磁学的研究。

在上次的学习分享中，我们主要学习了磁性的一些概念和物理量。在了解什么是磁性的前提下，这次我们来学习一些电磁结合的基础知识。

在#电工基础#课程中，曹老师用各种实例、理论和习题详细讲解了电磁感应的很多知识，目的是让学生更好地理解电和磁的关系。

在这里，我将跟随曹先生的思路，与您逐一研究。

发电有多种形式，但我们熟悉的是摩擦起电和电磁感应。摩擦起电产生的电大多在一眨眼之间，通过电磁感应产生电能是现代的主流。

1820年奥斯特发现电流的磁效应使电磁学的研究从电磁分离跃升到电磁互连的研究阶段，随后在1831年法拉第发现了电磁感应及其规律。电磁感应，简单来说就是电磁或电磁现象。静止电荷周围有静电场，而运动电荷周围不仅有电场，还有磁场。

奥斯特发现电磁学的联系后，法国物理学家发现载流导线附近的磁场和电流的流动方向I服从右手螺旋定律，也称为安培定律，即右手握住直导线，拇指指向电流方向，四指弯曲的方向即为磁场方向；对于圆形电流，如通电螺线管，拇指指向磁场方向，四指弯曲方向表示电流方向。

图18-1分别表示载流导线和载流螺线管的磁场与电流的方向关系。

图18-1图18-1

从上次的学习和分享中，我们知道同性相斥，异性相吸。同样，根据电磁感应现象，两根载流导线之间或两个通电螺线管之间也会产生强大的效应。

右手螺旋法则不同于右手螺旋法则。右手螺旋法则用于判断感应电动势的方向，而右手螺旋法则用于判断磁场的方向。它们本质上是不同的。

结合我们上次学习的磁学知识，我们也可以从图18-1中发现，磁感线是闭合曲线，它们不会相交，因为磁场中某一点的磁感应强度的方向是确定的。如果它们相交，显然与只有一个方向的性质相矛盾。

通电螺线管激发的磁场与条形磁铁的磁场明显相似，因此我们可以很快得出结论:线圈两端磁极处的磁感应强度最大，其方向是从线圈内部的南极到北极，然后从北极出来，通过线圈外部沿一定路径返回南极。

如果有兴趣，也可以自己做一个小实验，自己做一个小线圈，然后在其周围放置一个小磁针，通电后观察磁针的旋转方向，如图18-2所示；或者在线圈周围撒上铁粉，观察铁粉的分布。

事实上，法国物理学家安培也发现，放置在磁体附近的载流导线会在力的作用下移动，并且载流导线之间也存在相互作用，并总结出两个电流之间的力和两个磁体之间的力遵循类似的规律，如图18-3所示。

法拉第在1831年发现了电磁感应现象及其基本规律，揭示了电和磁之间的内在联系。通过实验，他将检流计与线圈连接起来形成一个回路，这样条形磁铁就可以快速地插入和拔出线圈。他发现检流计会偏转，在“插入”和“拔出”的情况下偏转方向相反，而磁铁仍在线圈中，检流计没有偏转。

这表明感应电流的产生与线圈回路中磁场随时间的变化有关，如图18-4左侧所示。如图18-4右侧所示，将一个具有正交磁感应线的导体框架置于均匀恒定的磁场中。当导体L左右滑动时，连接到回路的检流计也会偏转。此时，磁体之间的磁场没有变化，但由于线圈包围的面积变化，通过导体框架的磁通量发生了变化。

综上所述，表明只要穿过导线或线圈的磁通量发生变化（包括大小的变化），就会在导线或线圈中感应出电动势。当感应电动势与外部电路连接形成闭合回路时，电流将在回路中流动。这种现象被称为电磁感应。

这种由磁通量变化引起的电动势称为感应电动势。感应电流只存在于导线或线圈与外部电路形成闭合回路时，无论回路是否闭合，感应电动势都存在。

显然，如果导线在磁场中切割磁感应线，就会在导线中产生感应电动势。感应电动势的大小与磁感应强度B、导体的长度L和导体切割磁感线的速度V有关，其大小为E=Blv，如下图18-5所示。

图18-5所示公式的前提是，在均匀磁场B中，导体ab以速度V沿垂直于B的方向运动..当导体的运动方向与B方向不垂直时，其感应电动势E=Blvsinθ，其中θ为磁力线与速度方向的夹角。

感生电动势的方向可以用右手定则来确定，即伸出右手，使拇指与其他四指垂直，且都与手掌处于同一平面；让磁感线从手掌进入，并使拇指指向导线运动的方向。此时，四个手指所指的方向就是感应电动势的方向。

1845年，德国物理学家纽曼在法拉第工作的基础上推导出法拉第电磁感应定律的定量表达式，可表示为:当与导体回路相交的磁通量发生变化时，导体将产生感应电动势，导体回路中感应电动势E的大小与通过回路的磁通量φ对时间dφ/dt的变化率成正比，即感应电动势的大小为e =-δ φ/δ T .该公式仅适用于单匝线圈组成的电路。

产生感应电动势的闭合回路必然会流过感应电流，其方向与感应电动势的方向一致。这个方向可以根据楞次定律来判断，即闭环中感应电流的方向总是使自身产生的磁通量阻碍闭环中原始磁通量（引起感应电流的磁通量）的变化。

简单来说，就是同增同减，即如果原始磁通量处于增加状态，那么感应电流产生的磁通量与原始磁通量方向相反；如果初级磁通量处于减少状态，则由感应电流产生的磁通量与初级磁通量方向相同。

图18-6显示了由法拉第电磁感应定律和楞次定律结合得到的各种磁通量变化在回路中引起的感应电动势和感应电流的方向。

例如，在最左边的图片中，磁体向上移动，初级磁通量向上引导并在线圈中增加，即此时磁通量的变化率大于零。根据法拉第电磁感应定律的公式，此时感应电动势为负，线圈中感应电流产生的磁通量与初级磁通量相反。

如上所述，公式e =-δφ/δt适用于单匝线圈电路。如果线圈有n匝，所有磁通量都通过n匝线圈，则与线圈相交的链的总磁通量为Nφ，称为磁链，用符号ψ表示，单位为Wb（韦伯）。此时线圈的感应电动势为e =-δnφ/δt =-nδφ/δt。

简单理解就是线圈匝数越多，感应电动势会增加很多倍，因为线圈一匝的感应电动势为E，而线圈的N匝有N个E叠加。

电磁感应的知识比较难，有很多规则和规律，需要大家慢慢探索和理解。我的建议是，我们把那些规律和规则结合起来，相互比较，思考它们的区别和相关的地方，并进行总结，那么电磁感应的内容就会相对简单易懂。（技术培训原创，作者:杨思慧，未经授权不得转载，违者必究！)

那么，这次的学习和分享就到这里了。欢迎在评论区留言和转发。请注意@京京京京京京京京京京京为了接下来的精彩内容！

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