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理论基础——电磁感应原理

2024-10-02 08:13:23     阅读量:100

电磁感应(Electromagnetic induction),是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势,若将此导体闭合成一回路,则该电动势会驱使电子流动,形成感应电流(感生电流)。

导体切割磁感线

迈克尔·法拉第于1831年发现磁场本身变化时或导体在磁场内运动时产生在闭合回路上的电动势和通过任何该路径所包围的曲面上磁通量的变化率成正比,这意味着当通过导体所包围的曲面的磁通量变化时电流会在任何闭合导体内流动。

迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791—1867年) 英国物理学家、化学家,发明家,发电机和电动机的发明者。

电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。

一 电磁感应计算公式

1.磁通量计算公式

Φ=BS

Φ为磁通量,单位为Wb(韦伯)

B为磁场的磁感应强度,单位为T

S为平面的面积,单位为m2

当平面与磁场方向不垂直时:Φ=BSsinθ(θ为两个平面的夹角)。

2.感应电动势计算公式

E=nΔΦ/Δt(普适公式)

E为感应电动势,单位为V(伏特)

n为感应线圈匝数

ΔΦ/Δt为磁通量的变化率

E=BLV(导体垂直切割磁感线运动时)

L为有效长度,单位为m

V为速度,单位为m/s

Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势)

Em为感应电动势峰值

E=BL2ω/2(导体一端固定以ω旋转切割)

ω为角速度,单位为rad/s

V为速度,单位为m/s

二 电磁感应电动势方向的判断

电磁感应定律中电动势的方向可以通过楞次定律或右手定则来确定。

  1. 楞次定律

楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。楞次定律还可表述为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。

海因里希·楞次(Heinrich Friedrich Emil Lenz,1804年2月24日-1865年2月10日),俄国物理学家、地球物理学家。

2.右手定则

右手平展,使大拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中,若磁感线垂直进入手心(当磁感线为直线时,相当于手心面向N极),大拇指指向导线运动方向,则四指所指方向为导线中感应电流(动生电动势)的方向。

右手定则

3.左手定则

左手定则仍然可用于电动机的场景,因闭合电路中在磁场的作用下,产生力,左手平展,手心对准N极,大拇指与并在一起的四指垂直 ,四指指向电流方向,大拇指所指的方向为受力方向。

判断安培力:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。这就是判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则。

判断洛伦兹力:将左手掌摊平,让磁感线穿过手掌心,四指表示正电荷运动方向,则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。

左手定则