电磁感应的原理(一)

电磁感应原理：

一、什么是电磁感应？

电生磁、磁生电，这就是电磁感应。

1、电生磁：图1.1所示就是一个电生磁的实例

图1.1 图1.2

在一只铁钉上面用导线绕了一个线圈，当把线圈的两端分别连接在一个电池的正极和负极时，电流就会经由线圈流过，这时铁钉就具有了吸引铁屑的能力，铁钉就有了磁性，图1.1所示。此时把连接于电池的导线取消，流过线圈的电流被切断，铁屑有都离开铁钉，掉落下来，铁钉又失去了磁性，图1.2所示。因为线圈有电流流过而产生了磁性，因为线圈的电流被切断停止了电流的流过，又失去了磁性，这就是电生磁的现象。

图1.3 图1.4

既然导体流过电流就能产生磁，那么电流流动的方向和磁极（N极S

极）的方向有什么关系呢？。在电工原理的概念中，有一个著名的定则“右手螺旋定则”（也称“安培定则”），就是依据右手握拳，拇指伸直这种手的形态；来判断磁场的方向。也就是根据导体或者线圈内部电流的方向来判断磁场的方向：

图1.3所示；这是一个闭合的回路，图中电流由电池的正极经过线圈流向负极，线圈上箭头方向是电流的方向，线圈内部产生磁力线的方向是左边是S极、右边是N极，这正好和图1.4所示的右手握拳，拇指伸直这种手的形态相吻合，即；右手四指所指是电流的方向，伸直拇指所指是磁场N极的方向（也就是磁力线的指向）。

同样通电的直导线的周围也会产生以导线为圆心的同心圆磁场，图1.5所示。这个直导线流过电流的磁场和磁场的方向也可以采用右手握拳，拇指伸直这种手的形态来判断：

如图1.6所示；右手握通电的直导线，拇指是电流的方向，握拳的四指就是围绕直导线磁场的方向。

图1.5

图1.6

结论：导体通过电流就会产生磁场，并且磁场的方向和电流的方向有关。

2、磁生电

图1.7是自行车发电机的构造原理图；

图1.7 图1.8

在图1.7中，中间有标有N S极的是一个圆形永久磁铁，其磁力线的分布是从N（北极）极指向S（南极）极，图中有箭头的虚线是磁场磁力线的分布图。在圆形永久磁铁的两边分别有两个串联在一起的线圈，由于线圈靠近永久磁铁，线圈也置身于磁场中；磁力线从线圈中穿过。线圈的两端连接一只灯泡，形成一个闭合的回路。圆形永久磁铁是可以旋转的，可以在自行车车轮的带动下旋转；图1.9所示。

当永久磁铁不旋转时；虽然线圈也作用于磁场之中，磁力线穿过了线圈，但是灯泡是不发光的，就好象自行车车轮不转动；车灯是不会亮的。

当自行车在骑行时；车轮带动永久磁铁旋转；永久磁铁磁场的磁力线也随之旋转，此时永久磁铁傍边的线圈等于在不停的切割磁力线，此时灯泡也开始点亮发光，图19所示；自行车骑的越快，永久磁铁也旋转的越快；灯泡也就越亮。

这个自行车发电机的工作原理说明了如下问题；

（1）导体切割磁力线导体内部就会产生电势，如果导体是闭合回路；这个电势就会形成电流。

（2）导体切割磁力线的速度越快（永久磁铁在车轮的带动下旋转越快）；电势就越高，如果是闭合回路内部的电流也就越大（灯泡越亮）。注：这个因为切割磁力线而产生的电势就叫：“感生电势”（感生电势就是因为电磁感应现象产生的电势）。

结论：导体切割磁力线就会产生感生电势，这就是磁生电的电磁感应现象。

磁力线和线圈相对的变化速度越快感生电势就越高，这就是著名的法拉第电磁感应定律。

法拉第电磁感应定律：感生电势与导体周围磁通的变化率成正比。

图1.9

通过前面的学习，引入两个名词：外加电势，感生电势（感应电势）。外加电势：使导体或者线圈产生电流的外接电源就称为外加电势，例如图1.1中的电池产生的电压。

感生电势（感应电势）：导体或者线圈和磁力线（磁场）相对（切割磁力线运动）运动产生的电势（因“磁”）而产生的电势，称为感生电势或感应电势。

3、左手定则：判定通电导体在磁场中偏移的方向。

前面已经讲到；导体在通电时，周边就会产生磁场。那么把这个通以电流具有磁场的导体，放置于另外一个恒定的磁场之中，由于两个磁

场之间的吸引和排斥作用，就会带动这个导体的位置发生偏移（移动）。前面谈到由于磁场的方向和电流的方向有关，所以导体流过电流的方向，也决定了这个导体在磁场中偏移的方向，这个方向可以用伸直的左手的拇指和四指的方向来判断。

图1.10

方法如图1.10所示：

当通电导体置于磁场中时，把左手伸直，拇指和四指垂直，磁力线从掌心穿过（掌心向着磁场N极）四指所指是电流的方向，拇指就是通电导体作切割磁力线移动的方向，图1.10所示中虚线箭头方向就是导体移动的方向。

4、右手定则：判定导体在磁场中作切割磁力线移动时，产生的感生电势的方向。

图1.11

在磁场中导体作切割磁力线运动时，导体内部就会产生感生电势，如果导通的外部连接成为一个闭合回路，那么切割磁力线的导体内部就会形成电流，这个电流的方向与导体切割磁力线的方向有关。图1.11所示；在图1.11中磁力线从右手掌心穿过（手心面对N极），拇指的方向是导通切割磁力线移动的方向，四指的指向就是电流的方向（图中电流表指示为正）。

同样；如果导体向拇指相反的方向移动，那么；导体内部的电流方向则和四指所指向相反，图4.12所示（图中电流表的指示为负——指针反相偏转）。

图1.12

左手定则；是判断通电流的导体在磁场中作切割磁力线偏转的方向，右手定则是判断导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部产生的感生电流（电势）的方向。

我们根据图1.10和图1.12思考一个问题：

如图1.10所示；当外加电源通过导体时导体向右边发生偏转并作切割磁力线的运动；电流和四指同方向，这个偏转是因为外加电势（电池）的电流引起的。

在这个偏转作切割磁力线移动的同时，显然导体（切割磁力线的运动）内部也会出现因切割磁力线运动而产生的感生电势，图1.12所示，显然这时感生电势的方向是和四指的方向相反的。通过图1.10和图1.12的显示结果得出一个结论：在同一个导体中，外加电势和感生电势是相对抗的。外加电势加强引起导体偏移的速度和距离增大，该导体产生对抗的感生电势也增大，对抗外加电势引起电流增大的能力越