法拉第电磁感应定律,也称为法拉第定律,是电磁学的基本定律,它可以帮助我们预测磁场如何与电路相互作用以产生电动势(EMF)。这种现象称为电磁感应。
该法由一位名叫迈克尔·法拉第(Michael Faraday)的实验物理学家和化学家于1831年提出。因此,您可以看到法律名称的来源。话虽如此,法拉第定律或电磁感应定律基本上是法拉第进行的实验的结果或观察结果。他进行了三个主要实验,以发现电磁感应现象。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律由两个定律组成。第一条定律描述了导体中电动势的感应,第二条定律量化了导体中产生的电动势。在接下来的几节中,让我们详细了解这些定律。
法拉第电磁感应第一定律
对电磁感应的发现和理解是基于Faraday和Henry进行的一系列实验。从实验观察中,法拉第得出的结论是,当线圈上的磁通量随时间变化时,在线圈中会产生一个电动势。考虑到这一点,法拉第将他的电磁感应第一定律表述为:
每当将导体放置在变化的磁场中时,都会产生电动势。如果导体电路闭合,则感应出称为感应电流的电流。
闭环改变磁场强度
闭环磁场强度
这里提到了几种在闭环中改变磁场强度的方法:
- 通过相对于磁体旋转线圈。
- 通过将线圈移入或移出磁场。
- 通过改变放置在磁场中的线圈的面积。
- 通过使磁体朝向或远离线圈移动。
法拉第电磁感应第二定律
法拉第电磁感应第二定律指出:
线圈中的感应电动势等于磁链的变化率。
磁通量是线圈匝数和与线圈相关的磁通量的乘积。法拉第定律的公式如下:
<身体
ε = − NΔ φΔ Ť
哪里,
- ε是电动势
- Φ是磁通量
- N是匝数
负号表示感应电动势的方向和磁场方向的变化具有相反的符号。
此外,还有另一种称为伦兹定律的关键定律,它也描述了电磁感应。
法拉第定律公式
考虑磁铁接近线圈。考虑两次实例T 1和T 2。
在时间T 1处与线圈的磁链由下式给出:
Ť 1 =Nφ 1
T 2时刻与线圈的磁链由下式给出:
Ť 1 =Nφ 2
磁链的变化由下式给出
N(Φ 2 - Φ 1)
让我们将磁链的这种变化视为
Φ=Φ 2 - Φ 1
因此,磁链的变化由下式给出:
Φ
磁链的变化率由下式给出
NΦ/吨
取上式的导数,我们得到
NdΦ/ dt
根据法拉第电磁感应的第二定律,我们知道线圈中的感应电动势等于磁链的变化率。因此,
考虑伦茨定律,
从上面的等式,我们可以得出以下结论
- 线圈匝数的增加会导致感应电动势
- 磁场强度的增加会导致感应电动势
- 线圈和磁体之间相对运动的速度增加,导致电动势增加
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法拉第实验:感应电动势与通量之间的关系
- 在第一个实验中,他证明了当磁场强度变化时,只有感应电流。将电流表连接到导线环上。当磁铁移向导线时,电流表会偏转。
-
在第二个实验中,他证明了电流通过铁棒会使其具有电磁性。他观察到,当磁体和线圈之间存在相对运动时,将产生电动势。当磁体绕其轴线旋转时,未观察到电动势,但是当磁体绕其自身轴线旋转时,则产生了感应电动势。因此,当磁体保持静止时,电流表中没有偏转。
-
在进行第三个实验时,他记录了检流计没有显示任何偏转,并且当线圈在固定磁场中移动时,线圈中没有感应电流产生。当磁体从环路中移开时,电流表会沿相反方向偏转。
磁铁位置 | 振镜偏转 |
静止磁铁 | 检流计无偏转 |
磁铁向线圈移动 | 振镜在一个方向上的偏转 |
磁铁在相同位置(线圈附近)保持静止 | 无偏转振镜 |
磁铁从线圈移开 | 振镜偏转但方向相反 |
磁铁在相同位置(远离线圈)保持静止 | 检流计无偏转 |
结论:
在进行了所有实验之后,法拉第最终得出结论,如果导体和磁场之间存在相对运动,则与线圈的磁链会发生变化,并且这种磁通变化会在线圈两端产生电压。
法拉第定律基本上规定:“当磁通量或磁场随时间变化时,就会产生电动势”。此外,迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在上述实验的基础上还制定了两条定律。
法拉第定律的应用
以下是法拉第定律适用的领域:
- 诸如变压器之类的电气设备是根据法拉第定律工作的。
- 电磁炉在互感应的基础上工作,这是法拉第定律的原理。
- 通过向电磁流量计中感应电动势,可以记录流体的速度。
- 电吉他和电小提琴是找到法拉第定律应用的乐器。
- 麦克斯韦方程基于法拉第定律的逆定律,该定律指出磁场的变化会带来电场的变化。
经常问的问题
法拉第的互感定律是什么?
当由于耦合线圈中电流的变化而在线圈中产生电动势时,这种效应称为互感。
EMF是什么意思?
电动势或电动势是对导致电流流过电路的能量的度量。
法拉第定律为什么重要?
法拉第定律着眼于变化的磁场如何导致电流在电线中流动。
法拉第第一定律中改变磁场的方法有哪些?
根据法拉第第一定律,线圈磁场中的任何微小变化都会在线圈中产生电动势。以下是更改磁场的方法:
- 条形磁体朝向或远离线圈的运动。
- 线圈移入或移出磁场的运动。
- 改变放置线圈的区域会导致磁场变化。
- 线圈相对于磁体的旋转带来了磁场的变化。
当磁场不为零时,如何说磁通量为零?
磁通量与磁场之间的关系为:
Φ=BAcosθ
当cosθ为零时,不管磁场的存在如何,磁通量都将为零。因此,当磁场平行于表面时,磁通量将等于零。
负号在法拉第电磁感应定律中表示什么?
法拉第电磁感应定律中的负号指示感应场的方向。通过了解伦兹定律,可以记住感应场的方向。根据伦茨定律,电流是在磁场中产生的电动势的结果,该磁场与产生它的通量的变化相反。
如何增加线圈中感应电动势?
- 通过增加线圈的匝数N,感应电动势也会增加。
- 通过增加围绕线圈的磁场强度B,可以增加通量,从而增加在线圈中感应的电动势。
- 线圈和磁体之间的相对运动应提高速度,从而以更快的速度切断磁通线,因此感应电动势会更大。
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