电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)

电在生活中无处不在,有用化学能转化为电能的电池,有用重力势能转化为电能的发电站,有用柴油燃烧产生的电能的柴油发电机,在生活中,能转化为电能的装置真的是太多太多了。然而,在大型发电的场所离不开金属导体与磁体的身影。那么,导体感应出电流的本质是什么呢?

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(1)

很多对科学着迷的人接触磁生电的过程之初,它们都认为只要导体作切割磁感线的运动,导体中就有电流的产生。然而,随着人们认识的不断加深,认为导体在磁场中不仅要切割磁感线,而且导体还要在一个闭合的回路中。

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(2)

因为导体没有连在闭合回路中做切割磁感线运动时,导体两端只会产生电动势,只有将导体接到回路中后,才有电流的产生。这就好比一个干电池,当它不接入电路中时,它两端的电压就等于它的电动势,而它的内部是没有电流通过的。

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(3)

当把干电池接入电路中后,它的内部就会有电流通过,通过干电池的电流大小I=E/(R r),其中E为干电池的电动势,R为外电路中的总电阻,r为干电池的内阻。但是,干电池在放电的过程中就会消耗掉化学能,因此,干电池的使用寿命一般不长。

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(4)

为了产生更加清洁和持久耐用的电能,伟大的物理学家法拉第通过十几年的电与磁方面的研究,终于获得了突破性的进展。在法拉第生活的年代,交流电是没有诞生的,那时的直流电大行其道。法拉第开始在一个圆环的两端绕上细铜线,然后将一端的细铜线通上直流电。

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(5)

接着把圆环上的另一端线圈接在电流表上,起初,法拉第盯着电流表看了许久也没发现电流表的指针有所偏转,直到法拉第关闭电源的瞬间,他观察到了电流表上的的指针发生了偏转,也就是说,圆环上的另一个线圈在通电线圈产生的磁场变化的一瞬间感应出了电流。

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(6)

针对这个现象,我们注意到了,金属导体并没有做切割磁感线的运动,而金属导体中就能感应出电流。这个现象,用初中的物理知识是无法解释的。后来,在人们的研究下,终于发现了金属导体在磁场中感应出电流的本质,那就是金属处在的磁场中,通过金属导体的磁通量发生了变化。

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磁场的磁通量等于磁场的磁感应强度B与处在磁场中,磁感线通过一个平面S的乘积,即φ=BS。在切断电源的一瞬间,连着电流表的线圈之所感应到了电流,是因为连着电源的线圈产生的磁场,在瞬间磁感应强度B发生了变化,在后来的实际应用中,人们就发明了变压器。

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通过上面的描述,也就是说,当磁场的磁通量发生了变化,那么处在磁场周围的导体就很有很可能被感应出电流,而改变磁场磁通量的方法有很多,例如改变平面S的大小,改变磁感应强度B的大小和方向等等。

电磁感应所产生的电流(导体感应出电流的本质是什么呢)(9)

改变电阻的大小

说了这么多,现在来巩固一下电磁感应现象。在一个匀强的磁场里,有一个长方形的铜环不断切割磁感线运动,在长方形的铜环上引出两条导线,把两条导线连在电流表上,那么电流表上的指针会发生偏转吗?

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磁铁上下运动就会感应出电流

如果您有兴趣,可以自己动手做一下。但是,电流表上的指针能否发生偏转是可以用理论知识加以判断的。只要长方形的圆环一直在磁场中运动(不包括它即将离开磁场的瞬间),那么电流表的指针是不会有丝毫的偏转。

根据磁通量φ=BS可知,匀强磁场的B没有变化,长方形环的面积S也没有发生变化,即使长方形铜环一直在做切割磁感线运动,只要通过长方形铜环的磁通量φ没有发生变化,那么铜环就不可能感应出电流。

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