环形电流的磁感应强度推导(磁的电流效应的发现)

1832年在获悉法拉第发现电磁感应现象之后,俄国物理学家楞次立即开始电工方面的实验研究。于1833年提出楞次定律: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。楞次定律还可表述为:感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。如果感应电流是由组成回路的导体作切割磁感线运动而产生的,那么楞次定律可具体表述为:“运动导体上的感应电流受的磁场力(安培力)总是反抗(或阻碍)导体的运动。”

环形电流的磁感应强度推导(磁的电流效应的发现)(1)

要正确全面地理解“楞次定律”必须从“阻碍”二字上下功夫,具体来讲:

一是起阻碍作用的是“感应电流的磁场”。

二是它阻碍“原磁通量的变化”,不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁通量。

三是不能简单认为“感应电流的磁场必然与原磁场方向相反”或“感应电流的方向必然和原来电流的流向相反”。所以“楞次定律”可理解为:当穿过闭合回路的磁通量增加时,相应感应电流(‘增加的磁通量’所感应的电流)的磁场方向总是与原磁场方向相反;当穿过闭合回路的磁通量减小时,相应感应电流(‘减小的磁通量’所感应的电流)的磁场方向总是与原磁场方向相同。

四是“阻碍”不能理解为“阻止”,应认识到,原磁场是主动的,感应电流的磁场是被动的,原磁通量仍然要发生变化,阻止不了,而感应电流的磁场只是起阻碍作用而已。感应电流的磁场的存在只是减弱了穿过电路的总磁通量变化的速度,而不会改变原磁场的变化特征和方向。

楞次定律和牛顿第一定律在本质上一样的,同属惯性定律。对于惯性,人们都不陌生:如果不受外力,静止的物体将永远保持静止状态,运动的物体将会做匀速直线运动一直运动下去。说明物体自身具有阻碍运动状态改变的本领。而楞次定律中的“阻碍”,是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。同理,原本处于平衡状态的物体,当受到的合力不为零时,物体的运动状态就会发生变化,不会因为物体有惯性而不发生改变。楞次定律的结果也如此。

“楞次定律”揭示了一因果关系:感应磁场与原磁场磁通量变化之间阻碍与被阻碍的关系:原磁场磁通量的变化是因,感应电流的产生是果,原因引起结果,结果又反作用于原因,二者在其发展过程中相互作用,互为因果。

“楞次定律”是能量转化和守恒定律在电磁运动中的体现,符合能量守恒定律,感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,因此,为了维持原磁场磁通量的变化,就必须有动力作用,这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功,将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以“楞次定律”中的阻碍过程,实质上就是能量转化的过程。

几种有效的解题方法

电流元法:在整个导体上取几段电流元,判断电流元受力情况,从而判断导体受力情况

等效磁体法:将导体等效为一个条形磁铁,进而作出判断

阻碍相对运动法:产生的感应电流总是阻碍导体相对运动。[3]

口诀法:“增反减同,来拒去留,增缩减扩”。

从楞次定律的上述表述可见,楞次定律并没有直接指出感应电流的方向,它只是概括了确定感应电流方向的原则,给出了确定感应电流的程序。但这并不妨碍这个定律在电磁学的发展上具有重大的作用。

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