第三章二、法拉第電磁感應定理
電汽化須要強悍的電力。要借助電磁感應現象來獲得大規模使用的電，還有許多規律要探求。諸如，如何使電磁感應獲得的電流高一些，就是一個必須解決的問題。法拉第電磁感應定理的完善，為解決實際問題指明了方向，叩開了電汽化的房門。
在電磁感應現象中，既然在閉合電路中形成了感應電壓，這個電路中就一定有電動勢。我們把電磁感應現象中形成的電動勢稱作感應電動勢（force）。在閉合電路里，形成感應電動勢的那部份導體相當于電源。
我們曉得，在一個簡單電路中，兩節干電瓶串聯上去形成的電壓小于一節干電瓶形成的電壓。這說明，電源的電動勢高，電路中流過的電壓就大。因而在電路組成不變的情況下，依據感應電壓的大小，可以判定感應電動勢的大小。
在電磁感應現象中，感應電動勢的大小跟哪些誘因有關呢？
演示
如何使感應電動勢大一些
1．我們一直用圖3.1-2和圖3.1-3的裝置做實驗，研究影響感應電動勢大小的誘因。
在圖3.1-2中，使導體棒以不同的速率切割磁感線，觀察電壓表表針偏轉的幅度。我們發覺：為了使感應電動勢大一些，可以___。
2．在圖3.1-3中，使吸鐵石以不同的速率插入線圈和從線圈中抽出，觀察電壓表表針偏轉的幅度。我們又發覺：為了使感應電動勢大一些，可以_____。
思索與討論
通過上面的實驗，我們曉得了在不憐憫況下獲得較大的感應電動勢的技巧。在這兩種情況下，感應電動勢的大小都與磁路量的變化有關。能不能借助磁路量的概念，把兩種情況概括上去，用一句話說明哪些條件下可以獲得較大的感應電動勢？
許多實驗都表明，感應電動勢的大小跟磁路量變化的快慢有關。我們用磁路量的變化率來描述磁路量變化的快慢，它是磁路量的變化量跟形成這個變化所用時間的比值。
請備考選修數學課小學習速率、加速度時關于變化率的說明。
假如時刻t1穿過閉合電路的磁路量為Φ1，時刻t2穿過閉合電路的磁路量為Φ2，在t1到t2這段時間里磁路量的變化量就是Φ2－Φ1，記為ΔΦ＝Φ2－Φ1。這個變化是在Δt＝t2－t1這段時間內發生的，鐵損量的變化率應當表示為(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})。
看來，吸鐵石與導體的相對運動速率越大，形成磁路量變化ΔΦ所用時間Δt就越小，所以(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})就越大，形成的感應電動勢也越大。
法拉第電磁感應定理
大量實驗表明：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁路量的變化率成反比。這就是法拉第電磁感應定理（lawof）。
假如用E表示感應電動勢，它的單位是伏特（V），鐵損量和時間的單位分別用韋伯（Wb）和秒（s），法拉第電磁感應定理可以用公式表示為
E＝(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})
實驗
多匝線圈的感應電動勢
我們探究線圈的阻值與感應電動勢的關系。
首先想一想，線圈的阻值與感應電動勢可能有哪些關系？
一個閉合電路可以看做由1匝線圈組成。假如線圈是多匝的，因為每一匝線圈中就會形成感應電動勢，在多匝線圈上形成的感應電動勢大約要比1匝線圈形成的感應電動勢大！
我們一直用上面的實驗裝置來研究，但此次選用阻值不同的兩個線圈。
實驗時把條形吸鐵石插入一個線圈和從這個線圈中抽出，之后以相同的速率插入另一個阻值不同的線圈和從這個線圈抽出。
將觀察到的現象，記錄在下邊的表格中。
表針搖晃的幅度
線圈阻值
磁極N極插入
磁極N極抽出
10匝
100匝
從前面的記錄看法拉第電磁感應實驗，你覺得感應電動勢的大小跟線圈阻值的多少有哪些關系？
精確的實驗告訴我們，在n匝線圈組成的電路上，形成的感應電動勢是
E＝n(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})
在實際工作中，為了獲得較大的感應電動勢，往往采用幾百匝甚至幾千匝的線圈。
法拉第電磁感應定理進一步闡明了電與磁的相互聯系，同時也告訴我們：電能的形成一定是以消耗其他方式的能量為代價的。在后面的實驗中，無論導體切割磁感線，還是把吸鐵石插入線圈或從線圈中抽出，都是消耗了機械能才獲得了電能。而在電瓶中，是將物理能轉弄成了電能。
明天，我們使用的電能從各類方式的能轉化而至：風力發電，是把空氣流動的動能轉化為電能；水力發電，是借助水的機械能帶動發電機來發電；火力發電，是借助石油、天然氣或煤燃燒時的內能，促使蒸氣輪機再推動發電機來發電……隨著社會對電力需求的不斷減小，人們仍然在探求獲取電能的更好方式。并且到目前為止，各類獲得大規模電能的實用方案，都是以法拉第電磁感應定理為理論基礎的，不同的只是怎樣來促進發電機而已。
探求者
開門時線圈中會有電壓嗎？
分別給門的四角釘上大鐵釘，用電纜線順著4個鐵釘繞制一個幾十匝的大線圈，如圖3.2-1所示。線圈的兩端連在一個電壓表上。開門、關門時能不能發出電來？試試看！
圖3.2-1開門時能有電壓嗎？
假如發電療效不顯著法拉第電磁感應實驗，想一想，應當如何改進？
問題和練習
1．電路中感應電動勢的大小，是由穿過這一電路的所決定的。
a．磁路量
b．磁路量的變化量
c．磁路量的變化率
以上填空的三個選項，正確的其實是c，但你能說明選項a和選項b的涵義嗎？你覺得當初安培實驗時最初的推測是那個選項？
2．在圖3.2-2中，閉合圓形線圈不動，磁極在線圈中轉動，假如磁極轉動的速率不同，線圈中形成的感應電動勢相同嗎？
圖3.2-2磁極轉動速率不同時，線圈中的感應電動勢相同嗎？
3．兩個阻值不同的線圈繞在同一個圓筒上，如圖3.2-3所示，它們的阻值nA＞nB。當一個條形磁極穿過圓筒時，那個線圈形成的感應電動勢大些？
圖3.2-3那個線圈中的感應電動勢大些？
4．某單車上有一個如圖3.2-4所示的裝置，滾輪靠在單車車胎的邊沿上。單車行駛時，滾輪帶著其中的磁極轉動。這個裝置有哪些用途？
圖3.2-4單車所用“電滾子”
5．桌面上放著一個單匝圓形線圈，線圈中心上方一定高度上有一矗立的條形磁極（圖3.2-5），此時線圈內的鐵損量為0.04Wb。把條形磁極豎置于線圈內的桌面上時，線圈內磁路量為0.12Wb。分別估算以下兩個過程中線圈中的感應電動勢。
圖3.2-5估算線圈中的感應電動勢
（1）把條形磁極從圖中位置在0.5s內放在線圈內的桌面上；
（2）換用10匝的圓形線圈，線圈面積和尾單匝線圈相同，把條形磁極從圖中位置在0.1s內放在線圈內的桌面上。
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