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[!--downpath--]當穿過回路的磁通量發生變化時,回路中的感生電動勢ε感的大小和穿過回路的磁通量變化率等成正比,即ε感=-△φ/△t 這就是法拉第電磁感應定律。
(2)說明
①當磁通量增加時,△φ/△t>0,這時ε感為負值,即感生電流產生的磁場和原磁場方向相向;當磁通量減少時,△φ/△t <0,這時ε感為正值,即感生電流產生的磁場和原磁場方向相同。
②中學階段,物理量的大小和方向常常是分開討論的。如ε感=△φ/△t僅反映了它的大小,其方向由楞次定律或右手定則來確定。
③感生電動勢和磁通量的變化率成正比,不是和磁通量的多少成正比。例如,有一個線圈在勻強磁場中勻速轉動,當線圈平面轉到和磁場垂直,即線圈內磁通量達到最大時,它的變化率卻最小,這時感生電動勢為零。而當線圈轉到和磁場平行,即穿過線圈的磁通量為零時,磁通量的變化率卻達到最大,這時產生的感生電動勢達到最大值。
一、運用法拉第電磁感應定律推導
法拉第電磁感應定律的內容是:導體回路中感應電動勢的大小,跟穿過回路中所圍面積的磁通量變化率成正比.如果在時間Δt內穿過回路所圍面積的磁通量為Δφ,則感應電動勢E=kΔφ/Δt
其中k為比例常數.如果上式各物理量都取國際單位,E的單位是伏特(V),φ的單位是韋伯(Wb),t的單位是秒(S),則k=1.
如圖1所示,把矩形線圈abcd放在磁感應強度為B的勻強磁場中,線圈平面跟磁感線垂直.設線框的可動部分ab的長度是L,以速度v向右運動,在Δt時間內由原來的位置ab移到a1b1,這時線框的面積變化量ΔS=LvΔt,穿過閉合電路的磁通量的變化量Δφ=BΔS=BlvΔt.代入公式 中,得到
E=BLv
二、從力的平衡角度推導
導體棒ab向右切割磁感線的過程中,產生感應電流,從微觀的角度來看,電流是由電荷的定向移動形成的,閉合電路中的電流恒定時,沿ab棒運動的電荷,最終達到力的平衡狀態,運動電荷所受的電場力等于在磁場中所受的洛侖茲力,即
E電q=Bqv
其中E電指電場強度,由電場強度和電勢差與距離的關系E電= E/L,得
Eq/L= Bqv
所以
E=BLv
三、從做功和能的轉化角度推導
能量守恒定律是一個普遍適用的定律,同樣適用于電磁感應現象.當電路閉合時,感應電流做功,消耗機械能,產生的電能是從機械能轉化而來的.如圖1所示導體棒ab向右切割磁感線的過程中,必須克服安培力做功,做多少功就有多少機械能轉化為電能.設可動導體棒由位置ab移到a1b1的過程中做勻速直線運動,運動時間為t,克服安培力做功為
W=F·S=BIL·Vt
產生的電能E電能為
E電能=I2(R+r)t
所以
BIL·Vt=I2(R+r)t
即
BLV=I(R+r)=E
同樣有
E=BLv
注意:上面的公式是在B不變的前提下推導的,也就是B不變的情況下,上式才成立.