磁生電

　　磁生電，是指閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，在導(dǎo)體上會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。

　　產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

　　磁生電現(xiàn)象是英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)的。發(fā)電機(jī)便是依據(jù)此原理制成。

發(fā)現(xiàn)和原理

　　電生磁是奧斯特發(fā)現(xiàn)的。原理：通電導(dǎo)體周圍存在磁場?？梢耘卸ù艌龇较蚝碗娏鞯年P(guān)系。電磁感應(yīng)

　　電和磁是不可分割的，它們始終交織在一起。簡單地說，就是電生磁、磁生電。

電生磁

　　如果一條直的金屬導(dǎo)線通過電流，那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場。導(dǎo)線中流過的電流越大，產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)。磁場成圓形，圍繞導(dǎo)線周圍。磁場的方向可以根據(jù)“右手螺旋定則”（又稱安培定則）(見圖1)來確定：將右手拇指伸出，其余四指并攏彎向掌心。這時(shí)，四指的方向?yàn)榇艌龇较?，而拇指的方向是電流方向。?shí)際上，這種直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場類似于在導(dǎo)線周圍放置了一圈NS極首尾相接的小磁鐵的效果。

　　正電荷的流動給出的電流，跟負(fù)電荷的反方向流動給出的電流相同。因此，在測量電流時(shí)，流動的電荷的正負(fù)值通?？梢院雎?。根據(jù)常規(guī)，假設(shè)所有流動的電荷都具有正值，稱這種流動為常規(guī)電流。常規(guī)電流代表電荷流動的凈效應(yīng)，不需顧慮到載子的電荷的正負(fù)號是什么。

　　在固態(tài)金屬內(nèi)，正電荷載子不能流動，只有電子流動。由于電子載有負(fù)電荷，在金屬內(nèi)的電子流動方向與常規(guī)電流的方向相反。

與磁場的關(guān)系

　　如果將一條長長的金屬導(dǎo)線在一個(gè)空心筒上沿一個(gè)方向纏繞起來，形成的物體我們稱為螺線管。如果使這個(gè)螺線管通電，那么會怎樣？通電以后，螺線管的每一匝都會產(chǎn)生磁場，磁場的方向如圖2中的圓形箭頭所示。那么，在相鄰的兩匝之間的位置，由于磁場方向相反，總的磁場相抵消；而在螺線管內(nèi)部和外部，每一匝線圈產(chǎn)生的磁場互相疊加起來，最終形成了如圖2所示的磁場形狀。也可以看出，在螺線管外部的磁場形狀和一塊磁鐵產(chǎn)生的磁場形狀是相同的。而螺線管內(nèi)部的磁場剛好與外部的磁場組成閉合的磁力線。在圖2中，螺線管表示成了上下兩排圓，好像是把螺線管從中間切開來。上面的一排中有叉，表示電流從外面向熒光屏內(nèi)部流進(jìn)；下面的一排中有一個(gè)黑點(diǎn)，表示電流從熒光屏里面流出。

應(yīng)用實(shí)例

　　電生磁的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是實(shí)驗(yàn)室常用的電磁鐵。為了進(jìn)行某些科學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常用到較強(qiáng)的恒定磁場，但只有普通的螺線管是不夠的。為此，除了盡可能多地繞制線圈以外，還采用兩個(gè)相對的螺線管靠近放置，使得它們的N、S極相對，這樣兩個(gè)線包直接就產(chǎn)生了一個(gè)較強(qiáng)的磁場。另外，還在線包中間放置純鐵（稱為磁軛），以聚集磁力線，增強(qiáng)線包中間的磁場，對于一個(gè)很長的螺線管，其內(nèi)部的磁場大小用下面的公式計(jì)算：H=nI

　　在這個(gè)公式中，I是流過螺線管的電流，n是單位長度內(nèi)的螺線管圈數(shù)。

　　如果有兩條通電的直導(dǎo)線相互靠近，會發(fā)生什么現(xiàn)象？我們首先假設(shè)兩條導(dǎo)線的通電電流方向相反，圖5(a)所示。那么，根據(jù)上面的說明，兩條導(dǎo)線周圍都產(chǎn)生圓形磁場，而且磁場的走向相反。在兩條導(dǎo)線之間的位置會是什么情況呢？不難想象，在兩條導(dǎo)線之間，磁場方向相同。這就好像在兩條導(dǎo)線中間放置了兩塊磁鐵，它們的N極和N極相對，S極和S極相對。由于同性相斥，這兩條導(dǎo)線會產(chǎn)生排斥的力量。類似地，如果兩條導(dǎo)線通過的電流方向相同，它們會互相吸引。

　　如果一條通電導(dǎo)線處于一個(gè)磁場中，由于導(dǎo)線也產(chǎn)生磁場，那么導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場和原有磁場就會發(fā)生相互作用,使得導(dǎo)線受力。這就是電動機(jī)和喇叭的基本原理。

磁生電

　　磁生電是法拉第發(fā)現(xiàn)的。原理：閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，在導(dǎo)體上就會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

　　導(dǎo)體的兩端接在電流表的兩個(gè)接線柱上，組成閉合電路，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中向左或向右運(yùn)動，切割磁力線時(shí)，電流表的指針就發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表明電路中產(chǎn)生了電流．這樣產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。我們知道，穿過某一面積的磁力線條數(shù)，叫做穿過這個(gè)面積的磁通量。當(dāng)導(dǎo)體向左或向右做切割磁力線的運(yùn)動時(shí)，閉合電路所包圍的面積發(fā)生變化，因而穿過這個(gè)面積的磁通量也發(fā)生了變化。導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，可以歸結(jié)為穿過閉合電路的磁通量發(fā)生了變化?？梢?，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這就是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。感應(yīng)電流的方向：導(dǎo)體向左或向右運(yùn)動時(shí)，電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向不同，這表明感應(yīng)電流的方向跟導(dǎo)體運(yùn)動的方向有關(guān)系。如果保持導(dǎo)體運(yùn)動的方向不變，而把兩個(gè)磁極對調(diào)過來，即改變磁力線的方向，可以看到，感應(yīng)電流的方向也改變?？梢姡袘?yīng)電流的方向跟導(dǎo)體運(yùn)動的方向和磁力線的方向都有關(guān)系．感應(yīng)電流的方向可以用右手定則來判定：伸開右手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把右手放入磁場中，讓磁力線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動的方向，那么其余四個(gè)手指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。

感應(yīng)電流的產(chǎn)生

　　感應(yīng)電流究竟是如何產(chǎn)生的呢？設(shè)均勻磁場的磁力線向下垂直于紙面，導(dǎo)體平放在紙面上，方向正南正北，移動方向?yàn)槲鞣?。（用右手定則判感應(yīng)電流方向?yàn)槟戏剑?。?dāng)導(dǎo)體向西移動時(shí)，可視為導(dǎo)體中的電荷也向西移動，而電荷在磁場中所受作用力的方向跟磁場方向、電荷運(yùn)動方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電荷的運(yùn)動方向（西方），那么，拇指所指的方向（南方），就是電荷在磁場中的受力方向。所以電流方向應(yīng)是南方。

　　把線圈的兩端接在電流表上，組成閉合電路．當(dāng)向線圈中插入或拔出磁鐵時(shí)，電流表的指針偏轉(zhuǎn)，表明電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流。這是因?yàn)橄蚓€圈中插入磁鐵時(shí)，穿過線圈的磁通量增大，從線圈中拔出磁鐵時(shí)，穿過線圈的磁通量減小。穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化，因而產(chǎn)生了感應(yīng)電流。向線圈中插入或拔出磁鐵的過程可以等效為導(dǎo)體切割磁力線的過程。磁通量的變化只是產(chǎn)生感應(yīng)電流的表層的原因，真正的原因還是線圈中的電荷受洛侖茲力運(yùn)動。

知識要點(diǎn)

　　感應(yīng)電流的條件

　　產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：①一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動．即導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動方向和磁感線的方向不平行；②電路閉合．在磁場中做切割磁感線運(yùn)動的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，是一個(gè)電源．若電路閉合，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．若電路不閉合，電路兩端有感應(yīng)電壓，但電路中沒有感應(yīng)電流．

　　感應(yīng)電流的方向

　　導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向，跟導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動方向和磁感線（磁場）的方向有關(guān)．(1)磁感線（磁場）的方向不變，閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動方向改變時(shí)，感應(yīng)電流的方向也會發(fā)生改變；(2)導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動方向不變，磁感線的方向改變，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流方向也發(fā)生改變；(3)導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動方向和磁感線的方向都改變時(shí)，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流方向不變．

　　交流發(fā)電機(jī)原理

　　如圖所示．放在磁場中的矩形線圈，兩端各連一個(gè)銅環(huán)K和L，它們分別跟電刷A和B接觸，并跟電流表組成閉合電路．讓線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，由于ab邊和cd邊做切割磁感線的運(yùn)動，電路中就有了感應(yīng)電流．在線圈轉(zhuǎn)動的前半周，線圈都從一個(gè)方向切割磁感線，因此電流方向從A經(jīng)電流表到B不改變；在后半周，線圈從相反方向切割磁感線，電流方向和前半周相反，由B經(jīng)電流表流向A．線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動，電流方向?qū)⒅芷谛缘刂貜?fù)上述變化．線圈在磁場里轉(zhuǎn)動一周，電路中的感應(yīng)電流的方向和大小就發(fā)生一個(gè)周期性變化．線圈在磁場中持續(xù)轉(zhuǎn)動，線圈就向外部電路提供方向和大小都作周期性變化的交變電流．-

應(yīng)用舉例

　　動腦

　　地磁發(fā)電：將長約50m的銅芯雙絞線做成5匝的長3米、寬2米的矩形線框，兩端接在靈敏電流計(jì)上。兩個(gè)同學(xué)面對面站立將線框拉開，形成一個(gè)長回路，腳踏著線框的一邊，兩位同學(xué)將另一邊像甩跳繩那樣以每秒4到5圈的頻率搖線框，甚至可以找個(gè)同學(xué)在線框中跳繩。隨著導(dǎo)線切割地磁場，回路中就有感生電流產(chǎn)生，電流計(jì)指針指示的電流最大值可達(dá)30mA，這就是利用地磁發(fā)電。請你說明這種發(fā)電的原理，怎樣才能獲得更大的電流呢?

　　答案：增大磁體體積使搖線框的頻率加快或增加銅芯的匝數(shù)。

　　簡要提示:

　　可以從提高每秒鐘轉(zhuǎn)動的次數(shù)和增加這兩個(gè)方面來考慮,當(dāng)然你通過自己的動手實(shí)驗(yàn),看還有沒有其他的因素,可一定要?jiǎng)邮衷囈辉噯?。

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