电磁定律(热力学第一定律)

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什么是电磁感应，谁发现了电磁感应定律。

法拉第电磁感应定律

发现

在H.C .奥斯特于1820年发现当前的磁效应后，许多物理学家试图找到它的逆效应。

迈克尔·法拉第

提出了磁是否能发电，磁是否能作用于电的问题。1822年，阿拉戈和洪堡偶然发现，在测量地磁强度时，金属可以抑制附近磁针的振荡。1824年，阿拉戈根据这一现象在铜板上做了一个实验，发现转动的铜板会带动上方自由悬挂的磁针转动，但磁针的转动与铜板不同步，稍有滞后。电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象，但当时没有解释，因为没有直接表示为感应电流。

法拉第电磁感应定律

1831年8月，m .法拉第在软铁环的两侧缠绕了两个线圈，其中一个是闭环。在导线下端附近并联放置一根磁针，另一根与电池组连接，并与开关连接，形成带电源的闭环。发现开关闭合时磁针偏转。当开关断开时，磁针反向偏转，表明感应电流出现在没有电池组的线圈中。法拉第立即意识到这是一种不稳定的瞬态效应。随后他又做了几十个实验，将感应电流归纳为变化电流、变化磁场、移动恒流、移动磁体和导体在磁场中移动五大类，并正式将这些现象命名为电磁感应。此外，法拉第发现，在相同条件下，不同金属导体电路中产生的感应电流与导体的电导率成正比。由此，他认识到感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有感应电流就没有电路，感应电动势仍然存在。

麦克风的工作原理——电磁感应

法拉第演示电磁感应

法拉第演示电磁感应

后来，确定感应电流方向的楞次定律和描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律被给出。根据产生原因的不同，感应电动势可分为动态电动势和感应电动势，前者来源于洛伦兹力，后者来源于磁场变化产生的旋转电场。

法拉第定律最初是一个基于观察的实验定律。后来，它的偏导数的有限版本，连同其他电磁定律，被列为麦克斯韦方程的现代版本。

法拉第电磁感应定律是基于法拉第在1831年的实验。这个效应大约在同一时间被约瑟夫·亨利发现，但是法拉第早些时候发表了它。

参见麦克斯韦关于电动势的原著。

1834年俄罗斯科学家海因里希·冷茨发现的楞次定律，提供了感应电动势的方向和产生感应电动势的电流方向。

形容

感应电动势现象是由磁通量的变化引起的。当闭合电路的导体的一部分运动，在磁场中切割磁感应线时，导体中就会产生电流。这种现象叫做电磁感应。当闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感应线时，导体中就会产生电流。这种现象叫做电磁感应。产生的电流称为感应电流。这是初中物理教材给学生定义的容易理解的电磁感应现象，但并不能完全概括电磁感应现象:闭合线圈面积不变，磁通量会发生变化，磁场强度变化也会发生电磁感应现象。因此，准确的定义如下:由于磁通量的变化而产生的感应电动势现象。

法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律

情况

1.回路闭合并循环。

2.通过闭合电路的磁信息资源的通量发生变化。

3.一部分电路在磁场中切割磁感应线(切割磁感应线是为了保证闭合电路的磁通量变化)(只有部分切割，所有切割无效)(没有条件，就不会有感应电流)。

4.感应电流产生的微观解释:当电路的一部分运动切割磁感应线时，相当于电路的一部分中的自由电子在磁场中运动，没有磁感应线的方向，所以自由电子会在洛伦兹力的作用下在导体中定向运动。如果电路的一部分处于闭环，就会形成感应电流；如果不是闭环，电荷会在两端积累产生感应电动势。

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5.电磁感应现象中之所以强调闭合电路的“导体的一部分”，是因为当整个闭合电路切割磁感应线时，左右两侧产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针，电流对整个电路抵消。

6.电磁感应中的能量关系:电磁感应是一个能量转换过程，例如重力势能和动能可以转换成电能和热能。

重要实验

一个空芯纸筒上绕有一组与检流计连接的导体线圈。当磁棒插入线圈时，电流

法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律

在从线圈中取出磁棒的过程中，电流表的指针会偏转，而电流表的指针会向相反的方向偏转。磁棒插入线圈或从线圈中取出的速度越快，检流计偏转的角度就越大。但是，当磁棒不动时，振镜的指针不会偏转。

对于线圈来说，动磁棒意味着它周围的磁场发生了变化，使得线圈感应出电流。法拉第终于实现了自己多年的梦想——通过磁运动发电！奥斯特·法拉第的发现深刻揭示了一组极其奇妙的物理对称性:运动的电产生磁，运动的磁产生电。

不仅磁棒和线圈之间的相对运动可以感应线圈中的电流，而且一个线圈中的电流也会发生变化，从而可以感应另一个线圈中的电流。

当线圈通过开关K与电源连接时，当开关K接通或断开时，感应电流将出现在线圈2中。如果与线圈1连接的DC电源被改变为交流电源，也就是说，交流电流将被提供给线圈1，这也将导致感应电流出现在线圈中。这也是因为线圈1中电流的变化导致线圈2周围磁场的变化。

科技应用

动圈式传声器

在剧院里，为了让观众能够清楚地听到演员的声音，往往需要放大声音，放大他们的服装。

麦克风的工作原理——电磁感应

它主要包括三个部分:麦克风、扬声器和扩音器。麦克风是一种将声音转换成电信号的设备。图2是电磁感应动圈式麦克风的结构示意图。当声波振动金属振膜时，与振膜相连的线圈(称为音圈)一起振动，音圈在永磁体的磁场中振动，其中产生感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向发生变化，变化的幅度和频率由声波决定。该信号电流被扬声器放大，然后传输到扬声器，从扬声器发出放大的声音。

磁带录音机

录音机主要由内置麦克风、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等组成。这是录音机的录音和回放原理示意图。录音时，声音使麦克风产生感应电流-音频电流，该电流随声音而变化。音频电流经放大电路放大后，进入记录头的线圈，在记录头的间隙产生随音频电流变化的磁场。磁带靠近磁头的间隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，声音的磁信号被记录在磁带上。

回放是记录的相反过程。回放时，磁带通过回放头的间隙，磁带上变化的磁场在回放头线圈中产生感应电流。感应电流的变化与记录的磁信号变化相同，所以线圈中产生的是音频电流，经放大电路放大后送到扬声器，扬声器将音频电流还原为声音。

在磁带录音机中，录音和回放功能是通过使用磁头来执行的，在录音时，磁头连接到麦克风。播放时，磁头连接到扬声器。

汽车速度计

驾驶室内的速度计是指示汽车行驶速度的仪器。它利用电磁感应的原理来制造

汽车速度计-电磁感应

表盘上指针的摆动角度与汽车的行驶速度成正比。速度计主要由传动轴、磁铁、速度计、弹簧游丝、指针轴和指针组成。其中永磁体与驱动驱动轴连接。表壳上安装有公里/小时刻度的表盘。

永磁体的磁感应线方向如图1所示。一部分磁感应线会穿过速度板，速度板上的磁感应线分布不均匀，越靠近磁极，磁感应线的数量越多。当驱动轴带动永磁体旋转时，穿过速度板各部分的磁感应线会依次变化，磁感应线的数量会沿着磁体旋转的前方逐渐增加，而沿着后方逐渐减少。根据法拉第电磁感应原理，当通过导体的磁感应线数量发生变化时，导体内部就会产生感应电流。从楞次定律也知道，感应电流也会产生磁场，磁感应线的方向会阻碍(不是阻止)原磁场的变化。根据楞次定律，沿着磁铁旋转的前沿，感应电流产生的磁感应线与磁铁产生的磁感应线相反，因此相互排斥。相反，后方感应电流产生的磁感应线方向与磁铁产生的方向相同，因此相互吸引。由于这种吸引力，快速转盘被磁铁旋转，轴和指针也一起旋转。

为了使指针根据不同的车速停留在不同的位置，在指针轴上安装了一个弹簧游丝，游丝的另一端固定在铁壳的框架上。当速度盘旋转一定角度时，游丝被扭转产生相反的扭矩。当它等于永磁体驱动速度板的扭矩时，速度板停留在该位置并处于平衡状态。此时，指针轴上的指针指示相应的速度值。

永磁体旋转的速度与汽车的速度成正比。当汽车行驶速度增加时，在速度盘内感应的电流和驱动速度盘转动的相应扭矩会成比例增加，会使指针转动更大的角度，因此指针指示的速度值会随着车速的不同而相应不同。当汽车停止行驶时，磁铁停止，弹簧游丝复位指针轴，使指针指向“0”。

熔炼金属

交流磁场在金属中感应出的涡流会产生热效应。与用燃料加热相比，这种加热方式有许多优点，包括加热效率高达50 ~ 90%；加热速度快；不同频率的交流电可以获得不同的加热深度，因为涡流在金属中不是均匀分布的。越靠近金属表层，电流越强，频率越高，这种现象越多。

利用涡流加热熔炼金属-电磁感应

利用涡流加热熔炼金属-电磁感应

了不起，叫“皮肤效应”。在工业上，感应加热按频率分为四种:工频(50hz)；中频(0.5 ~ 8千赫)；超级音频(20 ~ 60 kHz)；高频(60 ~ 600千赫)。工频交流由配电变压器直接提供；中频电流由三相电机驱动中频发电机或晶闸管逆变器产生；超音频和高频交流由大功率管振荡器产生。

无芯感应炉的用途是冶炼铸铁、钢、合金钢和铜、铝等有色金属。交流电的频率应根据坩埚能容纳的金属质量来选择，以获得最佳效果。例如:5公斤20千赫，100公斤2.5千赫，5吨1千赫至50千赫。

熔炼锅内充满待熔炼的金属，高频交流电通过线圈，在待熔炼的金属中产生强烈的涡流，从而产生大量的热量熔化金属。这种熔炼方法速度快，温度容易控制，可以防止有害杂质混入待熔炼的金属中，适用于熔炼特种合金和特殊钢。

感应加热也广泛应用于钢铁零件的热处理，如淬火、回火、表面渗碳等。例如，齿轮、轴等。只需要表面淬火来提高硬度和耐磨性，就可以用高频交流电放入a 空芯线圈中。表层可以在几秒钟内上升到淬火所需的高温，颜色为红色，但内部温度上升很少，然后用水或其他淬火剂快速冷却就足够了。

电动机

发电机可以“反向”运行，变成电动机。比如以法拉第盘为例，让一个DC电流被电压驱动，通过导电轴臂。然后，根据洛伦兹力定律，移动的电荷受到磁场B的力，这个力会使圆盘按照弗莱明左手定则设定的方向旋转。在没有不可逆效应(如摩擦或焦耳热)的情况下，磁盘的转速必须使dB/dt等于驱动电流的电压。

变压器

法拉第定律预测的电动势也是变压器的工作原理。当线圈中的电流变化时，变化的电流产生变化的磁场。磁场范围内的第二根导线会感受到磁场的变化，因此其耦合磁通量也会发生变化(dB/dt)。因此，第二个线圈中会有电动势，称为感应电动势或变压器电动势。如果一个电负载连接到线圈的两端，电流就会流动。

重要意义

法拉第的实验表明，只要流经闭合电路的磁通量发生变化，就会产生电流。这种现象称为电磁感应，产生的电流称为感应电流。

法拉第根据大量实验事实总结出以下定律:电路中感应电动势的大小与通过电路的磁通量变化率成正比。

感应电动势用=n/t表示，这是法拉第电磁感应定律。

电磁现象是电磁学中最重要的发现之一，它揭示了电现象和磁现象之间的相互关系。法拉第电磁感应定律的意义在于，一方面，根据电磁感应原理，人们制造了发电机，使大规模生产电能并远距离传输成为可能；另一方面，电磁感应广泛应用于电气技术、电子技术和电磁测量。自此，社会步入电气化时代。

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