【正文】 體外部，磁感應(yīng)線從 N 極出發(fā)，然后回到 S 極，在磁體內(nèi)部，是從 S 極到 N 極，這叫做磁感應(yīng)線的不可中斷性，如圖 2—2 所示。 2. 磁感應(yīng)線互不相交這是因?yàn)榇艌?chǎng)中任何一點(diǎn)磁場(chǎng)方向只有一個(gè)。3．磁感應(yīng)線的疏密程度與磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。磁感應(yīng)線稠密表示磁場(chǎng)強(qiáng)，磁感應(yīng)線稀疏表示磁場(chǎng)弱。三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度 為了描述磁場(chǎng)在上定面積上的分布情況而引入了磁通這一物理量。在磁場(chǎng)中，把通過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積的磁感應(yīng)線的總數(shù)目，叫做通過(guò)該面積的磁通，用字母表示。磁通的單位是韋伯“簡(jiǎn)稱韋，用 Wb 表示。?磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來(lái)表示磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，用字母 B 表示。 垂直通過(guò)單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目叫做該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它既有大小，又有方向。在磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，就是位于該點(diǎn)磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場(chǎng)中可表示為： .. . . ..學(xué)習(xí)參考BS??式中 —一磁感應(yīng)強(qiáng)度 (T)； B——磁通(Wb)；?——垂直于磁感應(yīng)線方向通過(guò)磁感應(yīng)線的面積( )。S 2m公式(2—1)說(shuō)明磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于單位面積的磁通。如果通過(guò)單位面積的磁通越多，則磁感應(yīng)線越密，磁場(chǎng)也越強(qiáng)，反之磁場(chǎng)越弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是韋/米 ，稱為特斯拉，簡(jiǎn)稱特，用字母 T 表示。2四、磁導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)證明，鐵、鉆、鎳及其合金對(duì)磁場(chǎng)影響強(qiáng)烈，具有明顯的導(dǎo)磁作用。但是自然界絕大多數(shù)物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)影響甚微，導(dǎo)磁作用很差。為了衡量各種物質(zhì)導(dǎo)磁的性能，引入磁導(dǎo)率這一物理量，用字母 表示。磁導(dǎo)率的單位為亨利/米(H/m)。不同物質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率。?在其他條件相同的情況下，某些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的強(qiáng)，另一些物質(zhì)的磁導(dǎo)率比真空中的弱。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得真空的磁導(dǎo)率為 ，且是常數(shù)。7041H/m????為了便于比較各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，把各種性質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中的磁導(dǎo)率進(jìn)行比較，引人相對(duì)磁導(dǎo)率這一物理量。任何一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值叫做相對(duì)磁導(dǎo)率，用以表示。即： 0r??相對(duì)磁導(dǎo)率沒(méi)有單位，只是說(shuō)明在其他條件相同的情況下，物質(zhì)的磁導(dǎo)率是真空磁導(dǎo)率的多少倍。 根據(jù)各種物質(zhì)的磁導(dǎo)率的大小，可將物質(zhì)分成三類。1 的物質(zhì)叫做反磁物質(zhì)，如銅、銀等； r?1 的物質(zhì)叫做順磁物質(zhì)，如空氣、鋁等；1 的物質(zhì)叫做鐵磁物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳及其合金等。r由于鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率很高，所以鐵磁物質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于電工技術(shù)方面(如制作變壓器、電磁鐵。電動(dòng)機(jī)的鐵心等)。表 2—1 中列出了幾種鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，供參考。表 2—1 幾種鐵磁物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)名稱 相對(duì)磁導(dǎo)率 r?鈷 174.. . . ..學(xué)習(xí)參考鎳 1 120退火的鐵 7 000軟鋼 2 180硅鋼片 7 500鎳鐵合金 60 000坡莫合金 115 000167。2—2 電流的磁場(chǎng)一、通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)磁鐵周圍有磁場(chǎng)，通電直導(dǎo)線的周圍也有磁場(chǎng)。例如，一根直導(dǎo)線垂直穿過(guò)水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些鐵粉。當(dāng)直導(dǎo)線通電時(shí)，鐵粉以導(dǎo)線為中心形成許多同心圓，如圖 2—3 所示：鐵粉的分布情況表示磁感應(yīng)線分布情況。若直導(dǎo)線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而證明了“動(dòng)電生磁”，即磁場(chǎng)是伴隨電流而存在的，而電流永遠(yuǎn)被磁場(chǎng)所包圍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，磁場(chǎng)方向與電流方向有關(guān)。若直導(dǎo)線垂直紙面，電流向著讀者而來(lái)，則磁場(chǎng)方向是逆時(shí)針?lè)较?；若直?dǎo)線上的電流是離開(kāi)讀者而丟，則磁場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，如圖 2—4a所示：為了討論問(wèn)題方便起見(jiàn)；規(guī)定用符號(hào)， 分別表示電流或磁感應(yīng)線垂直進(jìn)人和流出紙面的方向。通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線中的電流方向之間的關(guān)系可用安培定則(又稱右手螺旋定則)進(jìn)行判定。其具體內(nèi)容是：右手拇指指向電流方向，貼在導(dǎo)線上，其余四指彎曲握住直導(dǎo)線，則彎曲四指的方向就是磁感應(yīng)線的環(huán)繞方向；如圖 2—4b 所示。.. . . ..學(xué)習(xí)參考實(shí)驗(yàn)證明，通電直導(dǎo)線四周的磁感應(yīng)線距直導(dǎo)線越近，磁感應(yīng)線越密，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，反之，磁感應(yīng)線越疏 k 磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。導(dǎo)線中通過(guò)電流越大，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越密集，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大；反之，導(dǎo)線中通過(guò)電流越小，靠近直導(dǎo)線的磁感應(yīng)線越稀疏，磁感應(yīng)強(qiáng)度越小。 二、通電螺線管的磁場(chǎng) 已經(jīng)知道通電直導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)存在。若將通電直導(dǎo)線繞成多匝螺線管后，在它的周圍還有磁場(chǎng)存在嗎?為證實(shí)這個(gè)問(wèn)題。將磁針?lè)旁诼菥€管附近科當(dāng)螺線管不通電時(shí)，磁針沒(méi)有偏轉(zhuǎn)。當(dāng)通電時(shí)，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就說(shuō)明通電螺線管周圍有磁場(chǎng)存在。對(duì)于一個(gè)確定的螺線管，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與螺線管中所通過(guò)的電流大小成正比。通電螺線管磁場(chǎng)方向，與螺線管中通過(guò)的電流方向的關(guān)系，用右手螺旋定則進(jìn)行判定，如圖 2—5 所示。右手螺旋定則的內(nèi)容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過(guò)的電流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺線管的 N 極。由圖 2—5 可知，通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似。因此，一個(gè)通電螺線管相當(dāng)于一塊條形磁鐵?？傊?，凡是通電的導(dǎo)線，在其周圍必定會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而說(shuō)明電流與磁場(chǎng)之間有著不可分割的聯(lián)系。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。三、磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用通過(guò)前面學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一載流直導(dǎo)線周圍也存在磁場(chǎng)，若將其放入磁場(chǎng)中，兩者之間也會(huì)產(chǎn)生力，現(xiàn)在用如圖 2—6 所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)這一問(wèn)題。 在圖 2—6a 中，U 形磁鐵中水平放置一根直導(dǎo)線，它與磁感應(yīng)線垂直。當(dāng)導(dǎo)線上沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)線在磁場(chǎng)里靜止不動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線上有電流通過(guò)，且背離讀者而去，則導(dǎo)線因想一想：如果將一個(gè)鐵磁性材料插入到線圈中，對(duì)線圈的磁場(chǎng)有什么影響?這一點(diǎn)會(huì)有什冬應(yīng)用? .. . . ..學(xué)習(xí)參考受磁場(chǎng)作用而向左運(yùn)動(dòng)。若改變導(dǎo)線中的電流方向(見(jiàn)圖 2—6b)，即電流方向指向讀者，則導(dǎo)線受磁場(chǎng)作用向右運(yùn)動(dòng)。上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)的作用下而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在磁極固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向與電流方向有關(guān)；若導(dǎo)線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生改變。電動(dòng)機(jī)就是利用載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理制成的。 載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)是在力的作用下產(chǎn)生的。載流直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受到的力稱為電磁作用力，簡(jiǎn)稱電磁力，用字母 F 表示。電磁力既有大小，也有方向。電磁力方向(即導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向)、電流方向和磁場(chǎng)方向三者相互垂直。因?yàn)殡姶帕Φ姆较蚺c磁場(chǎng)方向及電流方向有關(guān)。所以，用左手定則(又稱電動(dòng)機(jī)定則)來(lái)判定蘭者之間的關(guān)系。左手定則的內(nèi)容是：伸平左手，使大拇指與其余四指垂直，手心對(duì)著 N 極，讓磁感應(yīng)線垂直穿過(guò)手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的方向就是磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線的作用力方向，如圖2—7 所示。實(shí)驗(yàn)證明，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)載流直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)載流直導(dǎo)線作用力的大小，與導(dǎo)線所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度、通過(guò)直導(dǎo)線的電流以及導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度的乘積成正比。即： FBIL?式中 ——磁感應(yīng)強(qiáng)度(Wb/ )； B2m——直導(dǎo)線中通過(guò)的電流(A)； I——直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度(m)； L——直導(dǎo)線受到的電場(chǎng)力(N)。 F四、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用由于磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，因此，磁場(chǎng)對(duì)通電線圈也有力的作用。在均勻磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形通電線圈 abcd，如圖 2—8 所示。當(dāng)線圈平面與磁感應(yīng)線平行時(shí)，因?yàn)?ab 和 dc 邊與磁感應(yīng)線平行，不受磁場(chǎng)作用，沒(méi)有電磁力，ad 和 bc 邊與磁感應(yīng)線垂直，受磁場(chǎng)作用而有電磁力。根據(jù)左手定則，ad 邊的受力方向是垂直向上，而 bc 邊的受力方向是垂直向下。因?yàn)?，ad=bc，根據(jù)公式(2—3)，可知，ad 和 bc 邊所受的.. . . ..學(xué)習(xí)參考電磁力大小相等。由于這一對(duì)電磁力大小相等，方向相反，所以構(gòu)成一對(duì)力偶。故線圈在力偶的作用下，圍繞軸線 做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如圖 2—8 所示是一個(gè)單匝線圈的直流電動(dòng)39。O機(jī)的工作原理圖。167。2—3 電磁感應(yīng)電和磁是可以互相轉(zhuǎn)化的。在一定條件下，電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)；同樣，磁場(chǎng)也能使導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。：磁轉(zhuǎn)化為電的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)。一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 為了研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，先做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一：將直導(dǎo)線 AB 放在磁場(chǎng)中，它的兩端與檢流計(jì)連接構(gòu)成閉合回路，如圖 2—6所示。當(dāng)導(dǎo)線向右移動(dòng)垂直切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，如圖 2—9a 所示，表示導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生；導(dǎo)線向左方垂直移動(dòng)切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但方向與前面的相反；如圖 2—9b 所示。導(dǎo)體不動(dòng)，沒(méi)有切割磁感應(yīng)線時(shí)，檢流計(jì)指針無(wú)偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明導(dǎo)線中沒(méi)有電流。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看到，導(dǎo)線的移動(dòng)速度越快，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，即電流越大。 實(shí)驗(yàn)二：將線圈的兩端與一個(gè)檢流計(jì)連接而構(gòu)成閉合回路，如圖 2—10 所示。.. . . ..學(xué)習(xí)參考當(dāng)條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)。如圖 2—10a所示，說(shuō)明線圈中磁通發(fā)生變化，線圈中有電流出現(xiàn)。若把條形磁鐵從線圈中拔出，在拔出瞬間，檢流計(jì)指針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈中磁通也發(fā)生變化，線圈中也有電流出現(xiàn)，如圖 2—10b 所示。當(dāng)條形磁鐵在線圈中停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢流計(jì)指針無(wú)偏轉(zhuǎn)，線圈中磁通沒(méi)有變化，線圈中也沒(méi)有電流。如果條形磁鐵插人或拔出的速度越快，即磁通量變化得越快，則檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越大，反之，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)越小。上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，無(wú)論是直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中作切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，還是磁鐵對(duì)線圈作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都是由于運(yùn)動(dòng)使得穿過(guò)(直導(dǎo)線或線圈組成的)閉合回路中的磁通量發(fā)生了改變，因而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。若直導(dǎo)線或線圈構(gòu)成回路，則直導(dǎo)線或線圈中將有電流出現(xiàn)?；芈分写磐康淖兓菍?dǎo)致直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的根本原因，即“動(dòng)磁生電” 。磁通量的變化越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)越大。因磁通變化而在直導(dǎo)線或線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)。由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在閉合電路形成的電流，叫做感應(yīng)電流。二、法拉第定律 從如圖 2—10 所示的實(shí)驗(yàn)中可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于條形磁鐵插入或拔出的快慢，即取決于磁通變化的快慢。磁通變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大；反之就越小。磁通變化的快慢，用磁通變化率來(lái)表示。例如，有一單匝線圈，在 時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通為 ，1t 1?在此后的某二時(shí)刻 ，穿過(guò)線圈的磁通為 ，那么在 這段時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)線圈的2t 2?2???磁通變化量為： 21因此，單位時(shí)間內(nèi)的磁通變化量，即磁通變化率是： 21tt????在單匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是： et??式中的絕對(duì)值符號(hào)，表示只考慮感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，不考慮方向。對(duì)手多匝線圈來(lái)說(shuō)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)各匝線圈的磁通變化率是相同的，所以每匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等。因此，多匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是單匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 N 倍，即： et???式中 ——在 時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值(V)； et?.. . . ..學(xué)習(xí)參考——線圈匝數(shù)； N / ——磁通變化率； ??t ——線圈中磁通變化量 (Wb)； ——磁通變化 所用的時(shí)間(s)。t?公式(2—5)說(shuō)明，當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小只與磁通變化率成正比。這就是法拉第定律。 想一想：上述規(guī)律可以用幾件簡(jiǎn)單的元件、儀表進(jìn)行驗(yàn)證。 三、楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律，只解決了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通變化率，但無(wú)法說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與磁通量變化之間的關(guān)系。為了找出它們之間的規(guī)律，必須對(duì)前面的實(shí)驗(yàn)再作進(jìn)一步研究。 從圖 2—10 實(shí)驗(yàn)中可以看到穿過(guò)線圈的原磁通的方向是向下的。 如圖 2—11a 所示，當(dāng)磁鐵插入線圈時(shí)，線圈中的原磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電流由檢流計(jì)的正端流人。此時(shí)，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個(gè)新的磁通。根據(jù)安培定則可以判定，新磁通與原磁通的方向相反，也就是說(shuō)，新磁通阻礙原有磁通增加。如圖 2—1lb 所示，當(dāng)磁鐵由線圈中拔出時(shí)，線圈中的原有磁通減少，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流由檢流計(jì)的負(fù)端流人。此時(shí)，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生一個(gè)新的磁通，根據(jù)安培定則判定，新磁通與原有磁通的方向是相同的，也就是說(shuō)，新磁通阻礙原有磁通的減少。 經(jīng)過(guò)上面的討論得出一個(gè)規(guī)律：線圈中磁通變化時(shí)