在存在感應電動勢的閉合電路中,感應電流具有一定的流向,那么感應電流的方向是由什么因素來決定的呢?
一、感應電流的方向
1、如圖所示:
當磁鐵移近或插入線圈時,線圈中感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相反(如圖甲、丙);當磁鐵離開線圈或從線圈中拔出時,線圈中感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相同(如圖乙、丁).
2、推理與結論
當磁鐵移近或插入線圈時,穿過線圈的磁通量增加,這時感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相反,阻礙磁通量的增加;當磁鐵離開線圈或從中拔出時,穿過線圈的磁通量減少,這時感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相同,阻礙磁通量減少.
在其他電磁感應現象中也有相同的規律.
結論:感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化.
二、楞次定律
1、楞次定律:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化.
(1)引起感應電流的磁通量是指原磁通量.
(2)“阻礙”并不是“相反”,而是當磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場方向相反;磁通量減少時,感應電流的磁場與原磁場方向相同.
感應電流的磁場對原磁通量的變化所起的阻礙作用不能改變磁通量變化的趨勢,僅起到一種延緩作用.
2、對楞次定律的理解
(1)從磁通量變化的角度來看:感應電流的磁場總要阻礙磁通量的變化.
(2)從導體和磁體的相對運動的角度來看:感應電流所受的安培力總要阻礙相對運動.
3、由楞次定律可以得到感應電動勢的方向.
(1)存在感應電動勢的那部分導體相當于電源,在電源內部的電流方向與電動勢方向相同.
(2)由楞次定律判斷出的感應電流方向就是感應電動勢的方向.
三、應用
1、鋁環實驗
2、如圖所示,一輕質閉合彈簧線圈用絕緣細線懸掛著,現將一根條形磁鐵的N極,垂直于彈簧線圈的平面靠近線圈,在此過程中,彈簧線圈將發生什么現象?
解法一:條形磁鐵的N極靠近線圈時,向左穿過線圈的磁通量較大,根據楞次定律,線圈中出現的感應電流的磁場向右,由安培定則可知線圈中的電流方向為逆時針方向(從線圈的右側向左觀察),再由左手定則判斷線圈所受的安培力在徑向沿半徑指向線圈中心,在軸向向左.所以線圈將徑向收縮并向左擺動.
解法二:磁極接近線圈時,線圈中所出現的感應電流將阻礙這一相對運動的進行,線圈要向左擺動,同時線圈所圍面積的縮小將起著阻礙穿過它磁通量增大的作用,因此線圈徑向收縮.
四、擴展知識——楞次
1804年2月24日誕生于愛沙尼亞.16歲以優異成績考入家鄉的道帕特大學.1828年被挑選為俄國圣彼得堡科學院的初級科學助理,1830年被選為圣彼得堡科學院通訊院士,1834年選為院士.曾長期擔任圣彼得堡大學物理數學系主任,后來由教授會選為第一任校長.
楞次在物理學上的主要成就是發現了電磁感應的楞次定律和電熱效應的焦耳-楞次定律.1833年,楞次在圣彼得堡科學院宣讀了他的題為“關于用電動力學方法決定感生電流方向”的論文,提出了楞次定律.亥姆霍茲證明楞次定律是電磁現象的能量守恒定律.
在電熱方面,1843年楞次在不知道焦耳發現電流熱作用定律(1841年)的情況下,獨立地發現了這一定律.他用改善實驗方法和改用酒精作傳熱介質,提高了實驗的精度.
1831年,楞次基于感應電流的瞬時和類沖擊效應,利用沖擊法對電磁現象進行了定量研究,確定了線圈中的感應電動勢等于每匝線圈中電動勢之和,而與所用導線的粗細和種類無關.1838年,楞次還研究了電動機與發電機的轉換性,用楞次定律解釋了其轉換原理.1844年,楞次在研究任意個電動勢和電阻的并聯時,得出了分路電流的定律,比基爾霍夫發表更普遍的電路定律早了4年.
1865年寒假,楞次在意大利羅馬中風去世.