(一)导线切割磁力线产生感应电动势

当导线和磁场发生相对运动时,若导线切割了磁力线,将在导线中产生电动势,这种现象称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势,用e表示。由感应电动势产生的电流称为感应电流。

图1-17　发电机右手定则

感应电动势的方向可用发电机右手定则来确定,如图1-17所示。平伸右手,四指并拢并与大拇指垂直,使磁力线垂直穿过掌心,大拇指指向导线运动的方向,则四指的指向就是感应电动势的方向。发电机就是依据这一原理制成的,故这个判断方法又称为“发电机右手定则”。

感应电动势的大小同磁场强弱、导体运动的速度、导体在磁场中的长度有关。当导体沿着与磁力线垂直方向运动时,所产生的感应电动势为

式中 e——导体中的感应电动势,V;

L——导体在磁场中的有效长度,m;

v——导体的运动速度,m/s;

B——磁通密度,T。

(二)线圈中的感应电动势

当与线圈回路交链的磁通发生变化时,线圈回路会产生感应电动势及感应电流。线圈中感应电动势的方向有这样的规律:由它所产生的感应电流总是反抗原有磁通的变化,也就是说,当磁通增加时,感应电流产生的磁通与原磁通方向相反;当磁通减少时,感应电流产生的磁通与原磁通方向相同。这就是判断感应电动势方向的楞次定律。

感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比,即

式中 e——感应电动势,V;

N——线圈匝数;

ΔΦ——磁通变化量,Wb;(www.daowen.com)

Δt——磁通变化ΔΦ所需时间,s。

公式中负号是由感应电动势所产生的感应电流具有反抗原有磁通变化的规律决定的。

(三)自感电动势和电感

当通过线圈的电流产生变化时,线圈电流产生的磁通也跟着变化。这个变化的磁通反过来又会在线圈中产生感应电动势。这种由于线圈本身电流的变化而在本线圈内产生的感应电动势称为自感电动势,用eL表示。

根据楞次定律,自感电动势的方向也和感应电动势一样,总是反抗线圈中原有磁通的变化,即线圈中电流增加时,自感电动势的方向与线圈电流的方向相反,如图1-18(a)所示;当电流减少时,自感电动势的方向与线圈的电流方向相同,如图1-18(b)所示。

自感电动势表达式与感应电动势一样,即

图1-18　自感电动势方向

(a)电流增加情况;(b)电流减少情况

通常把线圈匝数N和穿过线圈的磁通Φ的乘积称为磁链,用Ψ表示,即Ψ=NΦ。因磁链的变化量ΔΨ=NΔΦ,所以自感电动势的表达式可改写为

通过线圈的自感磁链与通过线圈的电流I的比值,称为线圈的自感,即

电感的单位是H(亨利),较小的电感单位有mH(毫亨)或μH(微亨)。

当电感参数为常数时,自感电动势eL也可表达为

式中,Δi/Δt表示电流的变化率。由此可见,eL的大小与线圈中电流的变化率成正比。式中负号是自感电动势的方向具有反抗线圈中电流变化的规律决定的。