应电动势或感生电动势,若将此导体闭合成一回路,则该电动势会驱使电子流动,形成感应电流（感生电流）迈克尔·法拉第是一般被认定为于1831年发现了感应现象的人,虽然Francesco Zantedeschi1829年的工作可能对此有所预见。

电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现,乃是电磁学领域中最伟大的成就之一。

它不仅揭示了电与磁之间的内在联系,而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础,为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路,在实用上有重大意义。

电磁感应现象的发现,标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明,电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。

若闭合电路为一个n匝的线圈,则又可表示为：式中n为线圈匝数,ΔΦ为磁通量变化量,单位Wb（韦伯） ,Δt为发生变化所用时间,单位为s.ε 为产生的感应电动势,单位为V（伏特,简称伏）。

电磁感应俗称磁生电,多应用于发电机。

设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,磁场的磁感应强度为B,平面的面积为S。

1、定义：在匀强磁场中,磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积,叫做穿过这

个面的磁通量。

2、公式：Φ=BS

当平面与磁场方向不垂直时：

Φ=BS⊥=BSsinθ（θ为两个平面的二面角）

3、物理意义

穿过某个面的磁感线条数表示穿过这个面的磁通量。

4、单位：在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,简称韦,符号是Wb。

1Wb=1T/1m²=1V·s。

现象

1、电磁感应现象：闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动。

2、感应电流：在电磁感应现象中产生的电流。

3、产生电磁感应现象的条件：

①两种不同表述

a．闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动

b．穿过闭合电路的磁场发生变化

②两种表述的比较和统一

a．两种情况产生感应电流的根本原因不同

闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动时,是导体中的自由电子随导体一起运动,受到的洛伦兹力的一个分力使自由电子发生定向移动形成电流,这种情况产生的电流有时称为动生电流。

穿过闭合电路的磁场发生变化时,根据电磁场理论,变化的磁场周围产生电场,电场使导体中的自由电子定向移动形成电流,这种情况产生的电流有时称为感生电流。

b．两种表述的统一

两种表述可统一为穿过闭合电路的磁通量发生变化。

③产生电磁感应现象的条件

不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有电流产生。

条件：a．闭合电路；b．一部分导体 ； c．做切割磁感线运动

能量转化

能的转化守恒定律是自然界普遍规律,同样也适用于电磁感应现象。

感应电动势

1、定义：在电磁感应现象中产生的电动势,叫做感应电动势。方向是由低电势指向高电势。

2、产生感应电动势的条件：穿过回路的磁通量发生变化。

3、物理意义：感应电动势是反映电磁感应现象本质的物理量。

4、方向规定：内电路中的感应电流方向,为感应电动势方向。

5、反电动势：在电动机转动时,线圈中也会产生感应电动势,这个感应电动势总要削弱电源电动势的的作用,这个电动势称为反电动势。

这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应,是1831年法拉第发现的。

回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化,因此研究磁通量的变化是关键,由磁通量的广义公式中（是B与S的夹角）看,磁通量的变化可由面积的变化引起；可由磁感应强度B的变化引起；可由B与S的夹角的变化引起；也可由B、S、中的两个量的变化,或三个量的同时变化引起。

下列各图中,回路中的磁通量是怎么的变化,我们把回路中磁场方向定为磁通量方向（只是为了叙述方便）,则各图中磁通量在原方向是增强还是减弱。

1、图：由弹簧或导线组成回路,在匀强磁场B中,先把它撑开,而后放手,到恢复原状的过程中。

2、图：裸铜线在裸金属导轨上向右匀速运动过程中。

3、图：条形磁铁插入线圈的过程中。

4、图：闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中。

5、图：同一平面内的两个金属环A、B,B中通入电流,电流强度I在逐渐减小的过程中。

6、图：同一平面内的A、B回路,在接通K的瞬时。

7、图：同一铁芯上两个线圈,在滑动变阻器的滑键P向右滑动过程中。

8、图：水平放置的条形磁铁旁有一闭合的水平放置线框从上向下落的过程中。

二、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时,可以产生感应电动势,感应电流,这是初中学过的,其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。

三、产生感应电动势、感应电流的条件：导体在磁场里做切割磁感线运动时,导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁通量发生变化时,线圈里就产生感应电动势。如果导体是闭合电路的一部分,或者线圈是闭合的,就产生感应电流。从本质上讲,上述两种说法是一致的,所以产生感应电流的条件可归结为：穿过闭合电路的磁通量发生变化。

即磁通量变化感应电流感应电流磁场磁通量变化。

2、当闭合电路中的磁通量发生变化引起感应电流时,用楞次定律判断感应电流的方向。

楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流为磁通量变化。

楞次定律是判断感应电动势方向的定律,但它是通过感应电流方向来表述的。按照这个定律,感应电流只能采取这样一个方向,在这个方向下的感应电流所产生的磁场一定是阻碍引起这个感应电流的那个变化的磁通量的变化。我们把“引起感应电流的那个变化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以简单表达为：感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。所谓阻碍原磁通的变化是指：当原磁通增加时,感应电流的磁场（或磁通）与原磁通方向相反,阻碍它的增加；当原磁通减少时,感应电流的磁场与原磁通方向相同,阻碍它的减少。从这里可以看出,正确理解感应电流的磁场和原磁通的关系是理解楞次定律的关键。要注意理解“阻碍”和“变化”这四个字,不能把“阻碍”理解为“阻止”,原磁通如果增加,感应电流的磁场只能阻碍它的增加,而不能阻止它的增加,而原磁通还是要增加的。更不能感应电流的“磁场”阻碍“原磁通”,尤其不能把阻碍理解为感应电流的磁场和原磁道方向相反。正确的理解应该是：通过感应电流的磁场方向和原磁通的方向的相同或相反,来达到“阻碍”原磁通的“变化”即减或增。楞次定律所反映提这样一个物理过程：原磁通变化时（原变）,产生感应电流（I感）,这是属于电磁感应的条件问题；感应电流一经产生就在其周围空间激发磁场（感）,这就是电流的磁效应问题；而且I感的方向就决定了感的方向（用安培右手螺旋定则判定）；感阻碍原的变化——这正是楞次定律所解决的问题。这样一个复杂的过程,可以用图表理顺如下：

楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因,即只要有某种可能的过程使磁通量的变化受到阻碍,闭合电路就会努力实现这种过程：

①阻碍原磁通的变化（原始表速）；

②阻碍相对运动,可理解为“来拒去留”,具体表现为：若产生感应电流的回路或其某些部分可以自由运动,则它会以它的运动来阻碍穿过路的磁通的变化；若引起原磁通变化为磁体与产生感应电流的可动回路发生相对运动,而回路的面积又不可变,则回路得以它的运动来阻碍磁体与回路的相对运动,而回路将发生与磁体同方向的运动；

③使线圈面积有扩大或缩小的趋势；

④阻碍原电流的变化（自感现象）。

利用上述规律分析问题可独辟蹊径,达到快速准确的效果。如图1所示,在O点悬挂一轻质导线环,拿一条形磁铁沿导线环的轴线方向突然向环内插入,判断在插入过程中导环如何运动。若按常规方法,应先由楞次定律 判断出环内感应电流的方向,再由安培定则确定环形电流对应的磁极,由磁极的相互作用确定导线环的运动方向。若直接从感应电流的效果来分析：条形磁铁向环内插入过程中,环内磁通量增加,环内感应电流的效果将阻碍磁通量的增加,由磁通量减小的方向运动。因此环将向右摆动。显然,用第二种方法判断更简捷。

应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：

①查明原磁场的方向及磁通量的变化情况；

②根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向；

③由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。

3、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时,用右手定则可判定感应电流的方向。

运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例,所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。用右手定则能判定的,一定也能用楞次定律判定,只是不少情况下,不如用右手定则判定的方便简单。反过来,用楞次定律能判定的,并不是用右手定则都能判定出来。如图2所示,闭合图形导线中的磁场逐渐增强,因为看不到切割,用右手定则就难以判定感应电流的方向,而用楞次定律就很容易判定。

要注意左手定则与右手定则应用的区别,两个定则的应用可简单总结为：“因电而动”用左手,“因动而电”用右手,因果关系不可混淆。

①E=nΔΦ/Δt（普适公式）{法拉第电磁感应定律,E：感应电动势(V),n：感应线圈匝数,ΔΦ/Δt:磁通量的变化率}。

②E=BLVsinA(切割磁感线运动) E=BLV中的v和L不可以和磁感线平行,但可以不和磁感线垂直,其中sinA为v或L与磁感线的夹角。{L:有效长度(m)}

③Em=nBSω（交流发电机最大的感应电动势）{Em:感应电动势峰值}。

④E=B(L^2)ω/2（导体一端固定以ω旋转切割）{ω：角速度(rad/s),V:速度(m/s),(L^2)指的是L的平方}。

2、磁通量Φ=BS {Φ：磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m²)} 计算公式△Φ=Φ1-Φ2 ,△Φ=B△S=BLV△t。

3、感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向：由负极流向正极}。

4、自感电动势E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大),ΔI:变化电流,?t:所用时间,ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)}。

特别注意 Φ, △Φ ,△Φ/△t无必然联系,E与电阻无关 E=n△Φ/△t 。 电动势的单位是伏V ,磁通量的单位是韦伯Wb ,时间单位是秒s。

一是电磁感应现象的规律。电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的特点

和规律,其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律。

楞次定律表述为：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即要想获得感应电流(电能)必须克服感应电流产生的安培力做功,需外界做功,将其他形式的能转化为电能。法拉第电磁感应定律是反映外界做功能力的,磁通量的变化率越大,感应电动势越大,外界做功的能力也越大。

二是电路及力学知识。主要讨论电能在电路中传输、分配,并通过用电器转化成其他形式能的特点规律。在实际应用中常常用到电路的三个规律(欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)和力学中的牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理和能量守恒定律等概念。

三是右手定则。右手平展,使大拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中,若磁力线垂直进入手心（当磁感线为直线时,相当于手心面向N极）,大拇指指向导线运动方向,则四指所指方向为导线中感应电流的方向。

电磁学中,右手定则判断的主要是与力无关的方向。为了方便记忆,并与左手定则区分,可以记忆成：左力右电（即左手定则判断力的方向,右手定则判断电流的方向）。

感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向：由负极流向正极}

计的指针发生了偏转,而在磁棒从线圈内抽出的过程中,电流计的指针则发生反方向的偏转,磁棒插进或抽出线圈的速度越快,电流计偏转的角度越大.但是当磁棒不动时,电流计的指针不会偏转。

对于线圈来说,运动的磁棒意味着它周围的磁场发生了变化,从而使线圈感生出电流.法拉第终于实现了他多年的梦想——用磁的运动产生电！ 奥斯特和法拉第的发现,深刻地揭示了一组极其美妙的物理对称性：运动的电产生磁,运动的磁产生电。

不仅磁棒与线圈的相对运动可以使线圈出现感应电流,一个线圈中的电流发生了变化,也可以使另一个线圈出现感应电流。

将线圈通过开关k与电源连接起来,在开关k合上或断开的过程中,线圈2就会出现感应电流. 如果将与线圈1连接的直流电源改成交变电源,即给线圈1提供交变电流,也引起线圈出现感应电流. 这同样是因为,线圈1的电流变化导致线圈2周围的磁场发生了变化。

因磁通量变化产生感应电动势的现象,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动,导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象,不能全面概括电磁感现象：闭合线圈面积不变,改变磁场强度,磁通量也会改变,也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下： 因磁通量变化产生感应电动势的现象。

法拉第定律

有些物理学家注意到法拉第定律是一条描述两种现象的方程式：由磁力在移动中的电线中产生的运动电动势,及由磁场转变而成的电力所产生的感应电动势。就像理查德·费曼指出的那样：

所以“通量定则”,指出电路中电动势等于通过电路的磁通量变化率的,同样适用于通量不变化的时候,这是因为场有变化,或是因为电路移动（或两者皆是）……但是在我们对定则的解释里,我们用了两个属于完全不同个案的定律：“电路运动”的和“场变化”的。

我们不知道在物理学上还有其他地方,可以用到一条如此简单且准确的通用原理,来明白及分析两个不同的现象。

– 理查德·P·费曼《费曼物理学讲义》

格里夫斯的书中也有类似陈述。

1、电路是闭合且通的。

2、穿过闭合电路的磁通量发生变化。

3、电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动（切割磁感线运动就是为了保证闭合电路的磁通量发生改变）(如果缺少一个条件,就不会有感应电流产生).。

电磁感应现象中之所以强调闭合电路的“一部分导体”,是因为当整个闭合电路切割磁感线时,左右两边产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针,对于整个电路来讲电流抵消了。

电磁感应中的能量关系。

电磁感应是一个能量转换过程,例如可以将重力势能,动能等转化为电能,热能等。

在剧场里,为了使观众能听清演员的声音,常常需要把声音放大,放大声音的装

置主要包括话筒,扩音器和扬声器三部分。话筒是把声音转变为电信号的装置。图2是动圈式话筒构造原理图,它是利用电磁感应现象制成的,当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动,音圈在永久磁铁的磁场里振动,其中就产生感应电流（电信号）,感应电流的大小和方向都变化,变化的振幅和频率由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。

磁带录音机

磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成,是录音机的录、放原理示意图。录音时,声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流,音频电流经放大电路放大后,进入录音磁头的线圈中,在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头缝隙移动,磁带上的磁粉层被磁化,在磁带上就记录下声音的磁信号。

放音是录音的逆过程,放音时,磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过,磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流,感应电流的变化跟记录下的磁信号相同,所以线圈中产生的是音频电流,这个电流经放大电路放大后,送到扬声器,扬声器把音频电流还原成声音。

在录音机里,录、放两种功能是合用一个磁头完成的,录音时磁头与话筒相连；放音时磁头与扬声器相连。

汽车车速表

汽车驾驶室内的车速表是指示汽车行驶速度的仪表。它是利用电磁感应原理,使

表盘上指针的摆角与汽车的行驶速度成正比。车速表主要由驱动轴、磁铁、速度盘,弹簧游丝、指针轴、指针组成。其中永久磁铁与驱动轴相连。在表壳上装有刻度为公里/小时的表盘。

永久磁铁的磁感线方向如图1所示。其中一部分磁感线将通过速度盘,磁感线在速度盘上的分布是不均匀的,越接近磁极的地方磁感线数目越多。当驱动轴带动永久磁铁转动时,则通过速度盘上各部分的磁感线将依次变化,顺着磁铁转动的前方,磁感线的数目逐渐增加,而后方则逐渐减少。由法拉第电磁感应原理知道,通过导体的磁感线数目发生变化时,在导体内部会产生感应电流。又由楞次定律知道,感应电流也要产生磁场,其磁感线的方向是阻碍（非阻止）原来磁场的变化。用楞次定律判断出,顺着磁铁转动的前方,感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相反,因此它们之间互相排斥；反之后方感应电流产生的磁感线方向与磁铁产生的磁感线方向相同,因此它们之间相互吸引。由于这种吸引作用,速度盘被磁铁带着转动,同时轴及指针也随之一起转动。

为了使指针能根据不同车速停留在不同位置上,在指针轴上装有弹簧游丝,游丝的另一端固定在铁壳的架上。当速度盘转过一定角度时,游丝被扭转产生相反的力矩,当它与永久磁铁带动速度盘的力矩相等时,则速度盘停留在那个位置而处于平衡状态。这时,指针轴上的指针便指示出相应的车速数值。

永久磁铁转动的速度和汽车行驶速度成正比。当汽车行驶速度增大时,在速度盘中感应的电流及相应的带动速度盘转动的力矩将按比例地增加,使指针转过更大的角度,因此车速不同指针指出的车速值也相应不同。当汽车停止行驶时,磁铁停转,弹簧游丝使指针轴复位,从而使指针指在“0”处。

熔炼金属

交流的磁场在金属内感应的涡流能产生热效应,这种加热方法与用燃料加热相比有很多优点,除课本所述外还有：加热效率高,达到50～90%；加热速度快；用不同频率的交流可得到不同的加热深度,这是因为涡流在金属内不是均匀分布的,越靠近金属表面层电流越强,频率越高这种现象越

显著,称为“趋肤效应”。工业上把感应加热依频率分为四种：工频（50赫）；中频（0.5～8千赫）；超音频（20～60千赫）；高频（60～600千赫）。工频交流直接由配电变压器提供；中频交变电流由三相电动机带动中频发电机或用可控硅逆变器产生；超音频和高频交流由大功率电子管振荡器产生。

无心式感应熔炉的用途是熔炼铸铁、钢、合金钢和铜、铝等有色金属。所用交流的频率要随坩锅能容纳的金属质量多少来选择,以取得最好的效果。例如：5千克的用20千赫,100千克的用2.5千赫,5吨的用1千赫以至50千赫。

冶炼锅内装入被冶炼的金属,让高频交变电流通过线圈,被冶炼的金属中就产生很强的涡流,从而产生大量的热使金属熔化这种冶炼方法速度快,温度容易控制,能避免有害杂质混入被冶炼的金属中,适于冶炼特种合金和特种钢。

感应加热法也广泛用于钢件的热处理,如淬火、回火、表面渗碳等,例如齿轮、轴等只需要将表面淬火提高硬度、增加耐磨性,可以把它放入通有高频交流的空心线圈中,表面层在几秒钟内就可上升到淬火需要的高温,颜色通红,而其内部温度升高很少,然后用水或其他淬火剂迅速冷却就可以了,其他的热处理工艺,可根据需要的加热深度选用中频或工频等。

法拉第电磁感应定律是基于法拉第于1831年所作的实验。这个效应被约瑟·亨利于大约同时发现,但法拉第的发表时间较早。

见麦克斯韦讨论电动势的原著。

于1834年由波罗的海德国科学家海因里希·楞次发现的楞次定律,提供了感应电动势的方向,及生成感应电动势的电流方向。

法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。

感应电动势用ε表示,即ε=nΔΦ/Δt这就是法拉第电磁感应定律。

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第电磁感应定律的重要意义在于,一方面,依据电磁感应的原理,人们制造出了发电机,电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面,电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。

1820年H.C.奥斯特发现电流磁效应后,许多物理学家便试图寻找它的逆效应,

提出了磁能否产生电,磁能否对电作用的问题,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在测量地磁强度时,偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824年,阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验,发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转,但磁针的旋转与铜盘不同步,稍滞后。电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象,但由于没有直接表现为感应电流,当时未能予以说明。

1831年8月,M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈 ,其一为闭合回路,在导线下端附近平行放置一磁针,另一与电池组相连,接开关,形成有电源的闭合回路。实验发现,合上开关,磁针偏转；切断开关,磁针反向偏转,这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到,这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验,把产生感应电流的情形概括为 5 类 ：变化的电流 , 变化的磁场,运动的恒定电流,运动的磁铁,在磁场中运动的导体,并把这些现象正式定名为电磁感应。进而,法拉第发现,在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比,他由此认识到,感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的,即使没有回路没有感应电流,感应电动势依然存在。

后来,给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同,把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种,前者起源于洛伦兹力,后者起源于变化磁场产生的有旋电场。

变压器

法拉第定律所预测的电动势,同时也是变压器的运作原理。当线圈中的电流转变时,转变中的电流生成一转变中的磁场。在磁场作用范围中的第二条电线,会感受到磁场的转变,于是自身的耦合磁通量也会转变（dΦB/dt）。因此,第二个线圈内会有电动势,这电动势被称为感应电动势或变压器电动势。如果线圈的两端是连接着一个电负载的话,电流就会流动。

电动机

发电机可以“反过来”运作,成为电动机。例如,用法拉第碟片这例子,设一直流电流由电压驱动,通过导电轴臂。然后由洛伦兹力定律可知,行进中的电荷受到磁场B的力,而这股力会按佛来明左手定则订下的方向来转动碟片。在没有不可逆效应（如摩擦或焦耳热）的情况下,碟片的转动速率必需使得dΦB/dt等于驱动电流的电压。