磁生电（英国法拉第发现的现象）

磁生电现象

1831年，物理学家法拉第发现了磁能够生电。他找来两根长约62米的铜导线和一根粗长木棍，分别把两根铜导线缠绕在木棍上，铜导线的两端分别与电流计、电源开关相联。然后他把电源开关合上，这时，他似乎感到电流计指针跳动了一下，然后指又回到0点，难道在开关合的瞬时产生了感应电流？法拉第拉掉开关，准备重复一次，当开关刚拉开时，他又看到指针跳荡了一下，然后回到0点。他反复把开关拉开、合上，都发现了相同的结果。

根据这个实验，法拉第总结出电磁感应的规律：当穿过感应回路中的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流，感应电流方向总是阻碍回路中磁通量的变化，大小与单位时间内的磁通量变化成正比。

磁生电

原理

法拉第发现磁生电后，对其原理进行了总结：当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在导体上就会产生电流。这种现象被称作电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。

导体两端接在电流表的两个接线柱上，组成闭合电路，当导体在磁场中向左或向右运动，切割磁力线时，电流表的指针就发生偏转，表明电路中产生了电流。这样产生的电流叫感应电流。我们知道，穿过某一面积的磁力线条数，叫做穿过这个面积的磁通量。当导体向左或向右做切割磁力线的运动时，闭合电路所包围的面积发生变化，因而穿过这个面积的磁通量也发生了变化。导体中产生感应电流的原因，可以归结为穿过闭合电路的磁通量发生了变化。可见，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。这就是产生感应电流的条件。

感应电流的方向：导体向左或向右运动时，电流表指针的偏转方向不同，这表明感应电流的方向跟导体运动的方向有关系。如果保持导体运动的方向不变，而把两个磁极对调过来，即改变磁力线的方向，可以看到，感应电流的方向也改变。可见，感应电流的方向跟导体运动的方向和磁力线的方向都有关系。感应电流的方向可用右手定则来判定：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁力线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动的方向，其余四个手指所指的方向就是感应电流的方向。

磁生电的发现

感应电流究竟是如何产生的呢？设均匀磁场的磁力线向下垂直于纸面，导体平放在纸面上，方向正南正北，移动方向为西方。注：用右手定则判感应电流方向为南方。当导体向西移动时，可视为导体中的电荷也向西移动，而电荷在磁场中所受作用力的方向跟磁场方向、电荷运动方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电荷的运动方向，即西方，那么，拇指所指的方向，即南方，就是电荷在磁场中的受力方向。所以电流的方向应该是向南。

把线圈两端接在电流表上，组成闭合电路。当向线圈中插入或拔出磁铁时，电流表的指针偏转，表明电路中产生了感应电流。这是因为向线圈中插入磁铁时，穿过线圈的磁通量增大，从线圈中拔出磁铁时，穿过线圈的磁通量减小。穿过线圈的磁通量发生了变化，因而产生了感应电流。向线圈中插入或拔出磁铁的过程可以等效为导体切割磁力线的过程。磁通量的变化只是产生感应电流的表层的原因，真正的本质原因还是线圈中的电荷受洛仑兹力运动。

1）一部分导体在磁场中做切割磁感线运动

即导体在磁场中的运动方向和磁感线的方向不平行。

2）电路闭合

在磁场中做切割磁感线运动的导体两端产生感应电压，是一个电源．若电路闭合，电路中就会产生感应电流。若电路不闭合，电路两端有感应电压，但电路中没有感应电流。

导体中感应电流的方向，跟导体切割磁感线的运动方向和磁感线（磁场）的方向有关。

1）磁感线（磁场）方向不变，闭合电路中的一部分导体做切割磁感线的运动方向改变时，感应电流的方向也会发生改变。

2）导体切割磁感线的运动方向不变，磁感线的方向改变，导体中的感应电流方向也发生改变。

3）导体切割磁感线的运动方向和磁感线的方向都改变时，导体中的感应电流方向不变。

应用举例

如下图所示，放在磁场中的矩形线圈，两端各连一个铜环K和L，它们分别跟电刷 A 和B接触，并跟电流表组成闭合电路。让线圈在磁场中转动，由于ab边和cd边做切割磁感线的运动，电路中就有了感应电流。在线圈转动的前半周，线圈都从一个方向切割磁感线，因此电流方向从A经电流表到B不改变；在后半周，线圈从相反方向切割磁感线，电流方向和前半周相反，由B经电流表流向A。线圈继续转动，电流方向将周期性地重复上述变化。线圈在磁场里转动一周，电路中的感应电流的方向和大小就发生一个周期性变化。线圈在磁场中持续转动，线圈就向外部电路提供方向和大小都作周期性变化的交变电流。^[1]

磁生电

1）问题

将长约

2）答案与提示

增大磁体体积使摇线框的频率加快或增加铜芯的匝数。提示：可以从提高每秒钟转动的次数和增加这两个方面来考虑，当然你通过自己的动手实验，看还有没有其他的因素，可以动手试一试。

电磁感应现象在实际中有着广泛的应用，特别在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面。例如，在电工技术中，运用电磁感应原理制造的发电机、感应电动机及变压器等设备，为充分而又方便地利用自然界的能源提供了条件。在电子技术中，广泛地采用电感元件来发射接收或传递讯号；运用电磁感应的原理不仅制成多种电磁测量仪表，而且还制造了各种用于非电量电测的传感器。此外，例如加热用感应电炉、核物理研究中用的电子感应加速器等，也都运用了电磁感应原理。

附录—电生磁现象

电生磁现象是1831年奥斯特发现的。原理：通电导体周围存在磁场。右手螺旋法则可以判定磁场方向和电流的关系。电磁感应中电和磁是不可分割的，它们始终交织在一起。简单地说，就是电生磁、磁生电。

电生磁

如果一条直金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将会产生环形磁场。导线中流过的电流越大，产生的磁场就越强。磁场成环形，围绕导线周围。磁场的方向可以根据“右手螺旋定则”（又称安培定则）来确定：将右手拇指伸出，其余四指并拢弯向掌心。这时，四指的方向为磁场方向，而拇指的方向是电流方向。实际上，这种直导线产生的磁场类似于在导线周围放置了一圈NS磁极首尾相接的小磁铁的效果。

正电荷的流动给出的电流，跟负电荷的反方向流动给出的电流完全相同。因此，在测量电流时，流动的电荷的正负值通常可以忽略。根据常规，假设所有流动的电荷都具有正值，称这种流动为常规电流。常规电流代表电荷流动的净效应，不需顾虑到的电荷的正负号。

固态金属内部，正电荷载子是不能流动的，只有电子流动。由于电子载有负电荷，在金属内的电子流动方向与常规电流的方向相反。

将一条长金属导线在一个空心筒上沿一个方向缠绕起来，形成所谓的螺线管。如果给这个螺线管通电，会怎样呢？通电以后，螺线管的每一匝都会产生磁场，磁场的方向如下图中的圆形箭头所示。那么，在相邻的两匝之间的位置，由于磁场方向相反，总的磁场相抵消；而在螺线管内部和外部，每一匝线圈产生的磁场互相叠加起来，最终形成了如下图所示的磁场形状。也可以看出，在螺线管外部的磁场形状和一块磁铁产生的磁场形状是相同的。而螺线管内的磁场刚好与外部的磁场组成闭合的磁力线。

磁生电

电生磁的一个重要应用实例是实验室常用的电磁铁。为了进行某些科学实验，经常用到较强的恒定磁场，但普通的通电螺线管是不够的。为此，除了尽可能地增加绕制线圈的圈数外，还采用两个相对的螺线管靠近放置，使得它们的N、S极相对，这样两个线包直接就产生了一个更强的磁场。另外，螺线包中间放置纯铁（称为磁轭），聚集磁力线，也可增强线包中间的磁场强度。对于一个长螺线管，其内部的磁场强度计算公式为：

公式中，I是流过螺线管的电流，n是单位长度内的螺线管圈数。

如果两条通电直导线相互平行靠近，会发生什么现象呢？首先假设两条导线的通电电流方向相反。那么，根据上述说明，两条导线周围都产生圆形磁场，而且磁场的走向相反。两条导线之间的位置磁场会怎样呢？不难想象，在两条导线之间，磁场方向相同。这就好像在两条导线中间放置了两块磁铁，它们的N极和N极相对，S极和S极相对。由于同性相斥，这两条导线会产生排斥的力。类似地，如果两条导线通过的电流方向相同，它们会互相吸引。

如果一条通电导线处于一个磁场中，由于导线也产生磁场，那么导线产生的磁场和原有磁场就会发生相互作用，使得导线受力。这就是电动机和喇叭的基本原理。