关于法拉第电磁感应定律介绍

[拼音]：Faladi dianci ganying dinglü

[外文]：Faraday's law of electromagnetic induction

确定闭合回路中由于磁通量变化而产生感应电动势的定律，是在1831年M.法拉第发现电磁感应现象的基础上总结得到的。

自从H.C.奥斯特在1820年发现电流的磁效应，揭示了电与磁联系的一个方面之后，不少物理学家试图探索磁是否也能产生电，他们曾经进行过不少实验，但均未获得成功。1824年起，法拉第也进行了努力的探索。当年，他曾把磁铁放在接有检流计的线圈内，结果没有发现检流计指针偏转。1825年，他将导线回路放在另一通电回路附近，期望在导线回路中能感应电流，因为他当时认为：既然带有电荷的导体能使附近导体感应电荷，那么，载有电流的导体也能使附近导体感应电流，二者应有相似的性质。但他在实验过程中由于只观察了恒定电流对导体的作用，未研究电流变化时的效应，而没有得到任何结果。1828年，他又设计了专门的装置，使导线和磁铁处于不同位置，都仍然未见导线内产生电流。这些失败并没有动摇他的信心，经过反复思索和实验，他终于在1831年8月29日第一次观察到感应的效应。他在一个外圆直径为 6英寸的软铁环上相对地绕了二组线圈A和B；线圈 B的两端用铜导线连结起来，并将铜导线的一段放在远离线圈B3英尺的一个磁针的上方，这个磁针相当于一个检流计；线圈A连接由10个电池组成的电池组。法拉第发现将线圈 A接通电池的瞬间，小磁针来回摆动，最终稳定在原来的位置；断开电池的瞬间，磁针再次出现扰动，然后又恢复原来位置。接着他稍事改进检测电流的装置，将连接线圈B的铜导线改制成扁平的线框，平行地放置在小磁针的旁边。他发现线圈A与电池组接通和断开的瞬间，线框对磁针吸引相反，表明接通和断开瞬间，线圈B中的电流方向相反。实验的结果出乎原来的预料，感应效应不是持续的而是短瞬的。为了证实感应电流是同磁的某种变化相联系的想法，9月24日，他在一根软铁棒上绕以线圈，将线圈与检流计连接，然后将软铁棒放在一根磁铁棒的N极和另一根磁铁棒的S极之间，两根磁铁棒的另一极彼此接触。每当软铁棒脱离或接触两极时，检流计的指针发生短暂的扰动。以后他进一步做了一系列实验，用来判明产生感应电流的条件和决定感应电流的因素。他观察了磁棒插入线圈和从线圈内移出时的感应现象（10月17日）；他做了电源接通和断开时两个同轴线圈的感应实验，并用铁心增强感应效应（10月1日和18日）;他借用皇家科学院大型磁铁增强感应效果，并用圆盘在磁场中的旋转获得连续的电流（10月28日），这是世界上第一台利用感应原理的发电机。此外，他还做了许多其他感应现象的实验。通过广泛的实验和精心的思索，他终于揭开了感应现象的奥秘。用他自己的语言来说，就是在电流和磁体周围的空间存在一种“紧张状态”，他用磁力线来描述这种“紧张状态”。当导线切割磁力线运动时产生感应电流。

1832年，法拉第发现在相同的情况下，不同金属导线中产生的感应电流同导线的导电能力成正比。这个结果表明，感应在于产生确定的电动势，它同导线的性质无关，而仅取决于导线对磁力线的切割。他甚至相信不论导线形成闭合回路还是开路，都可产生感应电动势。1834年俄国的Э.Χ.楞次给出了确定感应电流方向的明确表述。在这样的基础上，F.E.诺埃曼于1845年给出了感应定律的数学表述。虽然法拉第并没有把他的研究结果用数学公式定量表示出来，但他对于电磁感应现象的丰富研究，无疑有资格赢得发现的全部荣誉。用现代语言来表述，当回路内部的磁通发生变化时，回路上产生的感应电动势同总磁通的时间变化率成正比，用数学公式表示为

式中ε 是回路上的感应电动势， φ为穿过回路的总磁通，式中的负号反映感应电动势的方向，同楞次定律决定的方向一致。这个结论就是法拉第电磁感应定律。

法拉第电磁感应定律是电磁学的一条重要的基本定律，它的发现具有重大的意义。通过法拉第定律，可以对电和磁之间的联系有更进一步的认识，从而激励人们探索电和磁普遍联系的理论。从这定律出发，J.C.麦克斯韦推广了电场的概念：空间不但可以存在由电荷激发的静电场，也可存在由变化磁场激发的涡旋电场。根据这一假设，得出了电磁场方程组中的一个基本方程墷×E＝-дB/дt。

电磁感应现象的发现在实际应用方面有着更为重要的意义，电力、电信等工程的发展就同这一发现有密切的关系；发电机、变压器等重要电力设备都是直接应用电磁感应原理制成，用它们建立电力系统，将各种能源（煤、石油、水力等）转换成电能并输送到需要的地方，这就极大地推动了社会生产力的发展。

法拉第1831年8月29日日记手迹参见M.法拉第，它记录了电磁感应的第一个成功的实验。