关键在于磁通量变化
磁通量描述磁场穿过一个给定面的情况,取决于磁场、面积及方向等因素。穿过闭合回路的磁通量随时间变化时,回路中会出现感应电动势。
把磁体移入或移出线圈、改变线圈方向,或改变附近另一线圈中的电流,都可能产生这种效果。感应电动势与实际电流需要区分:回路是否闭合以及电阻等条件,会影响电流能否形成及其大小。
参考:[1]
法拉第的铁环实验
1831年,迈克尔·法拉第在皇家研究院用铁环和两组线圈进行实验。接通一组线圈中的电流时,另一组中出现短暂的电流效应;断开时又出现方向不同的响应。
当第一组中的电流保持稳定后,第二组的瞬时响应消失。这使实验指向磁状态的变化,而不是仅仅存在磁体或电流。皇家研究院保存的装置,将这一研究与具体实验条件联系起来。
法拉第定律与楞次定律
对于固定的单匝回路,法拉第定律可写作 ε = −dΦB/dt,其中ε表示感应电动势,ΦB表示穿过回路所围面的磁通量。磁通量变化越快,感应电动势的绝对值越大。
负号体现楞次定律所描述的方向关系:感应电流产生的磁作用反抗引起它的磁通量变化。这一关系与能量守恒一致;例如推动磁体产生电流,需要对相应的电磁作用做功。
发电机与变压器
发电机通过机械运动改变与线圈相联系的磁通量,把输入的机械能转化为电能。变压器则利用一个绕组中变化的电流,在另一个绕组中产生感应电动势,传递电能。
这些装置把19世纪实验中的电磁关系用于供电和设备运行。其效果依赖持续的能量输入与合适的电路条件,磁场的存在本身并不构成无限的能量来源。