电磁感应

一般来说，静电场是由匀速运动的电荷产生的，而静电场是由静止电荷产生的。电磁场是时变电流产生的时变场。

这些字段导致基于电磁感应原理产生EMF。1831年，英国物理学家迈克尔法拉第和美国科学家约瑟夫亨利同时独立地发现，线圈的磁场中的任何变化都会导致诱导该线圈中的EMF或电压。

这种磁场产生电动势的现象称为电磁感应。这一原理的两个常见应用是作为电力来源的发电机或交流发电机，以及增加或减少交流电路电动势的变压器。

什么是电磁感应?

通过导体切断磁通量线而在导体中获得感应电动势的现象或方法称为电磁感应。电动势，电动势不是顾名思义的力，而是力对单位电荷所做的功。

它有每电荷能量的维度。从法拉第的实验中可以得到两种产生电动势的方法，即固定线圈、运动磁铁和固定磁铁、运动线圈。让我们简单地了解一下这两件事。

固定线圈和移动磁铁

在这种方法中，一个N圈的线圈保持不变，产生磁力线的永磁体相对于线圈移动。考虑下图，一个N圈的线圈连接到电流计上，电流计给出电路中的电流指示。

永磁体在其中移动，通过线圈的磁线就会发生变化。所以只要有永磁体的运动，电流计就会偏转。当永磁体移动得越快，电流计的偏转就越大。

产生这种电流的原因是磁通线相对于静止线圈运动而产生电动势。这个电动势驱动电流通过电路。

固定磁铁和移动线圈

这是通过在固定磁铁产生的磁场中移动线圈来获得电动势的另一种形式。下图显示了一个由线圈AB组成的装置，它通过一些外部的方式移动，并连接到一个电流计来指示电流。

当AB导体向上或向下移动时，导体切割磁通线。因此，在导体中诱导EMF，电流开始流过电路，从而流频计开始偏转。

电流流动的方向由导体在磁场中的运动确定。如果导体快速移动，则更多将是电流。

从上述两种方法，应注意，为了诱导EMF，必须存在相对于导体的磁通量线的变化。具有该感应EMF的必要元件是导体或线圈，磁场（电磁铁或永磁体）和磁通量和导体之间的相对运动。

法拉第电磁感应定律

如上所述，两位科学家发现了电磁感应即迈克尔法雷德和约瑟夫亨利。由于Michael Faraday首先发表了他的发现并更详细地调查了电磁归纳，所描述电磁归纳的法律以他命名。他说了两种电磁诱导定律。

法拉第的第一条法律

它指出，每当与一个闭合电路相连的磁力线(磁通)发生变化，或者导体切断或被磁通切断时，电路中就会产生电动势，从而导致感应电流流过电路。只要磁通量变化或导体与磁通量之间的相对运动持续存在，就会产生这个电动势。

法拉第第二定律

它指出，在电路或线圈中感应的电动势的大小与磁链的变化率成正比。

考虑具有n的线圈和连接为φ1的初始通量。因此，与线圈相关联的初始磁通连杆是nφ1。在时间t期间，将与线圈连接的磁通量从φ1变为φ2。然后线圈的最终磁通连杆是nφ2。

因此，磁链的变化率= (N φ 2 - N φ 1) /t

根据法拉第定律，线圈会由于磁链的变化而产生电动势，根据第二定律，这个电动势与磁链的变化速率成正比。也就是说,

Eα（nφ2 - nφ1）/ t

e = (N φ 2 - N φ 1) /t

e = ndφ/ dt

其中dφ/ dt是通量的变化率

N是线圈的匝数

感应电动势产生电流的方向与产生电流的原因相反，这是根据楞次定律产生的。这种对立用一个负号在数学上表示为

e = - N φ /dt ...................(1)

感应电动势是一个标量，用伏特表示。它可以写成电场的形式

E =∮ē。（DL̄）............（2）

关于闭合路径的上述等式电压，使得如果路径的任何部分改变，则会改变EMF。

通过指定区域的总磁通量用磁场表示为

φ =∮s B̄.(ds)̄

在哪里B是磁通量密度

然后，等式2变为（假设n = 1即，单键线圈）

e = - d /dt(∮sB̄.(ds)̄)...............(3)

∮E̅̅= (dL) - d / dt(∮某人̄̄(ds) ) .............( 4)

这叫做楞次定律的积分形式。

通过考虑等式4并应用中风的定理，我们得到了

（DS）̄）= - D / DT（∮SB̄）

如果电路是静止的，则时间衍生物可以在积分内移动，然后它成为部分导数为

∮s∇×Ē.(ds)̄)= -∮(s)(∂/∂t (BM.(ds)M))

然后等同于积分

∇× EM =∂/∂t BM

这被称为法拉第定律的微分形式。

伦敦法尔

这条定律是以德国物理学家海因里希·伦茨的名字命名的，他推导出了这条定律。这条定律指出，电磁感应产生的感应电动势的方向总是使它倾向于产生一种与产生它的原因相反的电流。

这里，原因是负责生产EMF的助焊剂的变化。因此，诱导的EMF总是反对产生它的原因，并且它由EMF的数学表达的阴性符号表示。

e = - N φ /dt

考虑下图，线圈连接到电流计上。让一块条形磁铁朝线圈移动。磁铁的这种运动在线圈中产生电动势，从而产生电流。根据楞次定律，感应电流的方向与磁铁的运动方向相反，如图所示。

由电动势引起的电流产生它自己的磁场，该磁场与产生电动势的主磁场相反。所以楞次态即在闭合回路周围产生的电流是这样的，它所产生的磁场试图抵消导致产生电动势的磁通量变化。

在下图中，由于诱导的EMF，闭环电流在顺时针方向上流动。根据Lenz的定律，如果磁场B正在增加，则循环电流产生磁场B'，该磁场B'与磁通压通过环路相反。

那么通过一个闭合回路产生的电动势就变成，

∮Cem。（dl）m）= - d / dt（∮sbm。（ds）m）

负面标志代表Lenz的法律

电感

线圈中的磁感应效果随着时间的时间改变，电感L表示。在线圈中产生EMF的原因是电流流过它。因此，线圈中的电流的任何变化都是根据Lenz的法律所诱导的EMF反对。

这种反对电流变化的特性叫做电感。这种线圈内磁通的变化不仅是由于线圈内电流的变化，而且是由于附近线圈内电流的变化。因此，电感可以是自感也可以是互感。

自我电感

假设一个给定的电路是一个单环线圈，那么电流的任何变化都会改变与电流相关的磁通量。给定线圈本身拦截磁通，而磁通的变化将导致感应线圈本身的电动势。这种电动势称为自感电动势，它驱动与电流变化相反的感应电流。

这意味着当电流增加时，感生电动势就会减小电流并试图保持其原始值。同样，如果电流减小，感应电动势就会增大电流，并试图保持原来的值。

因此，通过线圈的电流的任何变化都与线圈相反，这种特性称为线圈的自感。由于感应电动势与产生它的原因相反，这个电动势也被称为反电动势或反电动势。

如果电路具有n个相同的转弯，则磁通连杆等于Nφ。而且如果由电路包围的介质是线性的，则磁通连杆与电流直接成比例。也就是说,

总通量连杆，λ=nφ和

λαnφ

λα我

λ=我

其中L是常数，称为电感

L = λ / I

l =nφ/ i

另外

e = - N φ /dt

磁通量可以表示为

φ=（φ/ i）×i

只要介质是线性的(磁导率是恒定的)，磁通与电流的比值就是恒定的。

通量变化率= (φ / I) ×电流变化率

d φ / dt = (φ / I) × dI/ dt

在EMF方程中取代，我们得到

e = - n（φ/ i）×di / dt

e = - （nφ/ i）×di / dt

其中（nφ/ i）是自感，并且表示为L.它被定义为每个安培电流的磁通连接，并在亨利（h）中测量。然后

e = - l di / dt

此外，这种自感系数表示为

l =nφ/ i

但φ = mmf/勉强

= NI /秒

那么L = (N / I) × (NI/S)

L = (N2 / S)

l/µa

其中l是磁通量路径的长度，a是磁路横截面的面积。

然后L =（n2 /（l /μa））

L = (N2µa / L)

L =（N2μOμRa）/ l铰链

相互电感

通过改变其他相邻电路中的电流在电路中产生诱导的EMF的现象称为互感。考虑到彼此相邻放置的两个线圈，如图所示。通过线圈A的电流产生通量φ1，并且该磁通的部分与线圈B连接。

这称为互磁通φ 2。如果通过线圈A的电流改变，则磁通φ 1也改变。由于该磁通与线圈B有关，故φ 2的互磁通的变化会在线圈B中产生电动势，该电动势称为互感电动势。

该EMF进一步驱动通过线圈B的电流。因此，相互电感是由于另一个线圈中的电流的变化引起的EMF在线圈中感应的特性。

线圈B中感应的电动势为

e2 = - N2 dφ 2 /dt

负号表示感应电动势根据楞次定律建立了一个反对与线圈相连的磁通变化的电流。

可以表示φ 2 = (φ 2/I1) × I1

如果介质的渗透率是恒定的，则φ2与I1成比例，因此该比率（φ2/ i1）是恒定的。
φ2=（φ2/ i1）×电流I1的变化率

= (φ 2/ I1) × dI1/ dt

因此感应的电动势为

E2 = - N2（φ2/ I1）×DI1 / DT

E2 = - （n2φ2/ i1）×di1 / dt

式中(N2 φ 2 / I1)为互感系数，记为m，定义为每一线圈内电流变化对另一线圈内总磁链的影响。用Henries (H)表示，则感应电动势为

e2 = - M × dI1/ dt

进一步，这种互感可以表示为

M = (N2 φ 2 / I1)

式中，φ 2为I1产生的φ 1焊剂部分。考虑K1为与线圈B连接的φ 1的分数，即

φ 2 = K1 φ 1

则M = (N2 K1 φ 1 / I1)

磁通量φ1表示为

φ 1 = mmf /磁阻

= (N1 I1) / S)

因此，m =（n2k1 / i1）×（n1 i1）/ s）

M = (K1 N1 N2) / S

如果线圈A产生的总通量与线圈B连接，则K1= 1

M = (N1 N2) / S

但是S = S = l/µa

然后m =（n1 n2）/（l /μa）

M = (N1 N2µoµr a) / l亨利

这是线圈B相对于线圈A的互感。数学上由线圈A产生的线圈B的互感和由线圈B产生的线圈A的互感是相同的。

螺线管电感

如图所示，考虑一个有N圈的螺线管。考虑通过电磁阀的电流为I安培，A为电磁阀的横截面积，l为电磁阀的长度。

螺线管的场强给出如下

H =每米的Ni / L安培

总磁通连杆=nφ

= N B A

= nμHa

=µN H A

以上述等式代替H.

总通量连锁=µN (NI/ l) A

=（μn2 i a）/ l

因此螺线管的电感为

l =总通量连杆/总电流

l =（μn2ia）/ l）/ i

L =µN2 A) / L亨利

环形的电感

考虑半径R的环形环，下图显示在图中。让电流通过戒指是我的。

环形环内的磁通密度为

B =(µNI) / (2πR)

具有n转弯的环形环中的总磁通连杆

总磁通连杆=nφ

= n b a（由于φ= b a）

= n（（μni）/（2πr））a

=(µN2 I A) / (2πR)

因此环形的电感是

l =总通量连杆/总电流

=(µN2 I A) / (2πR) (I)

L =（μn2a）/（2πr）

a是环形的横截面积，其等于πr2米

对于具有内半径R1和外半径R1的环形，高度H具有匝数N的总数，电感为

L =((µN2 h) / (2π)) ln (r2/r1)

电磁感应的应用实例

发电机

发电机从机械工作中产生电能（电动机的相反功能，转换机械能到电能）。

发电机的轴由诸如涡轮机或发动机的一些机械装置旋转，从而根据法拉第的电磁感应规律在线圈绕组中引起EMF。

如图所示，发电机的工作原理可以用一个被均匀磁场旋转的线圈来解释。但在实际的发电机中，电线通常缠绕在铁芯上。

每根导线形成线圈，线圈的两端通过与线圈一起旋转的滑环连接到外部电路。

外部电路连接到固定刷子，当每个环载玻片时，将与滑环接触。在发电机中，磁通量可以是移动或静止取决于固定或移动导体。

在上图中，永磁体产生静止磁通，导体或线圈相对于静止磁通运动。由于导体和磁通之间的相对运动，线圈或导体中会产生电动势。

该EMF驱动电流到外部负载电路。当导体的运动平面与通量的平面平行时，EMF感应为零并且当它垂直时，诱导的EMF将是最大的。该EMF也称为动态诱导的EMF。

变压器

变压器基本上由封闭的铁芯上的两个或更多个绕组组成。通过使用变压器，可以通过电压和电流水平的所需变化从一个交流电路转换电力。变压器基于两个线圈之间的互感原理工作。

当将电压施加到初级绕组时，电流通过它并在芯中设置磁通量。该磁通量在初级线圈中引起EMF，其必须与施加电压完全相等且相反。相同的通量也与芯的另一肢上的次级绕组连接。

因此，通过电磁感应原理在次级绕组中诱导EMF。与各自绕组相关联的EMF取决于每个绕组中的匝数。因此，在电路之间没有电耦合，变压器从一个电路传送电力。

通过适当地选择来自次级到初级的匝数比来获得初级至次级的所需电压比。

除了这些主要的例子外，还有许多应用程序使用电动电力传输，电磁炉，工业炉，医疗设备，电磁流传感器，乐器（如电小提琴和电吉他）等功能，使用电磁感应原理。。