1832年在獲悉法拉第發現電磁感應現象之後,俄國物理學家楞次立即開始電工方面的實驗研究。於1833年提出楞次定律:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。楞次定律還可表述為:感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。如果感應電流是由組成迴路的導體作切割磁感線運動而產生的,那麼楞次定律可具體表述為:“運動導體上的感應電流受的磁場力(安培力)總是反抗(或阻礙)導體的運動。”
要正確全面地理解“楞次定律”必須從“阻礙”二字上下功夫,具體來講:
一是起阻礙作用的是“感應電流的磁場”。
二是它阻礙“原磁通量的變化”,不是阻礙原磁場,也不是阻礙原磁通量。
三是不能簡單認為“感應電流的磁場必然與原磁場方向相反”或“感應電流的方向必然和原來電流的流向相反”。所以“楞次定律”可理解為:當穿過閉合迴路的磁通量增加時,相應感應電流(‘增加的磁通量’所感應的電流)的磁場方向總是與原磁場方向相反;當穿過閉合迴路的磁通量減小時,相應感應電流(‘減小的磁通量’所感應的電流)的磁場方向總是與原磁場方向相同。
四是“阻礙”不能理解為“阻止”,應認識到,原磁場是主動的,感應電流的磁場是被動的,原磁通量仍然要發生變化,阻止不了,而感應電流的磁場只是起阻礙作用而已。感應電流的磁場的存在只是減弱了穿過電路的總磁通量變化的速度,而不會改變原磁場的變化特徵和方向。
楞次定律和牛頓第一定律在本質上一樣的,同屬慣性定律。對於慣性,人們都不陌生:如果不受外力,靜止的物體將永遠保持靜止狀態,運動的物體將會做勻速直線運動一直運動下去。說明物體自身具有阻礙運動狀態改變的本領。而楞次定律中的“阻礙”,是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。同理,原本處於平衡狀態的物體,當受到的合力不為零時,物體的運動狀態就會發生變化,不會因為物體有慣性而不發生改變。楞次定律的結果也如此。
“楞次定律”揭示了一因果關係:感應磁場與原磁場磁通量變化之間阻礙與被阻礙的關係:原磁場磁通量的變化是因,感應電流的產生是果,原因引起結果,結果又反作用於原因,二者在其發展過程中相互作用,互為因果。
“楞次定律”是能量轉化和守恆定律在電磁運動中的體現,符合能量守恆定律,感應電流的磁場阻礙引起感應電流的原磁場的磁通量的變化,因此,為了維持原磁場磁通量的變化,就必須有動力作用,這種動力克服感應電流的磁場的阻礙作用做功,將其他形式的能轉變為感應電流的電能,所以“楞次定律”中的阻礙過程,實質上就是能量轉化的過程。
幾種有效的解題方法
電流元法:在整個導體上取幾段電流元,判斷電流元受力情況,從而判斷導體受力情況
等效磁體法:將導體等效為一個條形磁鐵,進而作出判斷
阻礙相對運動法:產生的感應電流總是阻礙導體相對運動。[3]
口訣法:“增反減同,來拒去留,增縮減擴”。
從楞次定律的上述表述可見,楞次定律並沒有直接指出感應電流的方向,它只是概括了確定感應電流方向的原則,給出了確定感應電流的程式。但這並不妨礙這個定律在電磁學的發展上具有重大的作用。
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