楞次定律的理论知识_计算公式_科学意义

一种有效的发电方法称为电磁感应，从发电到配电，基本无处不在。它是一个通过改变磁通量或磁场在导体上产生电压或电动势的过程。这种电磁感应理论是基于迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 于1830年发现的法拉第定律和楞次定律。

电磁感应发电可以通过两种方法实现，第一种方法是将电导体置于移动磁场中，第二种方法是电导体在固定磁场中稳定移动。当然，这些都与楞次定律有关，下面一起来了解了解。

基本概念

楞次定律(Lenz's law)的名称取自物理学家Emil Lenz，他在1834年发明了该定律。楞次定律定律指出：通过变化的磁场在导体中感应出电流的流动方向，然后通过感应电流形成的磁场将抵抗早期变化的磁场。

一旦通过磁场感应出电流，则感应电流产生的磁场将形成其磁场。因此，该场将通过形成它的磁场受到限制。

楞次定律主要取决于法拉第电磁感应定律，因为法拉第定律指出变化的磁场会在电导体内感应出电流，而楞次定律则指出感应电流的方向会限制产生它的早期变化的磁场。因此，这在法拉第定律公式中通过负号表示：ε=−dΦB/dt。

另外，可以通过改变磁场强度或沿线圈方向移动磁铁或远离线圈等来调整磁场。因此，可以说在电路中感应的电磁场大小与变化成正比通量率，即：ε∝dΦ/dt。

基本公式

根据法拉第定律，当通过磁通量的变化产生电动势时，称为楞次定律。这里，感应电流可以通过磁场限制初级变化磁场的感应电动势的极性产生。在法拉第电磁感应定律中，负号表示感应电动势ε与磁通量δΦB内的变化有相反的符号。楞次定律公式如下所示：

Emf=-N(ΔΦ/ Δt)

其中：'Emf' = 感应电压或电动势、'N'=循环数、'Δϕ'=磁通量内的变化、'Δt'=随时间变化。

楞次定律与能量守恒定律

通过楞次定律的感应电流方向必须产生磁场以服从限制产生它的磁场的能量守恒。该定律是能量守恒定律的产物。

一旦通过感应电流形成的磁场将与产生它的磁场的方向相似，之后这些磁场就会合并成一个更大的磁场。

该磁场将在导体中感应出一个电流，达到感应电流大小的两倍。因此可以得出结论，如果楞次定律没有规定感应电流应该形成磁场来限制所产生的磁场，那么将以一个不间断的正反馈回路来破坏能量保护。

楞次定律通常遵循牛顿第三运动定律，该定律指出对于每个动作总是存在等效和反向反应。如果感应电流形成的磁场与产生它的磁场的方向等效且相反，那么只有它抵抗区域内的磁场变化。

实验过程

楞次定律实验主要目的是为了发现楞次定律所述的感应电动势方向和电流。对于这个定律，其理论通过以下三个实验得到了证明。

第一个实验

在这个实验中，Emil Lenz说，当电流在电路的线圈内流动时，便会产生磁力线。当线圈内的电流供应增加时，磁通量将增加。因此，一旦磁通量增强，感应电流的流动方向就会受到限制。

第二个实验

在第二个实验中，Emil Lenz宣布，一旦载流线圈用其左端绕在铁棒上，其作用类似于N极并转向“S”线圈，则会产生感应电流。

第三个实验

在第三个实验中，Emil Lenz指出，一旦线圈在磁通量方向上被拖动，那么通过它相关联的线圈就会减少。因此，根据楞次定律，一旦在相似方向上提供感应电流，线圈的运动就会受到限制。

为了产生感应电流，磁场在线圈上施加力，然后通过磁场上的电流源使用力来限制它。

应用示例

1、一个包含350匝和7.5厘米半径的圆形线圈水平放置在桌子上方。一个恒定的磁场定位逐渐打开，因此磁场强度可以像时间函数一样表示为B(t) = 0.02(T /s2) ×t2。那么，线圈内完整的EMF（类似时间函数）是多少，电流以何种方式提供？

EMF = (-N) x (22/7 xr^2) x (d/dt B)

=-350 x 22/7 x (0.075 m)^2 x 2 x 0.020 T xt

=-25t * (Tm^2/ s^2)

=-25 t V/s

另外，电流顺时针方向供应。

2、如果导线内的电流是从B流向A，则如下图所示找出金属环导线内的感应电流方向。

根据楞次定律，感应电流的方向会制约其产生的原因。因此，环路内的电流将感应以支持导线内电流的流动，这意味着方向相似。结果，循环内的当前方向将是顺时针方向。

3、在圆形环路中，电阻“R”和面积“A”通过角速度“ω”在其整个直径的轴上转动，如下图所示。环路平面主要垂直于稳定磁场“B”，求出圆圈内的感应电流。

整个回路的直接磁通量为：ΦB=BAcosθ，其中，θ=ωt，所以，ΦB=BAcosωt。

根据法拉第定律：

ε=−dΦB/dt =–ε=−d/dt[BAcosωt]或者ε=[BAω sinωt]。

感应电流可以表示为：I=E/R=(BAω/R) sinωt。

在这里，电流和感应电动势都呈正弦变化。因此，电动势振幅为“BAω”，电流为BAω/R。

科学意义

楞次定律的科学意义包括以下几点内容：

• 解释了关于磁场变化如何与导体环相互作用的两个主要问题。
• 该定律依赖于能量守恒而不是动量守恒。
• 该定律可用于规定磁场是如何通过承载交流或直流的导体产生的。
• 该定律说明了感应电流的方向与感应磁场内的变化率之间的关系。
• 在电磁学中，这个定律是一个非常重要的概念。

局限性

楞次定律的局限性包括以下两点内容：

• 一旦磁铁沿线圈的方向移动，则外部磁场将在线圈内感应出电流，使其内部磁场通过相似的大小但方向相反，从而反向变化。
• 一旦磁铁移动通过线圈或线圈的其它面，则电流的流动将改变方向并且内部磁场将由于外部磁场而在相似方向内增强，因此再次与变化相反。

主要应用

楞次定律的应用非常广泛，其中的一些应用包括：

• 对于理解电感器内存储的磁能概念非常有帮助。
• 每当电动势源跨接在电感器上时，电流开始流过它，反电动势将限制流过电感器的电流增加。要产生电流，外部电动势源必须做一些工作来克服这种阻力。因此，这项工作可以通过电感器内存储的电动势来完成，一旦电动势的外部源与电路分离，它就可以得到改善。
• 楞次定律规定感应电动势和通量内的变化具有相反的符号，这从物理上理解了法拉第电磁感应定律中符号的替代。
• 该定律适用于发电机。一旦在发电机内感应出电流，则感应电流方向将相反并使发电机旋转。因此，发电机在使用电动机时需要更多的机械能来提供反电动势。
• 用于电磁炉和电磁制动。
• 用于金属探测器。
• 涡流测功机。
• 用于火车制动系统。
• 麦克风。
• 读卡器。

常见问题

1、楞次定律如何成为能量守恒的结果？

答：楞次定律主要取决于能量守恒的概念。众所周知，在楞次定律中，感应电流通常会限制产生它的源。因此，为了对抗相反的力量，需要付出一些额外的努力。所以这个额外的工作直接导致磁通量的周期性变化，因此会感应出巨大的电流。因此，额外的努力只是简单地转化为电能，这是能量守恒定律。

2、什么是楞次定律Igcse？

答：Igcse委员会代表“国际普通教育证书”，该委员会的这项法律规定，感应电流的供应方式始终与产生它的运动或电荷相反。

3、如果颠倒楞次定律会发生什么？

答：如果楞次定律被简单地颠倒，则感应电流会产生与原始变化相似方向的通量。因此，通量内的这种高变化可以产生更大的电流，随后通量内发生更大的变化。即使在创意刺激结束后，电流也会无限上升以产生能量。

4、楞次定律最重要的是什么？

答：该定律主要用于确定感应电流的方向

5、楞次定律中的负号表示什么？

答：在楞次定律中，负号主要表示线圈内感应出的电动势与磁通方向相反。此处该磁通通过线圈连接。

总结

以上就是关于楞次定律的基础内容介绍，该定律主要取决于能量守恒定律和牛顿第三定律。因此，它是推断感应电流方向是最合适的定律。此外，Emil Lenz还发现磁场强度与磁感应强度成正比。