电磁感应在生活中的应用

电磁感应在生活中的应用

摘要：电磁感应现象是放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，一般表现为两种形式，即动生电动势与感生电动势。对这两种电动势从产生机制、能量转换等角度分别进行描述，来理解它们的统一和区别。电磁感应现象在生活中有很多的应用，对常见的几种例子分别进行阐述，对该现象有更具体的理解。

关键词：电磁感应定律电动势应用

一、电磁感应定律

不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势，电路已经具备了随时输出电能的能力。如果电路闭合，将会在回路中产生感应电流。这一现象是迈克尔·法拉第于１８３１年发现的，因此被称之为法拉第电磁感应定律。这是自奥斯特发现了电流产生磁场之后，在电磁学中的另一伟大发现，它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了基础。

通过实验表明，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电动势和感应电流。若电路不闭合，则电路没有电流，只存在感应电动势，感应电动势与穿过这一电路相对任一参照形成闭合环路的磁通量变化率成正比，方向用楞次定律判断。即无论回路是否闭合，都会产生感应电动势:

ε = -dφ/dt

感应电动势的存在不以导体存在为前提，根据复合函数求导及磁通量与磁感应强度关系，当上式中线圈匝数 n = 1 时，又可写为

ε = -d( ∫BdS) / dt = -∫( B / t) dS －∫B ( dS) / t

二、电动势

上式中，第一项表示线圈不动时磁感应强度 B随时间变化所产生的感应电动势，又称感生电动势，变压器及无线信号的接收天线是其典型应用; 第二项表示空间磁场不变，线圈面积变化产生的感应电动势，又称动生电动势，其典型应用于发电机。

１．动生电动势

回路或其一部分在磁场中的相对运动所产生的感应电动势，即变，称之为动生电动势。

动生电动势的产生是由于外力的作用，驱使导体在磁场内运动，整个过程中洛伦兹力与导体的运动方向垂直，即洛伦兹力不做功。因此，动生电动势能量的变化是外力的机械能转化为电能。

２．感生电动势

仅由磁场的变化而产生的感应电动势，即变，称之感生电动势。感生电动势时，导体或导体回路不动，而磁场变化。因此产生感生电动势的原因不可能是洛仑兹力。英国物理学家麦克斯韦指出：变化的磁场会在其周围空间激发出一种电场，称为感生电场，其电场线为闭合曲线，所以又称为涡旋电场。产生感生电动势的非静电力是感生电场力（或称为涡旋电场力）。

三、电磁感应的应用

电磁感应现象的发现为电和磁的转化铺平了道路，工程及生活应用中很多发明都是根据电磁感应原理制成的，如我们熟知的发电机、电磁炉以及将来肯定会普及的无接触式充电电池，等等。

（一）电磁炉：

（１）电磁炉内炉面一般是耐热陶瓷板，下方有

一铜线制线圈，线圈产生交流磁场（强弱不停变化

的磁场），交流磁场通过放在炉面上的铁磁性金属器

皿时，能量以两种物理现象在器皿内转化成热能：

（２）涡电流，交流磁场使器皿底部产生感应涡

电流，涡电流使锅底迅速发热，转化为热能; 磁滞损

耗，交流磁场在不停的改变锅底金属的磁极方向时会

造成能量损失而化成热能。主要的热力来源以涡流所产生的为主，磁滞损耗产生的热能少于１０％，加热了的器皿便可加热食物。电磁炉产生的电动势类型为感生电动势。

（二）无接触式充电电池

车的充电装置相当于汽车燃料的加注站，可以通

过反复充电提供车辆持续运行的能源。近年来，国

外涌现出了三种非接触式电动车充电装置，其中一种

充电方式就是利用电磁感应现象，充电原理是：为充

电线圈Ｎ１提供交流电并产生磁场时，磁力线穿过

与之分离一定距离的接收线圈Ｎ２。交流电产生的

交变磁场，使接收线圈产生相应的感应电动是并对外

充电。电磁感应通过送电线圈和接收线圈之间传输

电力，是最接近实用化的一种充电方式。该应用产生的电动势类型为感生电动势。

（三）磁悬浮列车

在其悬浮系统上、推进系统上、导向系统上都要

应用电磁感应定律。要想使沉重的列车悬浮起来，利

用超导技术的帮助才能实现。超导磁悬浮列车的概念

最先是由美国人提出，其基本原理如图1所示：在列

车的底部安装超导磁体，在轨道的两旁则铺设有一系列的闭合铝环，当列车运行起来时，由于超导磁体产生的磁场相对于铝环有运动，根据电磁感应原理，在铝环内就会产生感应电流，而超导体和感应电流之间会有相互作用，产生向上的排斥力。当排斥力大于列车的自身重力时，列车就会悬浮起来（离地上的轨道平面约1cm左右）。当然，当列车减速时，随着磁场的减小，相应的排斥力也变小，因此，悬浮列车也要配车轮，但它的车轮像飞机一样在高速运行时可以及时地收起来。当悬浮列车悬浮起来以后，由于没有了车轮和它的轨道之间的摩擦力，只需不大的功率（几千千瓦）就可以让列车达到500km/h的速度。（只需克服空气的阻力，而且噪音小，运行平稳）。与现有的列车相比，磁悬浮列车有高速、安全、噪音低和占地小等优点，

四、小结

不论是发动机，电磁炉还是无接触式充电电池都是利用电磁感应原理来实现其他形式的能量向电能的转化。产生的电动势类型有动生电动势、感生电动势抑或两种电动势都存在，电流为交流的形式输出。除了上述几种应用实例外，还有很多类似的发明，如汽车车速表，话筒等，在此不深入列举。

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