导体在磁场中切割磁感应线时,导体两端会产生感应电动势(E=△φ/△t)。根据电动势的定义,我们可以推导出两种不同的表达式,即导体在磁场中切割磁感应线时感应电动势(E=BLV)的大小。
如果平面导体在磁场中旋转并切割出磁感应线,其产生的感应电动势的大小为E = BS,其中S为导体围成的面积,ω为导体平面在磁场中旋转的角速度。如果在回路中接入导体,将不可避免地形成电流。那么,如何判断导体感应电流的方向呢?
首先,我们将一个线圈固定在桌子上,然后将线圈连接到安培计上,然后用一块条形磁铁靠近线圈。这将会发生。当条形磁铁进入或拉出线圈时,电流表的指针向相反的方向偏转。
这种现象的背后,是条形磁铁进入或退出线圈时,线圈中感应电流的方向不同。电流的方向可以用楞次定律来描述,即导体在磁场中感应的电流产生的磁场总是阻碍引起导体的磁通量的变化。
当我们将条形磁铁的N极插入线圈时,线圈中感应电流产生的磁场的N极与条形磁铁的N极正相反,也就是此时线圈在阻挡条形磁铁进入线圈体。判断线圈中电流的磁场方向,可以用右手定则判断出线圈中感应电流的方向。
有人可能会奇怪,线圈中的电流产生的磁场和条形磁铁形成的磁场没什么区别。在这种情况下,通过比较来判断感应电流的方向。如果金属导体棒在磁场中切割磁感应线,如何判断其感应出的电流方向?
根据右手定则,介质电流通过金属导体棒产生的磁场是一个层层包围导体的闭合磁场。当金属导体移动切割磁感应线时,根据楞次定律,很难判断金属导体感应电流的方向。
在这种情况下,我们需要对楞次定律有深刻的理解。从能量守恒的角度来看,条形磁铁进入线圈发电的过程,其实就是外力对条形磁铁所做的功转化为电能,线圈中感应电流产生的磁场阻碍外力做正功。
从以上分析不难看出,即使金属导体中电流产生的磁场是一条闭合曲线,也完全不会影响我们对金属导体中感应电流方向的判断。金属导体在磁场中运动时,通过它的电流一定会产生安培力。
无论磁场方向如何,无论导体朝什么方向运动,金属导体上的安培力都必须与金属导体在磁场中的运动方向相反,因为只有这样,金属导体感应电流产生的磁场才能阻碍外力对金属导体做功,从而使整个系统的能量达到守恒状态。
现在磁场中金属导体上安培力的方向确定了,就可以根据左手定则确定金属导体中电流的方向。此时金属导体就相当于干电池,所以金属导体两端的感应电动势方向与其内部电流方向相反。
