試論感應電流方向的判斷

利用楞次定律和右手定則均可判斷感應電流的方向。右手定則進行判斷雖比較直觀，卻有一定局限性，楞次定律本身并沒有直接說明感應電流的方向如何，給出的是間接確定感應電流方向的方法。楞次定律中涉及的物理量多，且關系復雜，如果不明確各物理量間的關系，在學習過程中極易造成思路混亂，影響對定律的理解及把握定律的實質，導致不能正確判斷感應電流的方向。下面就利用楞次定律和右手定則判斷感應電流的方向談一點粗淺的看法。

一、正確理解楞次定律

楞次定律的內容是:在閉合回路中，感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。

1.產生感應電流的條件

由楞次定律的內容可知，產生感應電流的條件:只要穿過閉合回路的磁通量發生變化，閉合回路就有感應電流產生。其條件可以歸納為兩個:一個是電路本身的屬性，即電路必須是閉合回路;另一個是穿過回路的磁通量發生變化。主要體現在“變化”二字上。

2.明確“兩個”磁場的概念

當穿過閉合回路的磁通量發生變化時，閉合回路會產生感應電流，而感應電流與其他電流一樣也會產生磁場，即感應電流的磁場，這樣回路中就存在兩個磁場，一個是原磁場(引起感應電流的磁場)，另一個是感應電流的磁場(感應電流產生的磁場)，兩者不能混淆。

3.正確理解“阻礙”的含義

由定律內容可看出，其核心是“阻礙”。

(1)只有深刻理解了“阻礙”的含義，才能準確把握定律的實質。

①“阻礙”不等于“阻止”。磁通量的變化是引起感應電流的必要條件，原磁通量的變化是由外界條件變化(如電流的變化，相對位置的變化等)決定的，與感應電流無關。原磁通量變化是條件，是主動的，感應電流是其作用的結果，是被動的。當由于原磁通量的增加引起感應電流時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，其作用僅僅使原磁通量的增加變慢，磁通量仍在增加。當由于原磁通量的減少而引起感應電流時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同，其作用僅僅使原磁通量的減少變慢了，磁通量仍在減少。“阻礙”是指原磁通量變化時，感應電流的磁場減緩原磁通的變化的快慢，所以“阻礙”不等于“阻止”。

②“阻礙”不等于“相反”。感應電流的磁場方向與原磁場方向不一定相反。當原磁通量增強時，這種“阻礙”表現為感應電流產生的磁場方向與原磁場方向相反，感應電流的磁場“反抗”原磁通量的增加;當原磁場減弱時，這種“阻礙”則表現為感應電流產生的磁場方向與原磁場方向相同，感應電流的磁場“補償”原磁通量的減少。上述現象可用“增反減同”四個字來概括。

(2)楞次定律中 “阻礙”兩字的含義可從四個方面來理解。

①誰阻礙誰?感應電流的磁通阻礙原來的磁通。

②阻礙什么?阻礙原磁通量的變化，并不是阻礙磁通本身。

③如何阻礙?當磁通量增加時，產生的感應電流的磁場方向與原來的磁場方向相反;當磁通量減少時，產生的感應電流的磁場方向與原來的磁場方向相同，即“增反減同”。

④結果如何?阻礙不是阻止，結果是該增加的仍要增加，該減少的仍要減少，產生的感應電流的磁通只減緩了原磁通量變化的快慢。

4.楞次定律是能的轉換和守恒定律的一種體現

楞次定律是能量的轉化和守恒定律在電磁感應現象中的具體表現。根據能量守恒定律，能量不能無中生有，能量只能從其他形式的能量轉化而來。在電磁感應現象中，“阻礙”反映了楞次定律的實質性問題，即能量的轉化關系，正是因為存在著阻礙，所以才能將其他形式的能量轉化為電能，楞次定律中的“阻礙”正是能的轉化和守恒的具體體現。例如，當條形磁鐵從閉合線圈中插進與拔出的過程中，按照楞次定律，把磁鐵插入線圈或從線圈中拔出，都必須克服磁場的斥力或引力做功，實際上，正是這一過程消耗機械能轉化為電能再轉化為內能。又如發電機就是一個把機械能轉變為電能的裝置。發電機由原動機拖動，使發電機的導體不斷切割磁力線而產生電勢，當接通負載時，就產生電流和電功率。原動機必須供給發電機以機械功率來與發電機的電功率相平衡。

二、楞次定律與右手定則的關系

楞次定律是判斷感應電流方向的普遍定律，楞次定律與右手定則是一般與特殊的關系，一切電磁感應現象都符合楞次定律。右手定則判斷對象是一段直導體，若導體不動，不能應用右手定則，右手定則是楞次定律的一種特殊情況，只適用于部分導體做切割磁感線運動所產生的電磁感應現象。實際解題時，有的問題楞次定律和右手定則都能用，有些問題只能用楞次定律不能用右手定則，選擇用楞次定律還是用右手定則，要具體分析。

用右手定則能判斷的，一定也能用楞次定律判斷。如圖1所示，直導體ab向右作切割磁感線運動，用右手定則可判斷導體中感應電動勢的方向為由b到a。導體運動切割磁感線產生感應電流是磁通量發生變化引起感應電流的特例，所以判斷電流方向的右手定則是楞次定律的特例。用楞次定律判斷時，可假定補一段線使原直導體構成閉合回路，當導體向右切割磁感線運動時，通過閉合回路的磁通量增加，感應磁通方向與原磁通方向相反，即為“”，由安培定則判斷，回路感應電動勢的方向為逆時針，在ab段方向為由b到a，這與右手定則判斷的結果是一致的。一般情況，用右手定則能判斷的，一定也能用楞次定律判斷，只是不少情況下，不如用右手定則判斷來得方便簡單。

用楞次定律能判斷的，并不一定用右手定則能判斷出來。如閉合線圈中的磁通量變化，用右手定則難以判斷感應電流的方向;相反，用楞次定律就很容易判斷出來。

一般情況，判斷電磁感應現象中部分導體切割磁感線運動產生感應電動勢用右手定則，閉合回路磁通量變化產生感應電流用楞次定律。

三、感應電流方向的判斷方法

引起磁通量變化的原因通常有:原磁通量變化、導體和磁體間作相對運動、閉合導體的有效面積變化、原電流變化等。磁通變化的情況不外乎增加或減少。在判斷閉合電路中能否產生感應電流時，關鍵是分析穿過閉合電路中的磁通量是否發生變化。

解題時，首先根據題意來確定用楞次定律還是右手定則，選用楞次定律，應該遵循以下步驟:

明確所研究對象(閉合回路)，判斷原磁場的方向;

明確閉合回路內原磁場磁通量的變化情況(是增加還是減少)?

根據楞次定律判斷感應電流的磁場方向。

利用安培定則根據感應電流的磁場方向判斷感應電流的方向。

例如，圖2所示電路，開關S閉合時，根據安培定則，穿過線圈A和線圈B的磁通Φ方向，向右。開關S閉合瞬間，電流i增大，穿過線圈A和線圈B的磁通量Φ增大;兩線圈感應電流的磁場Φ′與其原磁場方向相反，向左;根據感應電流的磁場方向，利用安培定則可判斷出線圈A和線圈B感應電流的方向分別如圖iA、iB，其中iA的方向與電流i的方向相反。eA是線圈A產生的自感電動勢，eB是線圈B產生的互感電動勢。

圖2 圖3

例如，圖3所示，4根同樣光滑的細鋁桿a、b、c、d放在同一水平桌面上，其中a、c固定，b、d靜止地放在a、c桿上，接觸良好，O點為回路中心，如圖，當條形磁鐵一端從O點正上方向下插向回路時， abcd構成回路，回路中磁通量增加，產生感應電流。同時，b、d中的電流又受到安培力作用而發生運動。這時可采用兩種方法進行分析:

1.方法1

先假設N極插向回路，則原磁感線向下呈發散狀;因導線切割磁感線，由右手定則，可知感應電流方向俯視為逆時針;根據左手定則知b導線受到向右的安培力，d導線受到向左的安培力，b、d分別向O點靠近。再假設S極插向回路，也可以得到同樣的結論。

2.方法2

當磁鐵插向回路的過程中(無論哪極朝下)，穿過回路的磁通量增加，從阻礙磁通量的增加很快可得出b、d均向O點運動，使回路的面積縮小，來抵消磁通量的增加。

四、楞次定律的擴展

楞次定律適用于磁通變化引起電流的各種情況，楞次定律可擴展為感應電流的效果總是阻礙產生感應電流的原因。根據楞次定律擴展的含義，楞次定律常有以下幾種表現形式。

第一，阻礙原磁通量的變化，概括為:“增反減同”。

第二，阻礙導體與磁體間的相對運動，概括為:“來拒去留”或“兵來將擋，敵退我追”。

第三，阻礙原電流的變化(自感現象)，概括為:“增反減同”。

楞次定律的幾種表現形式適用于定性判斷感應電流產生的效果，據此解題比直接運用楞次定律本身要方便得多。

總之，在深入理解楞次定律的基礎上，根據電磁感應現象，明確解題步驟，找到感應電流方向判定的正確方法。

(作者單位:河南省許昌市高級技工學校)