楞次定律釋疑

謝軍平

楞次定律在高中物理知識體系中占有非常重要的地位，在判斷感應電流方向時具有不可替代的作用。但是初學者往往對該定律的內容難以理解，即便是理解也常處于淺層和表象，在實際應用時會出現一系列問題。為了便于讀者深刻領悟、有效掌握和應用好該定律，本文從以下幾個方面進行解讀、剖析。

一、楞次定律內容的理解

楞次定律的內容：“感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場方向總是要阻礙引起感應電流磁通量的變化?！痹摱砂韵聨讉€方面的信息：1.定律指出了感應電流的磁場方向，沒有直接指明感應電流的方向。2.感應電流的磁場方向如何判斷，定律當中用“阻礙”兩字恰到好處地進行了描述，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量變化，由于引起感應電流的磁通量就是原磁場的磁通量，故感應電流的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化。3.磁通量的變化不外乎兩種情況：一是磁通量增加，二是磁通量減小。若是前者必然是阻礙磁通量的增加，則感應電流的磁場方向必與原磁場方向相反；若是后者必然是阻礙磁通量的減小，則感應電流的磁場對原磁場進行補償，使感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。以上分析過程可概括為四個字：“增反減同”?！霸龇础敝冈磐吭黾訒r，感應電流的磁場方向就與原磁場方向相反；“減同”指原磁通量減小時，感應電流的磁場方向就與原磁場方向相同。

二、楞次定律與能量守恒定律的關系

楞次定律可以有不同的表述方式，但各種表述的實質相同。楞次定律的實質是：產生感應電流的過程必須遵守能量守恒定律。如果感應電流的方向違背楞次定律規定的原則，那么永動機就是可以制成的。下面分別就三種情況運用反推法說明。

（1）磁通量變化型：如果感應電流在回路中產生的磁場促進引起感應電流的原磁通量變化，那么，一旦出現感應電流，引起感應電流的磁通量變化將得到加劇，則感應電流進一步增加，磁通量變化也進一步加劇……感應電流在如此循環過程中不斷增加直至無限值，從而無需消耗外界能量就可以獲得足夠多的電能，這顯然違反能量守恒定律。

（2）導體棒切割型：如果構成閉合回路的導體棒作切割磁感線運動時產生的感應電流在磁場中受到的安培力方向與導體棒相對運動方向相同，安培力就會使導體棒加速，導體棒加速致使電路中產生更強的感應電流……如此循環，導體的運動速度將不斷增大，動能不斷增大，電路中產生的電能和在電路中損耗的焦耳熱都將不斷增大，卻不需外界做功，這也是違背能量守恒定律的。

（3）發電機：如果發電機轉子繞組上的感應電流的方向，與作同樣轉動的電動機轉子繞組上的電流方向相同，那么發電機轉子繞組一旦轉動，產生的感應電流就立即成了電動機電流，繞組將加速轉動，結果感應電流進一步加強，轉動進一步加速……如此循環，這個機器既可以作為發電機輸出越來越大的電能，又可以作為電動機對外做功。顯然這種永動機是不可能制成的。

三、楞次定律的推廣

楞次定律的最初表述是從感應電流的磁場總是要阻礙原磁通量的變化這一角度來確定感應電流方向的。將這一內在的、必然的電磁感應規律深度推廣后不難發現：為了阻礙原磁通量的變化，與電磁感應有關的一切現象、規律必然會向著阻礙磁通量變化的趨勢進行。這一推廣真正體現了“阻礙”的本質含義，也進一步揭示了“感應電流的效果總是要反抗引起感應電流的原因”這一因果制約關系。引起磁通量的變化的原因是多方面的，但根據磁通量的計算不難發現引起磁通量變化的原因無外乎以下幾種情況：①由磁場變化引起；②由面積變化引起；③由磁感應強度與面積的夾角變化引起；④以上情況兼而有之。綜上所述阻礙磁通量變化的形式將呈現多樣性、豐富性─—可能是磁場阻礙，可能是電流阻礙，也可能是運動阻礙，還可能是通過力來阻礙等等。但無論是哪一種方式的阻礙，其實質一定都是阻礙了原磁通量的變化。那么這種阻礙為什么“不徹底”——并沒有阻止原磁通量的變化，而只是在某種程度上推遲、延緩了原磁通量的變化呢？我們知道原磁通量的變化是主動變化，而感應電流的磁場則是被動產生，因此根據主動大于被動這一基本原理可知，感應電流的磁場只能阻礙而不能阻止原磁通量的變化。推而廣之，上述各種方式的阻礙都是因被動的感應電流而產生，所以出現的結果就只能是“阻礙”而不是“阻止”。endprint