自感現(xiàn)象中的感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢

徐潤霞

（內(nèi)蒙古集寧一中 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

1 引言

自感現(xiàn)象屬于特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，主要是在導(dǎo)體本身電流變化的情況下出現(xiàn)。自感現(xiàn)象廣泛運用于各種無線電技術(shù)和電器設(shè)備中。例如，鎮(zhèn)流器和日光燈就是對線圈自感現(xiàn)象的運用。在中學(xué)《物理》課本中，介紹了斷路自感現(xiàn)象和通電現(xiàn)象是常見的兩種自感現(xiàn)象，同時從電磁感應(yīng)方面出發(fā)，對它們進(jìn)行了定性解釋。針對相同的電圈來講，具有較快的電流變化速度，磁電量穿過線圈時也會出現(xiàn)較快的變化[1]。本文主要運用物理電磁學(xué)有效研究上述兩種自感現(xiàn)象。

2 感應(yīng)電流

2.1 感應(yīng)電流的概念

1813年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即“磁生電”的條件，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流.因此，“閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁感線中做切割磁感線運動，所產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流”是片面的，導(dǎo)體不切割磁感線，也能產(chǎn)生感應(yīng)電流[2]。

2.2 產(chǎn)生感應(yīng)電流的相關(guān)條件

在磁場中，針對閉合電路來說，其部分導(dǎo)體做切割磁感線運動，使得感應(yīng)電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生。切割磁感線運功、一部分導(dǎo)體及閉合電路是感應(yīng)電流產(chǎn)生的三個條件。

2.3 對感應(yīng)電流方向如何進(jìn)行有效判斷

在電磁學(xué)中，右手定則判斷的方向與力無關(guān)。依靠左手定則的則與力有關(guān)，也就是說有關(guān)力的使用左手，用右手定則其他的（一般是對感應(yīng)電流方向進(jìn)行判斷）。（部分人對上述情況容易記混，能夠看出“力”字撇向左，使用左手；而“電”字撇向右，使用右手）。

導(dǎo)線切割磁感線時，為對其產(chǎn)生的方向進(jìn)行有效記憶，可以選擇右手手指和手掌的方向進(jìn)行分辨，也就是將右手伸出，使拇指垂直于剩余四指，在同一平面上和手掌進(jìn)行良好保持；從手心部位使磁感線進(jìn)入，使拇指向?qū)Ь€運動方向準(zhǔn)確指出，此時，感應(yīng)電流方向為四指指向的方向。此外導(dǎo)線切割磁感線時，對感應(yīng)電流方向進(jìn)行有效判斷的右手定則[3]。

2.4 什么與感應(yīng)電流大小具有密切的關(guān)系

感應(yīng)電流大小與以下方面具有密切的關(guān)系，主要包括：導(dǎo)線切割的速度大小、速度方向、條數(shù)及有效長度。主要為：在法拉第電磁感應(yīng)定律e(t)=-n(dΦ)/(dt)的基礎(chǔ)上，磁力線方向間的夾角θ的正弦、運動方向、運動速度v、導(dǎo)線長度L及磁感應(yīng)強度B與感應(yīng)電流大小之間的關(guān)系呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。如果磁感應(yīng)強度B增大，對于切割磁力線來說，會使其導(dǎo)線的長度L增大，使切割速度v提高，并使切割磁力線（θ＝90°）盡可能垂直，同時促進(jìn)感應(yīng)電流增大。然而應(yīng)當(dāng)注意的一點是：使切割速度提高，從理論層面來說，速度越大效果越顯著，但因電表指針存在較大的慣性，尤其對于大型演示電表來講，當(dāng)存在過大的切割速度時，指針響應(yīng)會出現(xiàn)不及時的情況，導(dǎo)致電表顯示出減小的感應(yīng)電流[4]。因此，在選擇切割速度時，應(yīng)當(dāng)注意適當(dāng)選擇，從而使演示效果獲得較好的成效。

2.5 感應(yīng)電流的磁場是否會阻礙原來磁場的變化

當(dāng)用條形磁鐵靠近線圈時，用外力讓線圈面積減小很多，有可能使得的磁通量變小.如磁場變?yōu)樵瓉淼?倍，即2B；而面積同時減小（用外力減小）到原來的1/4，即0.25S；此時磁通量為原來的1/2；磁通量減小了。據(jù)楞次定律，感應(yīng)的磁場阻礙原磁通量的變化，此時感應(yīng)的磁場方向應(yīng)與原磁場方向相同.若由此看來，感應(yīng)的磁場此時并不阻礙原來磁場的變化。所以我認(rèn)為感應(yīng)的磁場總是阻礙原來磁通量的變化，而不是阻礙原來磁場的變化。

3 感應(yīng)電動勢

3.1 感應(yīng)電動勢的概念

在閉合電路中，因電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生的電動勢（電位差）稱為感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的計量單位為伏，用符號V表示。感應(yīng)電動勢的表達(dá)式為：E=0.44fΦN，式中E-感應(yīng)電動勢(V)；f-電流頻率(Hz)；Φ-磁場的磁通量(Wb)；N-線圈的匝數(shù)。

3.2 感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件

中學(xué)階段，感應(yīng)電動勢分為感生電動勢和動生電動勢兩種。感生電動勢源于穿越閉合回路的磁通量發(fā)生變化，這時回路中有電動勢。動生電動勢源于切割磁感線，沒有組成閉合回路的情況下也存在。如果既是閉合回路，回路中的一段又在切割磁感線，那么總電動勢就是兩者簡單相加[5]。

4 感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的關(guān)系

感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的大小成正比。由法拉第電磁感應(yīng)定律e(t)=-n(dΦ)/(dt)，由閉合電路歐姆定律I=E/(R+r)，E為感應(yīng)電動勢，R為外電路總電阻，r為內(nèi)電阻。結(jié)論：感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的大小成正比[6]。

此外，部分學(xué)者[7]也指出，閉合線路中有電流存在，必然有電動勢（水往低處流的原理）。電流是由電源的電動勢引起的。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。產(chǎn)生感生電動勢的那部分做切割磁力線運動的導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。感生電動勢的大小跟穿過閉合電路的磁通量改變的快慢有關(guān)系（也就是線圈切割磁力線的磁感應(yīng)強度、導(dǎo)體長度、切割速度以及線圈與磁力線方向間夾角有關(guān)）。在物理課本中的公式（及解釋）：在勻強磁場中，當(dāng)一段導(dǎo)體做勻速切割磁感線運動時，不論是否閉合電路，磁力線方向間的夾角θ的正弦、運動方向、運動速度v、導(dǎo)線長度L及磁感應(yīng)強度B與感應(yīng)電流大小之間的關(guān)系均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

5 感應(yīng)電流方向和感應(yīng)電動勢方向的關(guān)系

在電源內(nèi)，二者異向，電源外，二者同向.導(dǎo)體棒切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，切割部分相當(dāng)于電源.電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極，也就是由低電勢流向高電勢，（因為安培力做功）.

6 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)改變流過線圈的電流時，會改變穿過線圈的磁通量，從而使自感電動勢產(chǎn)生，并對線圈中原來電流變化產(chǎn)生阻礙作用，當(dāng)在增大原來電流的狀況下，相比于原來電流方向，自感電動勢存在相反的方向；當(dāng)在減小原來電流的狀況下，相比于原來電流方向，自感電動勢存在相同的方向。感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢是高中《物理》課本中的重要內(nèi)容，但該部分知識較為復(fù)雜，不易理解。本文通過對感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的介紹，能夠使學(xué)生對兩者和兩者之間的關(guān)系進(jìn)行充分認(rèn)識，從而促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)成績顯著提高。

[1] 馬愛清，王淑情，張綺華，等.高壓交流輸電線路曝露場強限值下人體感應(yīng)電場和感應(yīng)電流分析[J].高電壓技術(shù)，2015，41(5)：1637-1643.

[2] 張瑞成，卓叢林.基于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流影響的軋機主傳動機電耦合系統(tǒng)參激振動機理研究[J].振動與沖擊，2016，35(17)：1-6.

[3] 鄭濤，陳佩璐，劉連光，等.地磁感應(yīng)電流對電流互感器傳變特性及差動保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，(22)：84-89.

[4] 尹偉科，魏兵，朱湘琴，等.一種計算HEMP環(huán)境下電纜感應(yīng)電流的混合算法[J].強激光與粒子束，2017，29(10)：61-66.

[5] 邱日強，朱峰，茍江川，等.架空屏蔽電纜-大地耦合的感應(yīng)電流諧振分析[J].高電壓技術(shù)，2015，41(4)：1243-1248.

[6] 馬愛清，王淑情，張綺華，等.高壓交流輸電線路曝露場強限值下人體感應(yīng)電場和感應(yīng)電流分析[J].高電壓技術(shù)，2015，41(5)：1637-1643.

[7] 張瑞成，卓叢林.基于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流影響的軋機主傳動機電耦合系統(tǒng)參激振動機理研究[J].振動與沖擊，2016，35(17)：1-6.