【矩道物理虚拟实验室】发电机的工作原理(上)

2022/8/17 11:38:48 矩道科技 产品动态




自从奥斯特发现了电流的磁效应现象之后,整个科学界都兴奋了。既然电能生磁,那是不是磁也能生电呢?这自然成为了很多科学家探索的问题。


矩道物理仿真实验室——奥斯特电流的磁效应

其中,英国物理学家法拉第在10年中做了多次探索,1831年终于取得突破,发现了利用磁场产生电流的条件和规律,即电磁感应现象。


法拉第

(Michael Faraday,1791一1867)

英国物理学家,化学家

曾当过装订书籍的学徒,工余苦读

在1821一1831年间,法拉第进行了多次实验,发现了电磁感应现象


电磁感应现象

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流。
      现在我们就通过矩道3D虚拟仿真实验室探究产生电磁感应现象的条件。


闭合回路中部分导体切割磁感线产生感应电流

闭合回路中的其中一段导体棒,放置在磁场中,我们看到,当磁铁和导体棒都静止时,是没有感应电流产生的,如果让导体做切割磁感线的运动,我们会看到灵敏电流计指针的变化。


以上两种导体的运动均不能产生感应电流

以上内容是初中物理教材中的内容。到了高中阶段你会发现,除了闭合回路导体切割磁感线能产生感应电流之外,一切能引起穿过该闭合导体回路的磁通量发生变化的操作,都能产生感应电流。
      这里有个新名词“磁通量”。磁通量是什么?

设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与S的乘积叫作穿过这个面积的磁通量,用字母φ表示。


磁通量定义


从式子中我们可以发现,影响磁通量的因素有B和S两个。导体在做切割磁感线运动时,实际上是改变了S,才使得穿过这一闭合回路的磁通量发生了变化。
      那还有什么样的操作能引起磁通量的变化从而产生感应电流呢?

场景一:

一个条形磁铁和一个闭合回路的线圈,当磁铁在线圈中插拔时,我们看到线圈中有感应电流产生。因为磁铁的磁场不是匀强磁场,磁铁的运动,导致穿过线圈的磁感应强度发生变化,从而使穿过线圈这一回路的磁通量也发生了变化,从而产生了感应电流


因磁场运动而产生的磁通量变化

场景二:

一大一小两个线圈套在一起。给其中一个线圈通电后,会在线圈中产生磁场。当电路中电流发生变化时,磁感应强度也发生了变化,因此也会在另一个线圈中产生感应电流。
       除了这一种情况外,磁通量有无的变化当然也能产生感应电流,因此在开关通断的瞬间也都能产生感应电流。

因磁感应强度变化而产生的磁通量变化

当然如果不是闭合回路,而只是一段导体,也能在导体两端产生感应电动势。像因导体运动而产生的感应电动势我们称之为动生电动势,因磁场变化而产生的感应电动势叫做感生电动势。
      以上就是几种产生感应电流的几种现象。法拉第的发现,进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。根据这个发现,后来就发明了发电机,使人类大规模用电成为可能,开辟了电气化的时代。


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