电磁的基本知识·苏州电工培训
的磁场与条形磁铁的磁场相似。因此，一个通电螺线管相当于一块条形磁铁。
总之，凡是通电的导线，在其周围必定会产生磁场，从而说明电流与磁场之间有着不可分割的联系。电流产生磁场的这种现象叫做电流的磁效应。
想一想：如果将一个铁磁性材料插入到线圈中，对线圈的磁场有什么影响?这一点会有什冬应用? 三、磁场对载流直导线的作用
通过前面学习已经知道，两块磁铁之间有力的作用一载流直导线周围也存在磁场，若将其放入磁场中，两者之间也会产生力，现在用如图2—6所示的实验来证实这一问题。
在图2—6a中，U形磁铁中水平放置一根直导线，它与磁感应线垂直。当导线上没有电
流通过时，导线在磁场里静止不动。当导线上有电流通过，且背离读者而去，则导线因受磁场作用而向左运动。若改变导线中的电流方向(见图2—6b)，即电流方向指向读者，则导线受磁场作用向右运动。上述实验说明载流直导线在磁场的作用下而产生运动。在磁极固定时，运动方向与电流方向有关；若导线中电流方向不变，只改变磁极方向，则导线的运动方向也发生改变。电动机就是利用载流导线在磁场中产生运动的原理制成的。
载流直导线在磁场作用下产生运动，而运动是在力的作用下产生的。载流直导线在磁场中所受到的力称为电磁作用力，简称电磁力，用字母F表示。电磁力既有大小，也有方向。
电磁力方向(即导线运动方向)、电流方向和磁场方向三者相互垂直。因为电磁力的方向与磁场方向及电流方向有关。所以，用左手定则(又称电动机定则)来判定兰者之间的关系。
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左手定则的内容是：伸平左手，使大拇指与其余四指垂直，手心对着N极，让磁感应线垂直穿过手心，四指的指向代表电流方向，则大拇指所示的方向就是磁场对载流直导线的作用力方向，如图2—7所示。
实验证明，在匀强磁场中，当载流直导线与磁场方向垂直时，磁场对载流直导线作用力的大小，
与导线所处的磁感应强度、通过直导线的电流以及导线在磁场中的长度的乘积成正比。即：
F?BIL
式中 B——磁感应强度(Wb/m2)；
I——直导线中通过的电流(A)； L——直导线在磁场中的长度(m)； F——直导线受到的电场力(N)。
四、磁场对通电线圈的作用
由于磁场对通电导线有作用力，因此，磁场对通电线圈也有力的作用。在均匀磁场中放置一个矩形通电线圈abcd，如图2—8所示。
当线圈平面与磁感应线平行时，因为ab和dc边与磁感应线平行，不受磁场作用，没有电磁力，ad和bc边与磁感应线
垂直，受磁场作用而有电磁力。根据左手定则，ad边的受力方向是垂直向上，而bc边的受力方向是垂直向下。
因为，ad=bc，根据公式(2—3)，可知，ad和bc边所受的电
磁力大小相等。由于这一对电磁力大小相等，方向相反，所以构成一对力偶。故线圈在力偶的作用下，围绕轴线OO'做顺时针旋转。如图2—8所示是一个单匝线圈的直流电动机的工作原理图。
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§2—3 电磁感应
电和磁是可以互相转化的。在一定条件下，电流能够产生磁场；同样，磁场也能使导线中产生电流。：磁转化为电的现象叫做电磁感应。
一、电磁感应现象
为了研究电磁感应现象，先做两个实验。
实验一：将直导线AB放在磁场中，它的两端与检流计连接构成闭合回路，如图2—6所示。当导线向右移动垂直切割磁感应线时，检流计指针偏转，如图2—9a所示，表示导线中有电流产生；导线向左方垂直移动切割磁感应线时，检流计指针也发生偏转，但方向与前面的相反；如图2—9b所示。
导体不动，没有切割磁感应线时，检流计指针无偏转，说明导线中没有电流。通过实验可以看到，导线的移动速度越快，检流计指针偏转越大，即电流越大。
实验二：将线圈的两端与一个检流计连接而构成闭合回路，如图2—10所示。
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当条形磁铁插入线圈瞬间，线圈中的磁通量增加，检流计指针向右偏转。如图2—10a所示，说明线圈中磁通发生变化，线圈中有电流出现。若把条形磁铁从线圈中拔出，在拔出瞬间，检流计指针向相反方向偏转，说明线圈中磁通也发生变化，线圈中也有电流出现，如图2—10b所示。当条形磁铁在线圈中停止运动时，检流计指针无偏转，线圈中磁通没有变化，线圈中也没有电流。如果条形磁铁插人或拔出的速度越快，即磁通量变化得越快，则检流计指针偏转越大，反之，检流计指针偏转越小。
上述两个实验说明，无论是直导线在磁场中作切割磁感应线运动，还是磁铁对线圈作相对运动，都是由于运动使得穿过(直导线或线圈组成的)闭合回路中的磁通量发生了改变，因而在直导线或线圈中产生电动势。若直导线或线圈构成回路，则直导线或线圈中将有电流出现。回路中磁通量的变化是导致直导线或线圈中产生电动势的根本原因，即“动磁生电”。磁通量的变化越大，产生的电动势越大。
因磁通变化而在直导线或线圈中产生电动势的现象，叫做电磁感应。由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。由感应电动势在闭合电路形成的电流，叫做感应电流。
二、法拉第定律
从如图2—10所示的实验中可知，感应电动势的大小，取决于条形磁铁插入或拔出的快慢，即取决于磁通变化的快慢。磁通变化越快，感应电动势就越大；反之就越小。磁通变化的快慢，用磁通变化率来表示。例如，有一单匝线圈，在t1时刻穿过线圈的磁通为?1，在此后的某二时刻t2，穿过线圈的磁通为?2，那么在?t?t2?t1这段时间内，穿过线圈的磁通变化量为：
????2??1
因此，单位时间内的磁通变化量，即磁通变化率是：
???t??2??1t2?t1
在单匝线圈中产生的感应电动势的大小是：
e????t
式中的绝对值符号，表示只考虑感应电动势的大小，不考虑方向。
对手多匝线圈来说，因为通过各匝线圈的磁通变化率是相同的，所以每匝线圈感应电动
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势大小相等。因此，多匝线圈感应电
动势是单匝线圈感应电动势的N倍，即：
e?N???t
式中 e——在?t时间内感应电动势的平均值(V)；
N——线圈匝数；
??/?t——磁通变化率； ??——线圈中磁通变化量 (Wb)； ?t——磁通变化??所用的时间(s)。
公式(2—5)说明，当穿过线圈的磁通发生变化时，线圈两端的感应电动势的大小只与磁通变化率成正比。这就是法拉第定律。
想一想：上述规律可以用几件简单的元件、仪表进行验证。
三、楞次定律
法拉第电磁感应定律，只解决了感应电动势的大小取决于磁通变化率，但无法说明感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系。为了找出它们之间的规律，必须对前面的实验再作进一步研究。
从图2—10实验中可以看到穿过线圈的原磁通的方向是向下的。
如图2—11a所示，当磁铁插入线圈时，线圈中的原磁通量增加，产生感应电动势。感应电流由检流计的正端流人。此时，感应电流在线圈中产生一个新的磁通。根据安培定则可
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