六、电磁感应现象

电和磁是一对相互联系着的特殊物质，它们在一定的条件下可以相互转化。也就是说，变化着的磁场会产生出电场，而变化着的电场同样会产生磁场。磁和电可以相互感应产生，二者是相辅相成的，同时也是不可分割的。一般地说，电磁感应现象以两种形式给予表现，如图1-7和图1-8所示。其特点是：

(1)导体与磁场做相对的机械运动——切割磁力线；

(2)导体回路(线圈)中的磁场(磁通)发生变化。

出现这两种情况中的任何一种时，导体或导体回路中均会有感应电动势产生。

从表面上看，好像这两种情况的性质不一样，但实质上，这两种情况是完全统一的，其本质也是相同的。在图1-7中，其直线导体从前向后，或从后向前运动时，实质上这个直线导体即相当于一匝线圈(单一线圈)的一个有效边(其余的连接导线即相当于无效边)。为什么称它为有效边呢，因为只有它在真正地切割磁力线而其余的连接导线只是起传导电流的作用，并不起切割磁力线的作用。因此可以将图1-7的情况看成是一个单匝线圈，将直线导体看成是线圈的一个有效边，分析起来，可以按线圈内部磁场(磁力线)发生变化的情况一样进行。

例如，当这个单匝线圈的有效边从前向后运动时，对于“线圈”本身来说，线圈中的磁通(磁力线)是在逐步增加的。当有效边运动到磁场区域的后方边沿时，此时线圈的中心刚好对准磁场的中心区域，通过线圈中的磁力线此时最多，因此导体中所感应出的电动势最强；反之，随线圈的有效边往回(从后向前)运动致使磁力线逐步减少，电动势也减弱。当有效边运动到前方的极限位置时，此时线圈中的磁力线为零，感应电动势最终也减小到零。

也就是说，导体在做切割磁力线运动的同时，其回路(线圈)中的磁通(磁力线)随时都在变化着，理所当然，导体中的感应电动势也在同时变大或变小。

在图1-8(a)中，当磁铁插入线圈或抽出线圈时，线圈的每一匝都在切割磁铁两极所产生的环形闭合磁力曲线。显然，磁铁插入线圈时，线圈中的磁力线在增加，而抽出时，线圈中的磁力线在减少。

从上面的分析可以看出，图1-7和图1-8(a)所示的两种情况，在本质上说，是完全一致的。前者实质上为单匝线圏，后者为多匝线圈。从切割磁力线的形式来看，前者为导体运动，而磁力线位置不移动；后者为磁力线运动而线圈(导体)不移动。

这里的“动”与“不动”是相对而言的，其不同的外观现象，只不过是表现的形式不同。为了讨论的方便在某种情况下，采用某种方式可以更容易使人理解和消化。

图1-8(b)则是图1-8(a)的另一种表现形式。图1-8(b)中，若在原线圈中通以大小和方向都在不停变化的交流电源时，则在原线圈的周围会产生一个变化着的磁场，因而副线圈中会有感应电动势产生。如果只在原线圈中通以直流电，由于只能产生一个恒定不变的磁场，故在副线圈中无感应电动势产生(只是在电源接通或断开的一瞬间才有，但随后即消失)。

若要在通以直流电的情况下，也能在副线圈中产出感应电动势，可以采用以下办法：

(1)在原线圈的闭合回路中，串接一个可随时调整的变阻器，以获得变化的电流；

(2)将原线圈或副线圈其中一个固定不动，让另一线圈同时做上下运动，以获得变化的磁场(或导体切割磁力线)。

可以得出：不管是在原线圈中通以交流电，或通以直流电，其实质，这里的原线圈即相当于一个磁铁(电磁铁)的作用。

综合本节的内容，可以得出以下结论：

要在导体(导体回路)中获得感应电动势，可以用三种方式来得到：

(1)相对地说，使磁场(磁体)不动，而让导体在磁场中运动(切割磁力线)(见图1-7)。

一般直流发电机和少部分的交流发电机即是按这种原理制造的。

(2)相对地说，让导体(线圈)不动，而让导体周围的磁场运动[见图1-8(a)]。

大部分交流发电机是按这种原理制造的。

(3)使穿过线圈中的磁通(磁力线)发生改变[见图1-8(b)]。

在实际应用中，像变压器、互感器等都是按这种原理制造的。