電磁感應的全面知識

一、通電導線產生的磁場方向

1.磁場與磁力線

通電導線能夠吸引小磁針偏轉，說明運動電荷周圍存在一種特殊物質，稱之為磁場。磁場有兩個特徵：①對磁鐵、運動電荷和通電導體有作用力；②具有能量，能對移動的通電導體做功。

小磁針在空間各點N極所指的方向用平滑的曲線連接起來，可以得到一系列曲線，這些曲線稱做磁感應線或磁感線。

2.磁場方向的判斷

（1）通電直導線周圍的磁場方向

通電直導線周圍的磁感線是以導線為圓心的一系列同心圓，越靠近導線，磁場越強，磁感線越密。磁場方向用右手定則判斷，如圖所示。

直導體右手定則

（2）通電線框框內的磁場方向

通電單匝線框在框內和框外都存在磁場，框內的磁場方向與框外的磁場方向相反。判斷框內的磁場方向時用右手，如圖所示。

線框右手定則

（3）通電螺線管的磁場方向

判斷螺線管的N極用右手，如圖所示，四指彎曲的方向為螺線管導線的電流方向，拇指所指的一端為螺線管的N極。

螺線管右手定則

二、通電導線在磁場中受到的作用力

通電導線在磁場中受到作用力的方向可用左手定則判斷；伸開左手，使拇指與其餘四指垂直，並且拇指和四指在同一平面內。讓磁感線垂直從手心穿過，四指所指的方向為導線中的電流方向，拇指所指的方向為通電導線受到磁場作用力的方向，如圖所示。

左手定則

當導線中的電流方向與磁場方向垂直時，導線受到的作用力的大小為：

導線在磁場中受到的作用力

當通電導線中的電流方向與磁感線的夾角為θ時，導線受到作用力的大小為：

導線在磁場中受到的作用力

通電導體在磁場中的合力方向

三、描述磁場的物理量

1.磁感應強度

在磁場中的某一點，垂直於磁場方向的通電直導線所受到的作用力F與通電導線的長度L和電流I乘積的比值，稱做這一點的磁感應強度。

磁感應強度用符號B表示，則

磁感應強度計算公式

2.磁通

把與平面垂直並離開平面的直線稱做該平面的法線，如圖所示。

穿過閉合線圈的磁通

在勻強磁場中，垂直於磁場方向的平面的面積S與磁感應強度B的乘積，稱做穿過這個平面的磁通。磁通用符號Φ表示，則

磁通

如果平面的法線與磁感線的夾角為θ時，穿過該平面的磁通為：

磁通

四、電磁感應定律

1.電磁感應現象

如圖所示，當導線在磁場中切割磁感線或穿過線圈中的磁通發生變化時產生感應電動勢；當感應電動勢與電路連接而形成閉合迴路時，電路中就有電流，這種現象稱做電磁感應。由電磁感應形成的電流稱做感應電流。

產生電磁感應的幾種情況

2.感應電動勢的大小

感應電動勢的大小與線圈的匝數成正比，與穿過線圈磁通的變化率成正比，這就是法拉第電磁感應定律。

感應電動勢用符號e表示，線圈的匝數用符號N表示，穿過線圈磁通的變化率用符號ΔΦΔt表示，則感應電動勢的大小為：

感應電動勢

通常約定以引起感應電動勢的磁通Φ原的方向為參考方向，感應電動勢e的方向與Φ原的方向遵循右手螺旋定則，如圖所示。

右手定則

用拇指所指的方向表示引起感應電動勢的磁通Φ原的方向，四指彎曲的方向表示感應電動勢e的參考方向，這就是右手螺旋定則。

3.感應電動勢的方向

（1）導體切割磁感線產生的感應電動勢方向

導體切割磁感線時，感應電動勢和感應電流的方向用右手定則判斷，如圖所示。

右手定則

（2）用楞次定律判斷感應電動勢的方向

感應電流產生的磁場，總是阻礙引起感應電流的磁場的變化，這就是楞次定律。

用楞次定律判斷感應電動勢的方法和步驟如下：

先確定引起感應電流的磁場方向和強弱怎樣變化；根據楞次定律，確定感應電流產生的磁場方向；用右手定則判斷感應電流的方向；根據在導體或線圈中感應電流是由負極流向正極的原則確定感應電動勢的方向當線圈L1與電源連接並將開關S閉合時，線圈L1的磁場方向如圖（b）所示，該磁場也穿過線圈L2。當滑動電阻RP的滑動觸頭D向左滑動時，線圈L1中的電流增大，故引起感應電流的磁場增強。

根據楞次定律，當引起感應電流的磁場增強時，感應電流產生的磁場方向與引起感應電流的磁場方向相反。故感應電流產生的磁場方向，如圖(c)中的虛線所示。

用右手定則判斷線圈L2中的感應電流的方向，如圖（d）所示，它由線圈L2中的P端流向Q端。

根據在線圈中，感應電流由感應電動勢的負極流向正極，判斷線圈L2中感應電動勢的方向由P指向Q，即P為負極，Q為正極。

判斷感應電動勢方向

五、總結

雖然磁場這些可能在有些電路設計中沒有太大作用，但是在PCB設計當中的EMI和EMC就有很大幫助，還有就是無線充電的電路中這些內容就有很多用處。多了解一點，做設計就更加好一點，學無止境。