电磁感应如何利用和磁之间的关系

电磁感应利用电和磁之间的关系，电流流过单根导线会在其周围产生磁场。如果将导线缠绕成线圈，磁场会大大增强，在自身周围产生静磁场，形成条形磁铁的形状，提供明显的北极和南极。

如图所示，线圈周围产生的磁通量与线圈绕组中流动的电流量成正比。如果在同一个线圈上缠绕更多层导线，使相同的电流流过它们，则静磁场强度会增加。

因此，线圈的磁场强度由线圈的安匝数决定。线圈内的导线匝数越多，其周围的静磁场强度就越大。

但是，如果我们通过断开线圈的电流来扭转这个想法，而不是空心，我们在线圈的内放置一个条形磁铁会怎么样。通过将此条形磁铁从线圈“移入”和“移出”，线圈内部磁通量的物理运动会在线圈中感应出电流。

同样，如果我们保持条形磁铁静止并在磁场中来回移动线圈，线圈中就会感应出电流。然后通过移动电线或改变磁场，我们可以在线圈内感应出电压和电流，这个过程称为电磁感应，是变压器、电动机和发电机运行的基本原理。

早在 1830 年代，迈克尔·法拉第 (Michael Faraday)就首次发现了电磁感应。法拉第注意到，当他将永磁体移入和移出线圈或单圈导线时，它会感应出电动势或电动势，换句话说就是电压，因此会产生电流。

因此，迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 发现了一种仅使用磁场力而不是电池来在电路中产生电流的方法。这就导致了一个非常重要的将电与磁联系起来的定律，即法拉第电磁感应定律。那么这是如何工作的呢？

当下面显示的磁铁“朝向”线圈移动时，检流计的指针或针（基本上是一个非常灵敏的中心归零动圈电流表）将仅在一个方向上偏离其中心位置。当磁铁停止移动并相对于线圈保持静止时，检流计的指针返回零，因为磁场没有物理运动。

同样，当磁铁沿另一个方向“远离”线圈时，检流计的指针相对于个方向在相反方向偏转，表明极性发生变化。然后通过朝向线圈来回移动磁铁，检流计的针将相对于磁铁的方向运动向左或向右，正向或负向偏转。

移动磁铁的电磁感应

同样，如果磁铁现在保持静止，只有线圈朝向或远离磁铁移动，检流计的指针也会向任一方向偏转。然后，通过磁场移动线圈或线圈的动作会在线圈中感应出电压，该感应电压的大小与运动的速度或速度成正比。

然后我们可以看到磁场的运动越快，线圈中的感应电动势或电压就越大，因此要使法拉第定律成立，线圈与磁场之间必须存在“相对运动”或运动，并且磁场、线圈或两者都可以移动。

法拉第感应定律

从上面的描述我们可以说电压和变化的磁场之间存在关系，迈克尔法拉第的电磁感应定律指出：“只要导体和磁体之间存在相对运动，电路中就会感应出电压场，并且该电压的大小与通量的变化率成正比”。

换句话说，电磁感应是利用磁场产生电压，并在闭合电路中产生电流的过程。

那么仅使用磁性可以将多少电压 (emf) 感应到线圈中。那么这取决于以下3个不同的因素。

•     1). 增加线圈中电线的匝数-通过增加穿过磁场的单个导体的数量，产生的感应电动势将是线圈所有单个回路的总和，因此，如果线圈中有20匝，则感应电动势是一根电线的20倍。
      2). 提高线圈和磁体之间的相对运动速度——如果同一线圈的电线穿过同一磁场，但其速度或速度增加，电线将以更快的速度切断磁力线，从而产生更多的感应电动势。
      3). 增加磁场强度——如果同一线圈的电线在更强的磁场中以相同的速度移动，则会产生更多的电动势，因为需要切割的磁力线更多。
  

如果我们能够在不停止的情况下以恒定的速度和距离将上图中的磁铁移入和移出线圈，我们将产生一个连续的感应电压，该电压将在一个正极性和负极性之间交替，从而产生交流或交流输出电压，这是发电机如何工作的基本原理，类似于发电机和汽车交流发电机中使用的发电机。

在自行车发电机等小型发电机中，小型永磁体在固定线圈内的自行车车轮的作用下旋转。或者，可以使由固定直流电压供电的电磁铁在固定线圈内旋转，例如在两种情况下产生交流电的大型发电机中。

使用磁感应的简单发电机

上面的简单发电机型发电机由一个围绕中心轴旋转的永磁体组成，在这个旋转磁场旁边放置一个线圈。随着磁铁旋转，线圈顶部和底部周围的磁场不断在北极和南极之间变化。磁场的这种旋转运动导致交变电动势被感应到线圈中，正如法拉第电磁感应定律所定义的那样。

电磁感应的大小与磁通密度成正比，β给出导体总长度的环数，以米为单位，以及磁场在导体内变化的速率或速度ν ，以米/秒为单位或 m/s，由运动电动势表达式给出：

法拉第的动电动势表达式

如果导体不以与磁场成直角 (90°) 的方式移动，则角度 θ° 将添加到上述表达式中，随着角度的增加输出会减少：

楞次电磁感应定律

法拉第定律告诉我们，在导体中感应电压可以通过将其通过磁场或将磁场移过导体来完成，如果该导体是闭合电路的一部分，电流就会流动。这个电压被称为感应电动势，因为它是通过电磁感应引起的变化磁场感应到导体中的，法拉第定律中的负号告诉我们感应电流的方向（或感应电动势的极性）。

但是变化的磁通量会通过线圈产生变化的电流，正如我们在电磁铁教程中看到的那样，线圈本身会产生自己的磁场。这种自感应电动势与引起它的变化相反，电流变化率越快，相反的电动势就越大。根据楞次定律，这种自感应电动势将与线圈中电流的变化相反，并且由于其方向，这种自感应电动势通常称为反电动势。

楞次定律指出：“感应电动势的方向总是与引起它的变化相反”。换句话说，感应电流将始终反对首先启动感应电流的运动或变化，并且在电感分析中发现了这个想法。

同样，如果磁通量减少，则感应电动势将通过生成和增加原始磁通量的感应磁通量来对抗这种减少。

楞次定律是电磁感应中确定感应电流流动方向的基本定律之一，与能量守恒定律有关。

根据能量守恒定律，宇宙中的能量总量将永远保持不变，因为能量既不会产生也不会消失。楞次定律源自迈克尔·法拉第的感应定律。

关于关于电磁感应的楞次定律的评论。我们现在知道，当导体和磁场之间存在相对运动时，导体内会感应出电动势。

但导体实际上可能不是线圈电路的一部分，而可能是线圈铁芯或系统的某些其他金属部件，例如变压器。系统的这个金属部分内的感应电动势导致循环电流在其周围流动，这种类型的电流被称为涡流。

电磁感应产生的涡流围绕线圈芯或磁场内的任何连接金属部件循环，因为对于磁通量而言，它们的作用就像一个导线环。涡流对系统的实用性没有任何贡献，而是通过像负力一样在内产生电阻加热和功率损耗来反对感应电流的流动。然而，存在仅使用涡流来加热和熔化铁磁金属的电磁感应炉应用。

涡流在变压器中循环

上述变压器铁芯中不断变化的磁通量会感应电动势，不仅在初级和次级绕组中，而且在铁芯中。铁芯是良导体，所以在实心铁芯中感应的电流会很大。此外，涡流沿一个方向流动，根据楞次定律，该方向会削弱初级线圈产生的磁通量。因此，产生给定B场所需的初级线圈中的电流增加，因此磁滞曲线沿H轴更宽。

涡流和磁滞损耗不能完全消除，但可以大大降低。变压器或线圈的磁芯材料不是实心铁芯，而是“叠层”磁路。

这些叠片是非常薄的绝缘（通常带有清漆）金属条连接在一起以产生实心芯。叠片增加了铁芯的电阻，从而增加了对涡流流动的整体阻力，从而减少了铁芯中的感应涡流功率损耗，这就是为什么变压器的磁铁回路和电机都是层压的。