电磁感应的全面知识

一、通电导线产生的磁场方向

1.磁场与磁力线

通电导线能够吸引小磁针偏转，说明运动电荷周围存在一种特殊物质，称之为磁场。磁场有两个特征：①对磁铁、运动电荷和通电导体有作用力；②具有能量，能对移动的通电导体做功。

小磁针在空间各点N极所指的方向用平滑的曲线连接起来，可以得到一系列曲线，这些曲线称做磁感应线或磁感线。

2.磁场方向的判断

（1）通电直导线周围的磁场方向

通电直导线周围的磁感线是以导线为圆心的一系列同心圆，越靠近导线，磁场越强，磁感线越密。磁场方向用右手定则判断，如图所示。

直导体右手定则

（2）通电线框框内的磁场方向

通电单匝线框在框内和框外都存在磁场，框内的磁场方向与框外的磁场方向相反。判断框内的磁场方向时用右手，如图所示。

线框右手定则

（3）通电螺线管的磁场方向

判断螺线管的N极用右手，如图所示，四指弯曲的方向为螺线管导线的电流方向，拇指所指的一端为螺线管的N极。

螺线管右手定则

二、通电导线在磁场中受到的作用力

通电导线在磁场中受到作用力的方向可用左手定则判断；伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且拇指和四指在同一平面内。让磁感线垂直从手心穿过，四指所指的方向为导线中的电流方向，拇指所指的方向为通电导线受到磁场作用力的方向，如图所示。

左手定则

当导线中的电流方向与磁场方向垂直时，导线受到的作用力的大小为：

导线在磁场中受到的作用力

当通电导线中的电流方向与磁感线的夹角为θ时，导线受到作用力的大小为：

导线在磁场中受到的作用力

通电导体在磁场中的合力方向

三、描述磁场的物理量

1.磁感应强度

在磁场中的某一点，垂直于磁场方向的通电直导线所受到的作用力F与通电导线的长度L和电流I乘积的比值，称做这一点的磁感应强度。

磁感应强度用符号B表示，则

磁感应强度计算公式

2.磁通

把与平面垂直并离开平面的直线称做该平面的法线，如图所示。

穿过闭合线圈的磁通

在匀强磁场中，垂直于磁场方向的平面的面积S与磁感应强度B的乘积，称做穿过这个平面的磁通。磁通用符号Φ表示，则

磁通

如果平面的法线与磁感线的夹角为θ时，穿过该平面的磁通为：

磁通

四、电磁感应定律

1.电磁感应现象

如图所示，当导线在磁场中切割磁感线或穿过线圈中的磁通发生变化时产生感应电动势；当感应电动势与电路连接而形成闭合回路时，电路中就有电流，这种现象称做电磁感应。由电磁感应形成的电流称做感应电流。

产生电磁感应的几种情况

2.感应电动势的大小

感应电动势的大小与线圈的匝数成正比，与穿过线圈磁通的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。

感应电动势用符号e表示，线圈的匝数用符号N表示，穿过线圈磁通的变化率用符号ΔΦΔt表示，则感应电动势的大小为：

感应电动势

通常约定以引起感应电动势的磁通Φ原的方向为参考方向，感应电动势e的方向与Φ原的方向遵循右手螺旋定则，如图所示。

右手定则

用拇指所指的方向表示引起感应电动势的磁通Φ原的方向，四指弯曲的方向表示感应电动势e的参考方向，这就是右手螺旋定则。

3.感应电动势的方向

（1）导体切割磁感线产生的感应电动势方向

导体切割磁感线时，感应电动势和感应电流的方向用右手定则判断，如图所示。

右手定则

（2）用楞次定律判断感应电动势的方向

感应电流产生的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁场的变化，这就是楞次定律。

用楞次定律判断感应电动势的方法和步骤如下：

先确定引起感应电流的磁场方向和强弱怎样变化；根据楞次定律，确定感应电流产生的磁场方向；用右手定则判断感应电流的方向；根据在导体或线圈中感应电流是由负极流向正极的原则确定感应电动势的方向当线圈L1与电源连接并将开关S闭合时，线圈L1的磁场方向如图（b）所示，该磁场也穿过线圈L2。当滑动电阻RP的滑动触头D向左滑动时，线圈L1中的电流增大，故引起感应电流的磁场增强。

根据楞次定律，当引起感应电流的磁场增强时，感应电流产生的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反。故感应电流产生的磁场方向，如图(c)中的虚线所示。

用右手定则判断线圈L2中的感应电流的方向，如图（d）所示，它由线圈L2中的P端流向Q端。

根据在线圈中，感应电流由感应电动势的负极流向正极，判断线圈L2中感应电动势的方向由P指向Q，即P为负极，Q为正极。

判断感应电动势方向

五、总结

虽然磁场这些可能在有些电路设计中没有太大作用，但是在PCB设计当中的EMI和EMC就有很大帮助，还有就是无线充电的电路中这些内容就有很多用处。多了解一点，做设计就更加好一点，学无止境。