大学物理第八章电子教案.pdf

作业 206页 8-1 8-3 8-6 8-7 8-10 8-11 10月11 日周五交 电磁感应现象的发现 背景 电流磁效应的发现，揭开了电与磁联系的研究的序幕，普遍 引起了一种对称的思考：即能不能用磁体使导线中产生出电 流？在奥斯特公布他的发现之后不久，菲涅耳就宣称他把磁铁 放在螺旋线圈里，已经成功地由磁产生出电。这个报告虽然被 别人的重复实验所否定,却启发了安培于1821年着手于这方面的 探索。他将一个多匝线圈固定在竖直平面上，在这个线圈内部 的同一竖直平面悬挂一个可以转动的闭合线圈。他设想，当固 定线圈中通以强电流时，悬挂的闭合线圈中也会产生某种电流 而出现磁性；这时如果用一个强磁铁接近它，就会使中间的可 动线圈转动起来。由于他只是在稳态情况下进行实验，所以未 能探测到这种效应。 安培在1821年和1822年的实验 阿拉果和塞贝克分别于1824年和1825年发现了所 谓“衰减”现象。阿拉果用一个磁针做成单摆，让它在 静止的金属盆上面按一定频率摆动，发现它的运动像 受到阻碍作用一样很快衰减下来。1825年他又发现， 如果转动磁针下面的金属盆，磁针就会发生偏转，甚 至连续转动。同年，塞贝克也用一块磁铁作成单摆， 观察到了它在金属物体附近摆动时的衰减现象。他还 用一个铜块作成单摆，发现它在磁铁上方摆动比它作 自由摆动时振幅衰减要快得多。这些发现虽然引起了 广泛的兴趣，但没有得到进一步的解释 工作过程 法拉第同样想到奥斯特发现的逆效应是否存在的问 题。在1822年的日记里法拉第写下“ 由电产生磁，由磁产 生电”的大胆设想，并着手于后一个转化的艰苦探索。 电磁转动的研究工作，使法拉第直觉地意识到环绕着 载流导线有一个圆形的作用“线” ；他设想这是当电流通过 导线时在导线内的分子和周围的介质中引起的某种“应变” （strain ）状态，这种状态是从张力的源—— 载流导线向 周围传播开去的。是否可以合理地猜想，如果这种张力能 够加强和集中，它将能在邻近的导线内引起同样的应变状 态呢？ 图2 法拉第使用过的线圈 在1821年到1831年间，法拉第曾经由于冶炼不 锈钢、改良光学玻璃和研究气体的液化而常常中断 这一探索，但还是不时回到这个课题上。起初，他 试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使邻近的闭 合导线中产生出稳定的电流，但都一次次地失败 了。他探寻使磁体产生最大张力的最好形状是什 么，最后得出结论说，可能是很厚的环。于是就在 一个7 ／8英寸厚、外径为6英寸的软铁圆环上绕两 个彼此绝缘的线圈A和B ，B 的两端用导线连接成闭 合回路，在导线的下面放置一个与导线平行的小磁 针；A和一个电池组通过一个开关连接起来 1831年8月29 日，法拉第在进行这一实验时偶然发 现，当开关合上有电流通过线圈A 的瞬间，小磁针发生 了偏转，随后又停在原来的位置上；当开关断开切断 电流时，磁针又发生了偏转。这表明，一个电流通过 铁环介质而感应出了另一个电流。法拉第把这一现象 认为是“伏打电感应” 。这个实验通常被称为电磁感应 的发现，但事实上并不完全如此。因为法拉第虽然想 到了这就是他寻找了将近十年的由磁产生电流的现 象，但还没有明确地领悟到这一现象的暂态性的本质 特点。 法拉第将上述实验称为“ 电生电” 的实验。10月17 日，他又将一根磁棒伸进和拉出一个闭合线圈，发现 了线圈所连接电流计指针的摆动。这样，他又完成了 “磁生电” 的实验。10月28 日，他转动一侧夹在马蹄形 磁铁中的铜盘，通过连接铜盘轴心和边缘的两处，获 得电流，这实际上就是最早的发电机的雏型。考虑到 电流的磁效应，这项发现也给阿拉果和塞贝克的衰减 实验提供了解释。 至此，法拉第不仅实现了由永久磁体产生电流的设 想，而且完全弄明白了这种转化的暂态性。1831年11月24 日，法拉第在向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象 定名为“ 电磁感应”，并概括了可以产生感应电流的五种类 型：变化着的电流，变化着的磁场，运动的稳恒电流，运 动的磁铁，在磁场中运动的导体。 开始的时候，法拉第把上述的“伏打电感应”和“磁电