电磁感应(Electromagnetic induction)[2]又称磁电感应现象,是指闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动,导体中就会产生电流的现象。[1]这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象,产生的电流叫做感应电流。[1]

中文名

电磁感应

英文名

Electromagnetic induction

提出时间

1831年

相关人物

迈克尔.法拉第

相关著作

法拉第电磁感应定律

研究对象

磁生电现象

运用领域

电磁学

起源地

英国

发现历史

1820年,丹麦物理学家汉斯·克海斯提安·奥斯特(丹麦语:Hans Christian Ørsted)发现电与磁之间的联系,并引来一系列相关的科学活动。科学期刊收到了许多描述电磁效应和试图解释它们的有关文章,哲学杂志的编辑请法拉第进行评审。面对这样大规模的实验现象和推断,法拉第开始系统地研究电磁现象。1831年,法拉第获悉亨利(Joseph Henry)在纽约奥尔巴尼(Albany)做的实验。在这个实验中,亨利使用了电磁力非常强的电磁铁。法拉第立即有了观测力线使电磁材料产生应变的想法。他把绝缘导线缠绕在粗铁环上,从而能在铁环内产生强磁场。应变效应能用另一个缠绕在环上的线圈探测到,这个绕组与一个电流计连接以测量产生的电流。1831年10月17日,他进行了一个新的实验:向一个连接有电流计的长线圈(或螺线管)移动圆柱形磁铁时,在线圈中产生了电流。然后,1831年10月28日,他在伦敦皇家学会做了一个著名的实验,证明在社会上购买的“大马蹄形磁铁”的磁极之间旋转一个铜圆盘时,可以产生持续电流。铜圆盘的轴和边缘与电流计滑动接触,铜圆盘旋转时,指针偏转。1831年11月4日,法拉第发现在磁铁两极之间简单移动铜导线时可以产生电流。这样,在4个月内,他发明了变压器与发电机变压器与发电机。1834年,楞次(Heinrich Friedrich Emil Lenz)宣布澄清了电路中感应电动势的方向问题:在电路中,电动势的方向反抗磁通量的变化(楞次定律)。1864年,麦克斯韦推断出光确实是一种电磁辐射。将法拉第的思想和发现放入数学表达式中,推导出在真空中传播的任何电磁波都以光速行进,反向验证了法拉第电磁感应定律的准确性。

相关理论

法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律:因磁通量变化产生感应电动势的现象,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应现象。由于这个现象是法拉第发现的,被称为法拉第电磁感应定律,计算公式为:

电磁感应

麦克斯韦-法拉第方程

麦克斯韦-法拉第方程(Maxwell-Faraday Equation)是电磁学中的一组方程之一,描述了电磁感应现象,它是由苏格兰物理学家詹姆斯·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)和英国物理学家迈克尔·法拉第分别在19世纪上半叶提出的。麦克斯韦方程组全面地反映了电磁基本规律,描述了电场、磁场与电荷密度、电流密度之间的微分方程关系。

电磁感应

公式为:

电磁感应

变压器

变压器利用电磁感应作用来实现电能的互相转换,起到升压、降压、隔离、稳压等功能。变压器由铁芯和两个绕组组成:一个是输入绕组,也称为初级绕组,另一个是输出绕组,也称为次级绕组。当输入绕组通过一定的电压时,输入绕组中就会形成一定的电磁场,这个电磁场会在铁芯中产生一个磁通量。当磁通量在铁芯中的方向发生改变时,次级绕组中的电磁感应就会产生一定的电势差,也就是输出电压,与输入电压相比,改变输入绕组的匝数可以改变输出绕组的电压水平。

涡流加热技术

利用电磁感应原理,在导体线圈上接入工频交流电源,生成环形电流磁场,产生感应电流一涡流。这些电流在加热线圈的导体上产生热效应,从而达到给导体线圈外部介质加热的目的。电磁感应涡流加热装置由电源供电系统、涡流感应器、导热体、传感器等几部分组成。环形导体线圈本身并不发热,导体线圈绕组采用绝缘耐温材料进行保护,发热体内外电位差为零,不会出现类似电加热棒因内部电阳丝市穿绝缘体与外加热管壁短路,产生电火花的现象。由于发热源是导体线圈的电磁感应即涡流效应,加热部性热量均今分布,传热效果好,发热量易于控制,可有效地解决得油降粘问题,并且被加热的介质可以是各种容器里的液体、气体,防爆性能良好。

读卡器

读卡器是一种能够读取磁卡信息并将其转换为数字信号的装置,其工作原理也是基于电磁感应原理。读卡器主要由磁头、信号处理电路和输入输出接口等组成。磁头通常是由金属线圈、磁芯、压力轮和导向槽等部件组成的,负责探测磁卡表面上的微小磁场,并将其转化为电信号。信号处理电路会对磁头读取到的电信号进行放大、滤波等处理,并转化为数字信号。数字信号经过一系列的译码、解密等处理后,才能被计算机等设备识别。,读卡器应用于银行卡、身份证、门禁卡、会员卡等许多领域。

电磁炉

电磁炉是一种利用电磁感应原理使导体产生热量来加热物体的电器产品。其工作原理与感应加热类似,通过电磁感应产生感应电流,使盘面上的导体发生热量,从而达到加热的效果。电磁炉主要由盘面、线圈、电源等组成。盘面是由铁、不锈钢等导体材料制成的,线圈则围绕在盘面下方,其内部接通的电源会产生磁场。

电磁感应

当电磁炉开启时,通过电源供电,线圈中会产生一个交变磁场。因为盘面是一个良好的导体,它接收到了线圈中的电磁场并产生了感应电流,感应电流在盘面中形成了环状电流,并根据焦耳热原理使盘面上的导体产生加热。盘面上需要加热的物体与导体间的热量转移则取决于盘面表面温度、导热性以及间接接触的物体本身等因素。

磁悬浮列车

磁悬浮列车利用交流电产生的磁场和列车上的超导磁体之间的相互作用力来实现悬浮和运行,是一种高速、节能、环保的交通工具。磁悬浮列车是一种非常先进的高速列车,磁悬浮列车的主要构成部分包括磁悬浮装置、动力系统、控制系统和车辆结构等,其运行原理是基于电磁感应和超导材料的特性设计而成的。通过利用电磁感应产生的力和超导材料的磁场特性来让列车悬浮运行,从而消除了传统轨道列车与轨道之间的接触,达到了最小化空气阻力的目的,带来高速、高效、节能、安全、舒适的出行体验。

未来展望

未来电磁感应技术的应用领域和发展趋势主要集中在五个方面。
  1. 高效率:随着技术的进步,未来电磁感应技术将更加高效,可以将能量在传输过程中的损失降至最低。
  2. 无线充电技术:电磁感应可用于无线充电技术,在家电,数码等领域将会取代有线充电,得到很好的运用。
  3. 磁浮技术:电磁感应技术也可用于磁浮技术,在城市交通、高速铁路等领域将会得到广泛应用。
  4. 新能源汽车充电技术:电磁感应也可用于电动汽车充电技术,特别是道路铺设感应线圈进行无线充电,目前已经在部分国家的部分道路进行测试,未来可能会在全球范围内得到广泛展开。
  5. 直线电机:电磁感应技术也为直线电机的发展提供了有利条件,该技术可以在医疗设备、机械制造等领域使用。