电磁感应及其应用

摘要：电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最伟大的成就之一。电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标志着一场重大的工业和技术的到来。 关键字：电磁感应；生活；应用

1 电磁感应现象

放在变化磁通量中的导体会产生感应电动势，这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应。此电动势称为感应电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。感应电动势是反映电磁感应现象本质的物理量，感应电动势的方向规定为内电路中的感应电流方向。

1.1电磁感应现象的产生条件

a．闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动 b．穿过闭合电路的磁场发生变化 让磁通量发生变化的方法有两种，一种方法是让闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线的运动，另一种方法是让磁场在导体内运动。

1.2 电磁感应现象的产生原因

电路的一部分在做切割磁感线运动时，相当于电路的一部分内的自由电子在磁场中作不沿磁感线方向的运动，故自由电子会受洛伦兹力的作用在导体内定向移动，若电路的一部分处在闭合回路中就会形成感应电流，若不是闭合回路，两端就会积聚电荷产生感应电动势。

1.3 电磁感应现象的规律 法拉第电磁感应定律：当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小与穿过回路的磁通量对时间的变化率成正比。

楞次定律：感应电动势产生的感应电流方向，总是使感应电流的磁场通过回路的磁通量阻碍原磁通量的变化。

2 电磁感应在生活中的应用

2.1 电磁炉

电磁炉工作原理图

电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。它由外壳、高级耐热晶化陶瓷板、PAN电磁线盘、加热电路板、控制电路板、显示电路板、风扇组件及电源等组成。

使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。

在电磁炉内部，由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为15～40kHz的高频电压，高速变化的电流流过扁平空心螺旋状的感应加热线圈，线圈会产生高频交变磁场。其磁感线穿透灶台的陶瓷台板而作用于不锈钢锅底部，在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生。涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，锅底迅速释放出大量的热量，就是烹调的热源。

2.2 发电机

发电机的工作原理就是电磁感应现象，即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，且电流的方向跟磁场的方向和导体做切割磁感线运动的方向有关。

发电机的基本元件就是原动机、转子、定子。原动机提供能量驱动转子旋转，转子利用剩磁或者直流电产生磁场，当转子旋转时对于定子就形成相对的切割磁力线运动，在定子上就会产生一个感应电势，如果定子和外部回路接通形成闭合回路就有电流输出给负荷了。

以三相同步发电机的工作原理为例说明电磁感应在发电机中的应用:同步发电机的转子是旋转的,其中装设的转子励磁绕组线圈两端与两个彼此绝缘的滑环连接,外界是通过压在滑环上的电刷将直流电送给励磁绕组的,当转子励磁绕组得电后,就会产生磁场。当转子在原动机的带动下旋转时,三相定子电枢绕组就处在旋转磁场中切割磁力线而产生感应电势,输出端接入负荷,发电机就会向负载供电。

2.3 电磁炮

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。传统火炮提高炮弹初速只能通过增加发射药量来实现，但火炮药室尺寸的增大及炮管长度的加长均受，所以传统火炮最大初速难以超越物理限度，而电磁炮则完全摆脱了这一瓶颈。与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程。

电磁炮主要由能源、加速器、开关三部分组成。电磁炮的原理非常简单。磁场对电流的作用力，可以使通电导体运动，把电能转化成机械能。利用这一原理，科学家提出用磁场对电流的作用力发射炮弹。可以说，电磁炮是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作直线加速运动的炮弹。加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比，要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体。用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术，一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导成轨道，中间放置炮弹，使电流可以通过三者建立回路。把这个装置放在磁场中，并给炮弹通电，炮弹就会加速向前飞出。

参考文献：

[1]百度百科.电磁感应

[EB/OL].http://baike.baidu.com/link?url=Z9tBwG_rKjqQ-dyPZdDkbNoDsq7sGtaABok-nJZbo8j9hOawDU8fg7mPOpEr-VtA9GKVjoFTfuis9uOjedJUUK,2015.6.

[2]韩广兴.电磁炉原理使用与维修技术[M].北京：教育音响出版社，2007. [3]李基成.现代同步发电机整流器励磁系统[M].北京：水利电力出版社,1987. [4]黄莹,赵佳.电磁炮的基本原理及在军事上的应用[J].现代物理知识,2004.