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法拉第电磁感应定律(积分形式)

1831
  • Michael Faraday
迈克尔·法拉第在老式实验室中演示电磁学原理。

(图片仅供参考)

这条法律规定…… 电动势 (电磁场在任何闭合电路中产生的感应电势(E)等于穿过该电路的磁通量(ΦB)随时间变化率的负值。其数学表达式为 E = -dΦB/dt。该原理是发电机、变压器和电感器的基础,描述了感应的宏观效应。

法拉第感应定律的积分形式提供了变化的磁环境与电路之间关系的宏观视角。它将电动势或 EMF([latex]\mathcal{E}[/latex] )定义为围绕闭环 [latex]\partial\Sigma[/latex] 的电场 [latex]\mathbf{E}[/latex] 的线积分:[latex]\mathcal{E} = \oint_\partial\Sigma} \mathbf{E}.\[/latex].这个 EMF 表示如果将环路切开,放置在环路中的电压表所测得的总电压。该定律将该电磁场等同于通过环路边界表面 [latex]\Sigma[/latex] 的磁通量变化率 [latex]\Phi_B[/latex]。.

磁通量被定义为磁场 [latex]\mathbf{B}[/latex] 在表面 [latex]\Sigma[/latex] 上的表面积分: [latex]\Phi_B = \iint_\Sigma \mathbf{B}.\cdot d\mathbf{A}[/latex].因此,完整的定律可以写成 [latex]\oint_{\partial\Sigma} \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l} = -\frac{d}{dt}\iint_\Sigma \mathbf{B}\[/latex].根据伦茨定律,负号表示诱导电磁场产生的电流会产生与原始磁通量变化相反的磁场。这种对立体现了能量守恒。

这条定律具有极强的普适性。磁通量的变化可能由多种因素引起:磁场本身的强度会发生变化,线圈的面积会发生变化,线圈相对于磁场的方向会发生变化,或者这些因素的任意组合。这种通用性解释了它广泛应用于各种设备中。例如,在交流发电机中,线圈(线圈)在恒定磁场中旋转,方向不断变化,从而磁通量也随之变化,产生正弦电动势。在变压器中,初级线圈中变化的电流会产生变化的磁场,进而在次级线圈中感应出电动势。

UNESCO Nomenclature: 2205
- 电磁学

类型

物理法

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 发现天然磁石的磁性
  • 威廉-吉尔伯特的磁学著作(《De Magnete》,1600 年)
  • 汉斯-克里斯蒂安-厄斯泰德观察到电流产生磁场(1820 年)
  • 安德烈-马里-安培对电磁学的数学描述

应用程序

  • 电力变压器
  • 交流发电机
  • 感应电动机
  • 电子电路中的电感器
  • 信用卡磁条读取器
  • 电吉他拾音器
  • 接地故障断路器(GFCI)

专利:

NA

潜在创新理念

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相关内容: 法拉第定律、积分形式、电动势、磁通量、感应、伦茨定律、发电机、变压器。

历史背景

法拉第电磁感应定律(积分形式)

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1835

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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