• 法拉第電磁感應定律

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    法拉第電磁感應定律

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    法拉xxx電磁感應定律(簡稱法拉第定律)是電磁學的基本定律,預測磁場將如何與電路相互作用以產生電動勢 (emf)——一種稱為電磁感應的現象。 它是變壓器電感器以及許多類型的電動機發電機螺線管的基本工作原理。

    麥克斯韋-法拉第方程(列為麥克斯韋方程之一)描述了空間變化(也可能隨時間變化,取決于磁場隨時間變化)的電場總是伴隨著隨時間變化的磁場 場,而法拉第定律指出,當磁通量通過由 循環隨時間變化。

    法拉第定律被發現,它的一個方面(變壓器電動勢)后來被表述為麥克斯韋-法拉第方程。 法拉第定律的方程可以由麥克斯韋-法拉第方程(描述變壓器電動勢)和洛倫茲力(描述運動電動勢)推導出來。 麥克斯韋-法拉第方程的積分形式只描述變壓器電動勢,而法拉第定律方程描述變壓器電動勢和運動電動勢。

    歷史

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    電磁感應是由邁克爾·法拉第于 1831 年和約瑟夫·亨利于 1832 年獨立發現的。法拉第是xxx個發表實驗結果的人。 在法拉第的xxx次電磁感應實驗演示中(1831 年 8 月 29 日),他將兩根電線纏繞在鐵環(圓環)(類似于現代環形變壓器的布置)的相對兩側。 根據他對最近發現的電磁鐵特性的評估,他預計當電流開始在一根導線中流動時,一種波會穿過環并在另一側引起一些電效應。 他將一根電線插入檢流計,并在將另一根電線連接到電池時觀察它。 事實上,當他將電線連接到電池時,他看到了瞬態電流(他稱之為電波),當他斷開電線時又看到了另一個。 這種感應是由于電池連接和斷開時發生的磁通量變化引起的。 在兩個月內,法拉第發現了電磁感應的其他幾種表現形式。 例如,當他快速將條形磁鐵滑入和滑出線圈時,他看到了瞬態電流,他通過使用滑動電導線旋轉條形磁鐵附近的銅盤來產生穩定的 (DC) 電流(法拉第' 盤)。

    邁克爾法拉第使用他稱為力線的概念來解釋電磁感應。 然而,當時的科學家普遍拒絕了他的理論觀點,主要是因為它們沒有用數學公式表達。 James Clerk Maxwell 是個例外,他在 1861-62 年間使用法拉第的思想作為他的定量電磁理論的基礎。 在麥克斯韋的論文中,電磁感應的時變方面被表示為一個微分方程,奧利弗海維賽德稱之為法拉第定律,盡管它與法拉第定律的原始版本不同,并且確實 不描述動態電動勢。 Heaviside 的版本(見下面的麥克斯韋-法拉第方程)是今天在稱為麥克斯韋方程組的方程組中公認的形式。

    由 Emil Lenz 于 1834 年制定的楞次定律描述了通過電路的磁通量,并給出了電磁感應產生的感應電動勢和電流的方向(在下面的示例中詳細說明)。

    法拉第定律

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    流傳最廣的法拉第定律指出:

    閉合路徑周圍的電動勢等于路徑所包圍的磁通量時間變化率的負數。

    法拉第電磁感應定律

    數學陳述

    對于磁場中的線圈,磁通量 ΦB 定義為其邊界為給定線圈的任何表面 Σ。 由于線環可能在移動,我們為表面寫 Σ(t)。 磁通量是表面積分: Φ B = ? Σ ( t ) B ( t ) ? d A , {\displaystyle \Phi _{B}=\iint _{\Sigma (t)}\ mathbf {B} (t)\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} \,,} 其中 dA 是運動表面 Σ(t) 的表面積元素,B 是磁場, B·dA是表示通過dA的通量元素的矢量點積。 用更直觀的術語來說,通過導線環路的磁通量與通過環路的磁力線數量成正比。

    當通量發生變化時——因為 B 發生變化,或者因為線環移動或變形,或者兩者兼而有之——法拉xxx電磁感應定律說線環獲得電動勢,定義為單位電荷繞過線圈一次后可獲得的能量 線環。 (雖然有些來源對定義的表述不同。

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    1. 法拉第電磁感應定律
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    4. 數學陳述

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