OCR A-Level 物理/场、粒子与物理前沿/电磁感应

为了理解电磁感应，有必要理解线圈的磁通链的概念。磁通链可以通过磁通量*线圈匝数来计算，根据法拉第电磁感应定律，变化的磁通链会导致线圈感应出电动势，该电动势的大小等于磁通链变化率。

法拉第定律和楞次定律

法拉第定律

虽然法拉第定律给出了电动势的大小，但重要的是要记住电动势是一个向量。

induced e.m.f $\propto$ rate of change of flux linkage.

楞次定律

因此，了解方向也很重要，可以通过楞次定律来计算。楞次定律指出，感应电动势的方向将是产生一个磁场的方向，该磁场会阻碍磁通量的变化。例如，如果磁通量正在减小，则会感应出电动势，其方向导致磁通量增加。

一个方程

将这两个定律结合起来，可以用一个简单的方程来表示

induced e.m.f. = - rate of change of flux linkage.

楞次定律是这个方程的负号部分。其余部分是法拉第定律。

正如我们所知，磁通链，$\Phi$，是磁通量，$\phi$乘以匝数，$N$
$\Phi =N\phi =BAN$ 现在我们知道了这一切，我们可以推导出以下结论
${\text{induced e.m.f}}={\frac {\Delta \Phi }{\Delta t}}=N{\frac {\Delta \phi }{\Delta t}}$

交流发电机

交流发电机应用上述原理来发电。在这些发电机中，一卷线圈在磁场中旋转，改变磁场与线圈之间的角度，从而改变磁通量。根据法拉第定律，这种变化会导致感应出交流电动势。

变压器

变压器

变压器利用电磁感应原理来升压（在升压变压器中）或降压（在降压变压器中）。它在电力传输中的主要应用是将电压大幅度提高，然后传输到电力线。这减少了电流（因为 P=VI 且功率是恒定的），从而提高了这种传输过程的效率。

变压器由两卷线圈组成，即初级（输入）线圈和次级（输出）线圈，它们缠绕在铁芯上。两线圈上的电压由下式给出

${\frac {V_{s}}{V_{p}}}={\frac {n_{s}}{n_{p}}}$

V_s = 次级线圈上的电压；V_p = 初级线圈上的电压；n_s = 次级线圈的匝数；n_p = 初级线圈的匝数

我们通过重新排列法拉第定律得到这个方程。

$V=N{\frac {\Delta \phi }{\Delta t}}$

$NV={\frac {\Delta \phi }{\Delta t}}$

然后我们使用“n”而不是“N”，我们知道这种关系必须是恒定的，所以我们将初级和次级等效。

$n_{p}V_{p}=n_{s}V_{s}$

${\frac {n_{s}}{n_{p}}}={\frac {V_{s}}{V_{p}}}$

变压器的工作原理如下：

• 交流电通过初级线圈。
• 初级线圈中的交流电导致初级线圈产生交变方向的磁场（因为磁场方向和电流方向由左手定则决定）。
• 铁芯确保磁场在铁芯内部显著增强。这确保了尽可能多的初级线圈产生的变化磁通量与次级线圈耦合。
• 次级线圈中的变化磁通量在次级线圈两端感应出电动势。