操作说明:
按下操作按钮,仔细观察金属环的运动及变化。
产品简介:
展品由电磁线圈、金属环、控制系统等构成。按下操作按钮,金属环会迅速跳起,展示了楞次定律原理。
科学原理: 当交流电通过线圈时,其线圈产生交变磁场,金属铝环产生反向涡流,并产生相应的磁场,两磁场极性相反,产生排斥力,金属铝环跳起。想一想,使用直流电,金属铝环能悬浮吗?
视频演示:
原 理:
当按下电钮接通电路时,套在柱子中间的小铝环会突然跳起来,而后又悬浮停在柱子中间,并能悬浮一段时间,这一现象被俄国物理学家进行了仔细的研究,就是楞次定律。当按动电钮、接通电流,线圈产生交变磁场,会在小铝环中瞬间产生了感应电流,感应电流磁场的方向与线圈磁场的方向相反,小铝环会跳了起来,随后又降了下来,交变磁场的不断变化使得小铝环上下运动,终找到平衡点,小铝环便被无形的电磁力慢慢地托了起来。人民根据楞次定律发明了交流异步电动机,电磁阻尼器、电涡流传感器、电磁炉等许多的电磁设备,造福于人类。
楞次定律是由俄国物理学家海因里希·楞次(Heinrich Friedrich Lenz)在1834年发现的,用于判断由电磁感应产生的电动势的方向。楞次定律的表述为:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这意味着,当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
楞次定律的具体内容
楞次定律的物理表述是:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这可以具体表述为:感应电流在回路中产生的磁通量总是反抗(或阻碍)原磁通量的变化。
楞次定律的应用场景
楞次定律在电磁学中有着广泛的应用,特别是在分析电磁感应现象、设计电磁设备等方面。它揭示了电磁感应现象中电流与磁场之间的相互作用关系,是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。
楞次定律的历史背景
楞次定律的发现者海因里希·楞次(Heinrich Friedrich Lenz)是俄国物理学家,他在1834年通过大量实验总结出了这一规律。楞次定律不仅是电磁学的基本定律之一,还在科学研究中具有重要的理论价值和实践意义
应 用:
楞次定律的应用实例
电磁铁吸铁块:当电磁铁通电时,产生的磁场会使得铁块被吸附在电磁铁上。根据楞次定律,电流产生的磁场会产生一个反向的磁通量变化,从而产生一个与原始磁场相反的力,使得铁块被吸附。
电动机:电动机的转子内部有线圈,当电流通过线圈时,产生的磁场与外磁场相互作用。根据楞次定律,产生的电动力会使得转子转动。
变压器:变压器中的两个线圈通过电磁感应制造互感,当输入线圈通电时,产生的磁场会感应出输出线圈中的电流。根据楞次定律,产生的磁场会与输入线圈的磁场相反,从而实现变压器的功能。
电磁炉:电磁炉通过电磁感应加热锅底。当电流通过线圈时,产生的磁场会感应出锅底中的涡流,根据楞次定律,产生的磁场会与线圈的磁场相反,从而使锅底加热。
发电机:发电机通过磁场和线圈的相互作用产生电流。根据楞次定律,如果要增加输出电流,可以增大磁场或者增加线圈的转速。
电磁闸:电磁闸是一种利用电磁感应原理实现的制动装置。当电流通过电磁线圈时,产生的磁场会使得闸片受到制动力。根据楞次定律,制动力与电流的方向相关。
电子秤:电子秤通过电磁感应的原理来测量物体的质量。当物体放在电子秤上时,电子秤会通过电磁感应产生一个磁场。根据楞次定律,物体的质量会改变电子秤感应出的电流的大小。
电能表:电能表通过电磁感应的原理来测量电能的消耗。当电流通过电能表时,产生的磁场会与电能表内部的线圈相互作用。根据楞次定律,电能表可以测量电流的大小。
电磁波的传播:根据楞次定律,电流在变化时会产生变化的磁场,而变化的磁场又会产生变化的电场,从而形成电磁波并传播出去3。
电磁屏蔽:电磁屏蔽是指通过合适的材料和结构来阻挡或减弱外界电磁场的干扰。根据楞次定律,外界电磁场会在屏蔽体表面产生感应电流,从而产生与原始电磁场相反的磁场。
楞次定律的应用拓展在实际问题的分析中,楞次定律的应用可以拓展为以下几个方面:
阻碍原磁通量的变化:即“增反减同”。
阻碍相对运动:即“来拒去留”。
使线圈面积有扩大或缩小的趋势:即“大大小大”。
阻碍导体中原来的电流发生变化:即“自感现象”