一、电磁感应

人们先发明了电池，由电池提供电能．后来又发明了发电机，由发电机提供电能．现在我们所用的电能，从生活用电到交通运输、工厂企业用电，主要来自发电站（参见彩图 7）里的发电机．发电机的发明，实现了电能的大规模生产，开辟了电的时代．

发电机是利用电磁感应现象制成的．什么是电磁感应，它是怎样发现的呢？

奥斯特发现了电流的磁场之后，人们受到了启发：既然电流能够产生磁场，那么，反过来利用磁场能不能获得电流？英国物理学家法拉第，经过十年坚持不懈的努力，终于在 1831 年发现了这个现象．法拉第的发现进一步揭示了电和磁的联系，导致了发电机的发明，实现了机械能转化为电能．

实验 1 如图 12—1 所示，在磁场中悬挂一根导体 ab，把它的两端跟电流表连接起来．

■图 12—1 研究电磁感应现象的装置

电流能够产生磁场，把导体放在磁场中也许会产生电流，让我们试试看．保持导体 ab 不动，合上开关，电流表的指针并不偏转，表明导体中没有电流．我们的推断落空了．

可能是磁场不够强，换用强磁体试试看，保持 ab 不动，合上开关，电流表的指针仍不偏转．实在令人失望．

我们不能固守一种办法，不妨换一个办法试试看．保持电路闭合，让导体 ab 在磁场中上下运动．但还是没有电流．

要像法拉第一样坚持实验．保持电路闭合，让导体 ab 在磁场中左右运动．电流表的指针这次偏转了！

■图 12—1 研究电磁感应现象的装置

科学家探索自然界的秘密，要付出艰辛的努力，经过反复曲折，才能打开真理之门．我们这里遇到的曲折，不过是历史上科学家进行探索的一个缩影而已．

磁能生电，这种现象我们是看到了．在什么条件下才能产生这种现象呢？导体要在磁场中运动．但只是运动并不够，图 12—1 中导体 ab 上下运动时并不产生电流．原来导体 ab 左右运动时切割磁感线，所以产生电流， 上下运动时不切割磁感线，所以不产生电流．如果导体斜着运动，也切割磁感线，会不会产生电流呢？事实上的确会产生电流．那么，结论是什么呢？

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流．这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流．

实验 2 在上述实验中，导体 ab 向左运动时，电流表的指针向一个方向偏转，使导线运动方向反向时，即向右运动时，电流表的指针向相反的方向偏转，表示这两种情况下感应电流的方向相反．保持导体 ab 向某个方向做切割磁感线运动，把两个磁极对调，使磁感线的方向反向，感应电流也变成相反的方向．

这说明导体中感应电流的方向，跟导体运动方向和磁感线方向有关． 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，外力移动导体

做了功，同时产生了感应电流，这样，一方面得到了电能，同时消耗了机械能．由此可见，在上述电磁感应现象中，机械能转化为电能．

练 习

1. 图 12—2 中的 a 表示垂直于纸面的一根导体，它是闭合电路的一部分，它在磁场中如图中所示的方向运动时在哪种情况下会产生感应电流？

■图 12—2

1. 图 12—3 甲表示闭合电路的一部分导体 a 在磁场中沿箭头所示的方向运动时，导体中的感应电流的方向垂直于纸面向里（图甲）．改变导体的运动方向（图乙）感应电流的方向如何？再对调两磁极的位置（图丙），感应电流的方向又如何？在物理学中用表示电流的方向垂直于纸面向里，⊙表示电流的方向垂直于纸面向外．试按此规定在图上画出电流的方向．

■图 12—3