電磁感應

電磁感應（英語：Electromagnetic induction），是指放在變化磁通量中的導體，會產生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢，若將此導體閉合成一迴路，則該電動勢會驅使電子流動，形成感應電流（感生電流）。

法拉第鐵圈實驗示意圖：左邊線圈磁通量的改變，會在右邊線圈感應出電流。^[1]

英國物理學家麥可·法拉第是一般被認定為在1831年發現電磁感應現象的人，雖然Francesco Zantedeschi（英語：Francesco Zantedeschi）在1829年的工作可能對此有所預見。法拉第發現產生在閉合迴路上的電動勢和通過任何該路徑所包圍的曲面的磁通量的變化率成正比，這意味著，當通過導體所包圍的曲面的磁通量變化時，電流會在任何閉合導體內流動。這適用於當磁場本身變化時或者導體運動於磁場時。電磁感應是發電機、感應馬達、變壓器和大部分其他電力設備的操作的基礎。

定律

感應電動勢由法拉第電磁感應定律給出：

${\displaystyle {\mathcal {E}}=-{{\Delta \Phi _{B}} \over \Delta t}}$ ,

其中

${\displaystyle {\mathcal {E}}}$是單位為伏特的電動勢

Φ_B是單位為韋伯的磁通量。當${\displaystyle \Delta t}$趨近於零時，此式表示瞬時感應電動勢，否則表示一段時間的平均感應電動勢。

對於除了特殊情況外，一般來說，繞著同一區域有N匝迴路的線圈，電磁感應的法拉第電磁感應定律表明

${\displaystyle {\mathcal {E}}=-N{{\Delta \Phi _{B}} \over \Delta t}}$

其中

${\displaystyle {\mathcal {E}}}$是單位為伏特的電動勢

N是線圈匝數。

Φ_B是單位為韋伯的穿過一個迴路的磁通量。

進一步的，冷次定律給出感應電動勢的方向如下:

電路上所誘導出的電動勢的方向，總是使得它所驅動的電流，會阻礙原先產生它（即電動勢）的磁通量之變化。

所以冷次定律決定上面方程式中的負號。

動生電動勢

「×"表示存在垂直屏幕向里的勻強磁場，v為運動方向，v×B指向電位較高的一端。

導體以垂直於磁感線的方向在磁場中運動，在同時垂直於磁場和運動方向的兩端產生的電動勢，稱為動生電動勢。

動生電動勢是由於導體中載流子在磁場中運動受到垂直於磁場和運動方向的洛侖茲力的作用，在導體內移動的結果。當洛侖茲力和導體內電位差產生的電場力平衡時，導體兩端電動勢穩定。此時：

${\displaystyle {\mathcal {E}}=BLv}$

${\displaystyle {\mathcal {E}}}$是導體兩端電動勢， ${\displaystyle B}$ 是磁感應強度， ${\displaystyle L}$ 是產生電動勢的兩端的距離， ${\displaystyle v}$是導體運動速度。

導體棒接入一個迴路時，動生電動勢也可以認為是由於導體運動，使得迴路面積改變而使磁通量變化，產生的電動勢。

${\displaystyle {\mathcal {E}}={\frac {\Delta \Phi }{\Delta t}}={\frac {B\Delta S}{\Delta t}}={\frac {BL\Delta x}{\Delta t}}=BLv}$^[2]

感生電動勢

由於導體置於變化的磁場而產生的電動勢，稱為感生電動勢。

變化的磁場會產生渦旋電場，導體中載流子在其中運動一周降低的電動勢就是感生電動勢，滿足：

${\displaystyle {\mathcal {E}}={\frac {\Delta \Phi }{\Delta t}}}$ ^[3]

應用

電磁感應原理用於很多設備和系統，包括:

• 感應馬達
• 發電機
• 變壓器
• 充電電池的無接觸充電（無線充電）
• 電磁爐
• 感應焊接
• 電感器
• 電磁成型（電磁鑄造，eletromagnetic forming）
• 磁場計

參看

• 數學處理細節請參看馬克士威方程組
• 法拉第電磁感應定律
• 電感
• 渦電流
• 移動中的磁鐵與導體問題
• 法拉第弔詭
• 感應加熱

外部連結

• Java小程式模擬電磁感應現象（計算機需先安裝Java） （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• 天主教百科全書關於Francesco Zantedeschi （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）的紀載。

參考

1. Giancoli, Douglas C. Physics: Principles with Applications Fifth. 1998: 623–624.
2. 趙志敏. 高中物理竞赛教程. 拓展篇. 復旦大學出版社. : P327. ISBN 978-7-309-08250-0 （中文（中國大陸））.
3. 趙志敏. 高中物理竞赛教程. 拓展篇. 復旦大學出版社. : P336-337. ISBN 978-7-309-08250-0 （中文（中國大陸））.

• David J. Griffiths. Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. 1998. ISBN 978-0-13-805326-0.
• Paul Tipler. Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.). W. H. Freeman. 2004. ISBN 978-0-7167-0810-0.
• J.S. Kovacs and P. Signell, Magnetic induction （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（2001）, Project PHYSNET （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） document MISN-0-145.