電磁感應(yīng)研究

摘 要：本文從基本的電磁感應(yīng)理論入手，通過一系列實驗，導(dǎo)出了一個電磁感應(yīng)理論問題。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；螺線管；感應(yīng)電流；感應(yīng)電場

如圖1所示，矩形導(dǎo)體回路abcd在密繞螺線管中間和螺線管垂直，ab的中點接觸螺線管。bc、cd、da到螺線管距離較遠(yuǎn)，閉合螺線管電源，在bc、cd、da所處位置用儀器檢測不到有螺線管的磁場，圖1實驗是后面5個實驗的基礎(chǔ)。閉合螺線管電源時，abcd中如圖1所示產(chǎn)生瞬間的感應(yīng)電流。

連接bc、cd、da在同一平面內(nèi)遠(yuǎn)離螺線管組成某一回路，比如組成圖2所示的回路，該回路所在的平面在螺線管中間與螺線管垂直。實驗顯示，閉合螺線管電源時，儀器檢測不到回路中有瞬間的感應(yīng)電流，這樣則說明該回路因為距離螺線管太遠(yuǎn)，所用儀器檢測不到該回路中自由電子受感應(yīng)電場作用。

圖3與圖2所用導(dǎo)線相同，多余的長度可以如圖所示在bc邊外側(cè)折起來，折起來的導(dǎo)線中間沒有空隙（為了看圖方便，一段導(dǎo)線用了紅色）。

閉合螺線管電源，儀器檢測圖3回路 abcd中有瞬間感應(yīng)電流，圖3回路有感應(yīng)電流是因為ab、bc、cd、da哪段導(dǎo)線中的自由電子受到了感應(yīng)電場的作用呢？只能是ab段。因為由圖2實驗可知，所用儀器檢測不到bc、cd、da三邊及以外遠(yuǎn)離螺線管位置的電子受感應(yīng)電場作用。（只能是ab段受感應(yīng)電場作用的含義是：如果沒有導(dǎo)線，則電子在回路導(dǎo)線所處位置只有在ab段位置才可能檢測到受感應(yīng)電場作用——電子在其他三邊及以外遠(yuǎn)離螺線管的位置用儀器檢測不到其受感應(yīng)電場作用，本文所說自由電子受感應(yīng)電場作用或者不受感應(yīng)電場作用都是從這個角度說的。）

在圖3基礎(chǔ)上如圖4做實驗（圖2、3、4、5、6所用導(dǎo)線相同），將ab向右平移一小段距離到ab位置，連接abcd組成回路如圖4所示。

閉合螺線管電源，ab段產(chǎn)生如圖所示瞬間感應(yīng)電流，這個感應(yīng)電流和圖3中ab段產(chǎn)生的瞬間感應(yīng)電流是同向的，實驗顯示，圖3 abcd中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大于圖4 abcd中產(chǎn)生的感應(yīng)電流。

同理，儀器檢測到圖4abcd中產(chǎn)生感應(yīng)電流是因為ab段的自由電子受到了感應(yīng)電場的作用。圖3 abcd中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大于圖4 abcd中產(chǎn)生的感應(yīng)電流則說明ab段自由電子受到的感應(yīng)電場作用大于ab段自由電子受到的感應(yīng)電場作用。

如圖5所示，連接 ab和ab組成回路abba，閉合螺線管電源，回路中產(chǎn)生瞬間的感應(yīng)電流。

同理，儀器檢測到abba中產(chǎn)生感應(yīng)電流則是ab段和ab段自由電子受感應(yīng)電場作用的結(jié)果。參看圖3、圖4可知，ab段和ab段自由電子受感應(yīng)電場作用而要產(chǎn)生的運動方向是同向的，但是因為ab中自由電子較ab中自由電子受到的感應(yīng)電場作用大，因此回路abba中ab的感應(yīng)電流方向如圖5所示，ab段的感應(yīng)電流方向和ab位置因變化磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場方向相反（此回路中的感應(yīng)電流方向符合楞次定律）。

由楞次定律得出的某段導(dǎo)線的感應(yīng)電流方向不一定是該段位置變化磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場方向。楞次定律解決的是閉合導(dǎo)體回路整體的感應(yīng)電流方向問題，并不解釋每段導(dǎo)體所處位置變化磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場。

（說明：ab中自由電子較ab中自由電子受到的感應(yīng)電場作用大說明在磁鐵中間由近及遠(yuǎn)磁場要遵循一個逐漸變?nèi)趸蛘咦儚姷囊?guī)律。實驗顯示，在磁鐵中間靠近磁鐵處能檢測到磁場，較遠(yuǎn)處檢測不到，這樣看來，則必然是“在磁鐵中間越靠近磁鐵磁場越強，越遠(yuǎn)離磁鐵磁場越弱”。

圖5所示的感應(yīng)電流方向是符合楞次定律的，由此可見，“在磁鐵中間越靠近磁鐵磁場越強，越遠(yuǎn)離磁鐵磁場越弱”是這里楞次定律成立的根源。）

是不是導(dǎo)體所處位置的變化磁場決定了該位置的感應(yīng)電場呢？

如圖6所示，回路abcd和回路abcd關(guān)于螺線管對稱，同理，儀器檢測到這兩個回路在螺線管電源閉合時產(chǎn)生感應(yīng)電流則分別是因為ab段自由電子和ab段自由電子受到了感應(yīng)電場作用。實驗顯示ab和ab中的感應(yīng)電流方向相反，這就是說，對ab和ab中自由電子作用的感應(yīng)電場方向相反。而ab處和ab處的變化磁場是相同的，為什么產(chǎn)生的感應(yīng)電場方向相反呢？ 看來“導(dǎo)體所處位置的變化磁場決定了該位置的感應(yīng)電場”的認(rèn)識靠不住。這實際說明：一個電荷在某一變化磁場中，變化磁場是確定的，而電荷受到的感應(yīng)電場從目前的電磁理論得不到確定的結(jié)論。由此可見，電磁感應(yīng)理論有待于進一步研究。

作者簡介：趙繼廣，男，河北滄州獻縣人，中國郵政集團公司保定市分公司職工。