HSC 物理楞次定律:判断感应电流方向
学习如何利用楞次定律,根据磁通量的变化判断感应电流方向,并透过例题和具挑战性的 HSC 题型巩固理解。
把条形磁铁的北极移向一个导电线圈。虽然没有连接电池,却会出现电流。把磁铁拉远,电流方向便会反转。
在继续之前,先作一个很有用的判断:假设穿过线圈的磁场指向纸面内,而且正在变弱。线圈应该产生指向纸面外的磁场来「反抗磁铁」,还是产生指向纸面内的磁场,以补回正在消失的磁通量?
它会产生指向纸面内的磁场。
这就是楞次定律的核心概念。感应效应所反抗的是磁通量的变化,而不一定是磁场本身。
01楞次定律究竟在反抗甚么?
想像一个正面朝向你的圆形导线线圈。有一个外加磁场穿过线圈,方向指向纸面内。
如果磁场变强,穿入纸面内的磁通量便会增加。线圈会作出反应,产生一个指向纸面外的磁场。这个感应磁场会反抗磁通量的增加。
现在改为令外加磁场变弱。穿入纸面内的磁通量正在减少。这一次,线圈会产生一个指向纸面内的感应磁场。它的作用是阻止原有磁通量那么快消失。
因此,同一个外加磁场方向可以产生方向相反的电流。
可以用一个有点傻气的方式理解楞次定律:想像有一个人并不讨厌目前的情况;他讨厌的是情况改变。音乐变大声,他便把音量调低。音乐变小声,他便把音量调高。当然,这个比喻并不完全成立,因为导电线圈没有意图或意识。这种反应来自电磁感应。
规则是:
感应电流的方向,会使它产生的磁场反抗造成它的磁通量变化。
其中最重要的字是变化。
02先从磁通量开始
当你不再只想着磁场,而是开始考虑磁通量时,楞次定律便会容易得多。
对于穿过平面线圈的均匀磁场,
\[ \Phi = BA\cos\theta \]
其中:
- \(\Phi\) 是穿过每一匝线圈的磁通量,单位为韦伯(\(\text{Wb}\)),
- \(B\) 是磁场强度,单位为特斯拉(\(\text{T}\)),
- \(A\) 是线圈面积,单位为平方米(\(\text{m}^2\)),以及
- \(\theta\) 是磁场方向与线圈法线之间的夹角。
法线是一条假想的直线,垂直于线圈所在的平面。如果最后一句听起来令人有点抽象,磁通量指南会从几何关系开始建立这个概念。
磁通量可能因为以下原因而改变:
- \(B\) 改变,
- 面积 \(A\) 改变,
- 角度 \(\theta\) 改变,或
- 线圈移入或移出磁场不同的区域。
楞次定律所回应的是由此产生的磁通量变化。它不在乎是哪一种改变造成了磁通量变化。
这一点在较难的题目中特别重要,因为两种变化可能互相竞争。
03四种方向情况
对于画在纸面上的线圈,可用叉号表示指向纸面内的磁场,用圆点表示指向纸面外的磁场。
这样便有四种基本情况。
| 外加磁通量的变化 | 感应磁场 | 从正面观察的感应电流 |
|---|---|---|
| 指向纸面内并增加 | 指向纸面外 | 逆时针 |
| 指向纸面内并减少 | 指向纸面内 | 顺时针 |
| 指向纸面外并增加 | 指向纸面内 | 顺时针 |
| 指向纸面外并减少 | 指向纸面外 | 逆时针 |

不要把这个表格当成四项互不相关的事实来背诵。有一个可靠得多的方法。
04解答楞次定律题目的可靠方法
步骤 1:找出外加磁通量的方向
穿过线圈的相关磁场是指向纸面内、纸面外、左、右、上,还是下?
这时先不要考虑电流。
步骤 2:判断磁通量正在增加还是减少
很多题目的成败就在这一步。
例如:
- 磁铁接近线圈可能令磁通量增加,
- 磁铁远离线圈可能令磁通量减少,
- 磁场变弱会令磁通量减少,
- 线圈进入磁场区域时会增加磁通量,以及
- 即使线圈正在移动,只要它完全位于均匀磁场内,磁通量仍可能保持不变。
步骤 3:判断感应磁场的方向
问自己:甚么方向的感应磁场能够反抗这个特定的变化?
例如,如果指向纸面内的磁通量正在增加,指向纸面外的感应磁场便会反抗这个增加。
如果指向纸面内的磁通量正在减少,指向纸面内的感应磁场便会尝试维持原有磁通量。
步骤 4:把感应磁场转换成电流方向
现在使用右手握拳定则。
让右手手指沿着传统电流方向弯曲,你的拇指便会指出线圈所产生磁场的方向。
因此:
- 逆时针电流会产生指向纸面外的磁场,而
- 顺时针电流会产生指向纸面内的磁场。
把各个步骤分开:
\[ \text{磁通量变化} \rightarrow \text{感应磁场} \rightarrow \text{感应电流} \]
如果尝试直接从「磁铁向这个方向移动」跳到「电流是顺时针」,就很容易累积方向或正负号错误。
05为甚么楞次定律必须如此运作
这种反抗背后有一个更深层的原因:能量守恒。
想像把磁铁的北极推向一个闭合导电线圈。
增加的磁通量会感应出电流。这股电流会产生磁场,使线圈靠近磁铁的一面表现得像北极。因此,正在接近的北极会受到排斥力。
你必须做功,才能继续把磁铁向前推。
这些机械功可以转化成电路中的电能;如果导线有电阻,还可以转化成热能。
现在想像相反的定律存在。假设感应电流不是反抗变化,而是帮助变化。
接近线圈的北极便会感应出一个吸引它的磁场。磁铁会加速冲向线圈。更快的运动会造成更大的磁通量变化,产生更大的电流,而这又会更强烈地拉动磁铁。
这样你便能在没有提供相应能量的情况下,同时获得动能和电能。
这是不可能的。
楞次定律防止了这种失控过程。
有一项限定值得记住。当磁通量变化完全由磁铁与导体之间的相对运动造成时,感应磁力通常会反抗这种运动。不过,「力总是反抗运动」并不是基本定律。基本定律是:感应效应会反抗磁通量的变化。
稍后我们会看到一个例子:外部电源正在改变磁场,而感应磁力实际上可以与物体的运动方向相同。
06法拉第定律中的负号
法拉第定律给出感应电动势的大小和正负方向:
\[ \varepsilon = -N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t} \]
其中:
- \(\varepsilon\) 是感应电动势,单位为伏特(\(\text{V}\)),
- \(N\) 是线圈匝数,
- \(\Delta\Phi\) 是每一匝线圈的磁通量变化,单位为韦伯(\(\text{Wb}\)),以及
- \(\Delta t\) 是变化发生的时间,单位为秒(\(\text{s}\))。
这个负号就是以数学形式表示的楞次定律。
它并不表示电路具有某种绝对意义上的「负电压」。电压方向取决于你选择的参考方向。负号表示感应电动势的作用方向会反抗磁通量的变化。
对大多数 HSC 方向判断题,一个好方法是:
- 使用法拉第定律计算大小,以及
- 再利用楞次定律和右手握拳定则,分开判断方向。
这样通常比较不容易出现正负号错误。
如想进一步了解如何计算感应电动势本身,请参阅 HSC 物理的法拉第定律。
例题:穿入线圈的磁通量增加
一个 200 匝的圆形线圈,其指向纸面内的磁通量在 \(0.020\ \text{s}\) 内,由每匝 \(1.5\times10^{-4}\ \text{Wb}\) 增加至每匝 \(4.5\times10^{-4}\ \text{Wb}\)。计算平均感应电动势的大小,并判断从正面观察时感应电流的方向。
步骤 1
\[ |\Delta\Phi| = |4.5\times10^{-4}-1.5\times10^{-4}| = 3.0\times10^{-4}\ \text{Wb} \]
指向纸面内的磁通量正在增加。
步骤 2
\[ |\varepsilon| = N\frac{|\Delta\Phi|}{\Delta t} = 200\left(\frac{3.0\times10^{-4}}{0.020}\right) = 3.0\ \text{V} \]
步骤 3
外加的纸面内磁通量正在增加,因此线圈必须产生一个指向纸面外的磁场,以反抗这个增加。
步骤 4
指向纸面外的磁场由逆时针电流产生。
平均感应电动势为 \(3.0\ \text{V}\),而从正面观察,电流方向为逆时针。
注意,我们并不是说:「磁场指向纸面内,所以电流一定要产生向外的磁场。」我们说的是:「指向纸面内的磁通量正在增加,所以感应磁场必须指向纸面外。」
这句额外的描述,就是楞次定律与常见误解之间的差别。
例题:逐渐变弱的磁场与有电阻的线圈
一个 60 匝线圈,每匝面积为 \(0.012\ \text{m}^2\)。一个垂直穿过线圈、方向指向纸面内的均匀磁场,在 \(0.15\ \text{s}\) 内由 \(0.80\ \text{T}\) 减少至 \(0.20\ \text{T}\)。线圈的总电阻为 \(4.0\ \Omega\)。
计算平均感应电动势的大小、感应电流,以及从正面观察时的电流方向。
步骤 1
由于磁场垂直于线圈,\(\cos\theta=1\),所以 \(\Phi=BA\)。
\[ |\Delta\Phi| = A|\Delta B| = 0.012(0.80-0.20) = 7.2\times10^{-3}\ \text{Wb} \]
步骤 2
\[ |\varepsilon| = N\frac{|\Delta\Phi|}{\Delta t} = 60\left(\frac{7.2\times10^{-3}}{0.15}\right) = 2.88\ \text{V} \]
步骤 3
\[ I=\frac{\varepsilon}{R} =\frac{2.88}{4.0} =0.72\ \text{A} \]
步骤 4
外加磁通量指向纸面内,但它正在减少。
因此,感应磁场同样指向纸面内。它试图阻止指向纸面内的磁通量减少。
要产生指向纸面内的磁场,需要顺时针电流。
所以感应电动势为 \(2.88\ \text{V}\),电流为 \(0.72\ \text{A}\),方向为顺时针。
感应磁场与外加磁场指向相同方向并没有任何矛盾。楞次定律并不要求两个磁场彼此相反。它要求感应效应反抗的是变化。
07磁铁版本:接近与离开
假设磁铁的北极朝向一个导电线圈。
当北极接近时,穿过线圈的磁通量增加。线圈会产生一个磁场来反抗这个增加。线圈靠近磁铁的一面表现得像另一个北极,因此产生排斥作用。
现在让磁铁经过线圈后开始远离。
原有磁通量此时正在减少。感应电流会反向,使线圈尝试维持正在消失的磁通量。此时线圈与正在离开的磁铁之间会产生吸引作用。
在两个阶段中,磁力都会抵抗由磁铁运动造成的变化:
- 磁铁接近:排斥,
- 磁铁离开:吸引。
这就是为甚么磁铁从导电管中掉落时,可以比单纯受重力作用时慢得多。机械能会透过感应电流转移,最后以热能形式耗散。
如果把导电路径切断,使电路成为开路,仍然可以产生感应电动势。不过,由于没有可供显著电流持续流动的闭合路径,磁煞车效应便会大幅减弱。
感应电动势与感应电流之间的这项区别,也是常见的考试陷阱。
08三个值得厘清的误解
「感应磁场总是反抗外加磁场」
不是。
如果外加磁通量正在增加,感应磁场会与它的方向相反。
如果外加磁通量正在减少,感应磁场会指向相同方向,以尝试维持原有磁通量。
永远先问:究竟是甚么正在改变?
「在磁场中移动一定会产生感应电流」
不是。
线圈可以在完全均匀的磁场中移动,而它的面积、方向和所处磁场强度全部保持不变。
此时磁通量保持恒定:
\[ \Delta\Phi=0 \]
因此,对整个线圈而言,
\[ \varepsilon=0 \]
单纯运动并不足够。磁通量必须改变。
「感应电流会尝试阻止磁通量」
也不是。
稳定不变的磁通量不会产生感应电动势。
楞次定律所反抗的是磁通量的变化,而不是磁通量本身。一旦磁通量停止改变,产生感应电动势的原因也会消失。
09问题与解答
问题 1
从正面观察一个圆形导电线圈。一个指向纸面外的磁场正在增强。
判断感应电流的方向,并解释你的推理。
解答 1
感应电流方向为顺时针。
指向纸面外的外加磁通量正在增加。根据楞次定律,线圈会产生一个感应磁场来反抗这个增加,因此感应磁场必须指向纸面内。
利用右手握拳定则,顺时针的传统电流会产生指向纸面内的磁场。
一个很容易犯的错误,是只记住「磁场方向相反」,却没有先检查磁通量是在增加还是减少。这种想法在这题恰好成立,只因为指向纸面外的外加磁通量正在增加。
问题 2
一个 40 匝的长方形线圈以 \(2.5\ \text{m s}^{-1}\) 的速度向右移动,进入一个均匀磁场区域。磁场大小为 \(0.60\ \text{T}\),方向指向纸面内。跨越磁场边界的线圈垂直边长为 \(0.12\ \text{m}\)。线圈总电阻为 \(1.5\ \Omega\)。
假设线圈以题目所述的恒定速度运动。
求:
a. 线圈进入磁场区域时的感应电动势和电流,
b. 线圈进入时的电流方向,
c. 整个线圈完全位于均匀磁场中时的电流,以及
d. 线圈之后以相同速度离开磁场区域时的电流方向。
解答 2
线圈进入时,感应电动势为 \(7.2\ \text{V}\),电流为 \(4.8\ \text{A}\),方向为逆时针;当线圈完全位于均匀磁场内时,电流为零;线圈离开时,电流方向为顺时针。
线圈进入磁场时,位于磁场中的面积增加。因此,指向纸面内的磁通量增加。
对于以恒定速度跨越直线磁场边界的线圈,进入磁场的面积变化率为
\[ \frac{\Delta A}{\Delta t}=lv \]
其中 \(l=0.12\ \text{m}\) 是跨越边界的边长,而 \(v=2.5\ \text{m s}^{-1}\) 是速度。
因此,感应电动势为
\[ \varepsilon=NBlv =40(0.60)(0.12)(2.5) =7.2\ \text{V} \]
利用欧姆定律,
\[ I=\frac{\varepsilon}{R} =\frac{7.2}{1.5} =4.8\ \text{A} \]
正在增加的外加磁通量指向纸面内。因此,感应磁场必须指向纸面外,需要逆时针电流。
当线圈完全位于均匀磁场内时,它的面积、方向和磁场强度全部保持不变。因此,即使线圈仍在移动,它的磁通量仍然恒定:
\[ \Delta\Phi=0 \]
所以感应电动势和电流都为零。
当线圈离开时,指向纸面内的磁通量减少。感应磁场此时指向纸面内,以反抗这个减少,因此电流变成顺时针。
一个看似合理但错误的思路,是认为移动中的导体一定有感应电流。缺少的条件是:穿过完整电路的磁通量必须改变。一旦线圈完全位于均匀磁场内,就没有这种改变。
问题 3
一个 100 匝的导电线圈保持与一个指向纸面外的均匀磁场垂直。在 \(0.10\ \text{s}\) 的时间内,磁场强度由 \(0.40\ \text{T}\) 增加至 \(0.55\ \text{T}\),同时线圈所包围的面积由 \(0.020\ \text{m}^2\) 减少至 \(0.014\ \text{m}^2\)。
线圈的电阻为 \(0.50\ \Omega\)。
求平均感应电流,包括其方向。
解答 3
平均感应电流为 \(0.60\ \text{A}\),方向为逆时针。
关键是:虽然磁场强度增加,但磁通量并不只取决于 \(B\)。还必须把面积缩小这项变化计算在内。
最初,
\[ \Phi_i=B_iA_i =(0.40)(0.020) =8.0\times10^{-3}\ \text{Wb} \]
每匝。
最后,
\[ \Phi_f=B_fA_f =(0.55)(0.014) =7.7\times10^{-3}\ \text{Wb} \]
每匝。
因此,
\[ \Delta\Phi =7.7\times10^{-3}-8.0\times10^{-3} =-3.0\times10^{-4}\ \text{Wb} \]
尽管磁场强度增加,指向纸面外的磁通量实际上减少了。
平均感应电动势的大小为
\[ |\varepsilon| =N\frac{|\Delta\Phi|}{\Delta t} =100\left(\frac{3.0\times10^{-4}}{0.10}\right) =0.30\ \text{V} \]
所以
\[ I=\frac{\varepsilon}{R} =\frac{0.30}{0.50} =0.60\ \text{A} \]
由于指向纸面外的磁通量正在减少,感应磁场会指向纸面外,以反抗这个减少。
因此,电流方向为逆时针。
一个很容易出现的预测是:「\(B\) 增加,所以感应磁场一定要反抗 \(B\)。」这忽略了面积同时也在改变。楞次定律回应的是 \(\Phi=BA\) 的净变化,而在这题中,面积减少的影响略大于磁场强度增加的影响。
问题 4
一根长度为 \(0.50\ \text{m}\) 的导电棒在水平导电轨道上无摩擦地向右滑动。轨道与导电棒构成一个闭合长方形电路,其中有一个 \(2.0\ \Omega\) 的电阻。其他所有电阻均可忽略。
一个大小为 \(0.80\ \text{T}\) 的均匀磁场指向纸面内。一个恒定的 \(0.40\ \text{N}\) 外力把导电棒向右拉。
当导电棒移动时,电路所包围的面积增加。
a. 解释感应电流的方向,以及作用在导电棒上的磁力方向。
b. 计算导电棒的终端速度。
c. 计算终端速度下的电流和热能产生率。
d. 把电阻换成 \(4.0\ \Omega\),并继续使用相同的恒定拉力。求新的终端速度和电流。解释为甚么在这种情况下,增加电阻不会减少终端电流。
解答 4
感应电流为逆时针,导电棒所受磁力向左;原本的终端速度为 \(5.0\ \text{m s}^{-1}\)。把电阻加倍后,终端速度增加至 \(10\ \text{m s}^{-1}\),但终端电流仍然是 \(1.0\ \text{A}\)。
当导电棒向右移动时,电路包围的面积增加。外加磁场指向纸面内,因此指向纸面内的磁通量增加。
楞次定律要求感应磁场指向纸面外。因此,电流为逆时针。
在右侧正在移动的导电棒上,逆时针电流向上流动。作用在这根载流导电棒上的磁力向左,反抗令磁通量增加的运动。
对于以速度 \(v\) 垂直于磁场移动的导电棒,
\[ \varepsilon=Blv \]
所以电流为
\[ I=\frac{Blv}{R} \]
作用在导电棒上的磁力大小为
\[ F_B=BIl \]
代入电流,
\[ F_B =B\left(\frac{Blv}{R}\right)l =\frac{B^2l^2v}{R} \]
在终端速度下,加速度为零,因此磁力与外加拉力平衡:
\[ F_{\text{pull}}=F_B \]
因此,
\[ 0.40 =\frac{(0.80)^2(0.50)^2v}{2.0} \]
所以
\[ v =\frac{(0.40)(2.0)}{(0.80)^2(0.50)^2} =5.0\ \text{m s}^{-1} \]
在这个速度下,
\[ I =\frac{Blv}{R} =\frac{(0.80)(0.50)(5.0)}{2.0} =1.0\ \text{A} \]
热能产生率为
\[ P=I^2R =(1.0)^2(2.0) =2.0\ \text{W} \]
这与输入的机械功率相符:
\[ P=Fv=(0.40)(5.0)=2.0\ \text{W} \]
现在把电阻换成 \(R=4.0\ \Omega\)。
在终端速度下,
\[ v =\frac{F_{\text{pull}}R}{B^2l^2} =\frac{(0.40)(4.0)}{(0.80)^2(0.50)^2} =10\ \text{m s}^{-1} \]
新的电流为
\[ I =\frac{Blv}{R} =\frac{(0.80)(0.50)(10)}{4.0} =1.0\ \text{A} \]
所以终端电流仍然是 \(1.0\ \text{A}\)。
一个很容易想到的论点是:把电阻加倍一定会令电流减半。如果感应电动势保持不变,这确实正确。但感应电动势并不保持不变。
较大的电阻最初会令电流较小,因此磁煞车力也较小。恒定外力随后会令导电棒加速到更高速度。更高的速度又会产生更大的感应电动势。只有当电流再次大到足以使磁力平衡固定的 \(0.40\ \text{N}\) 拉力时,才会达到终端运动状态。
事实上,在终端速度下,
\[ F_{\text{pull}}=BIl \]
所以
\[ I=\frac{F_{\text{pull}}}{Bl} \]
当中完全没有电阻。
电阻控制的是产生这个电流所需要的终端速度。
这是楞次定律与能量守恒共同作用的结果,而不是两个彼此分离的物理概念。
问题 5
一个 50 匝、电阻为 \(0.50\ \Omega\) 的导电线圈,与一个电磁铁共轴,并位于电磁铁右方。电磁铁穿过线圈的磁场指向右方,而且越接近电磁铁的位置,磁场越强。
线圈已经在向右移动,亦即远离电磁铁。
在某一瞬间,有两个过程正在改变穿过每一匝线圈的外加磁通量:
- 由于线圈正在远离,向右的磁通量正以 \(6.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1}\) 的速率减少;
- 由于外部电源正在增加电磁铁中的电流,向右的磁通量正以 \(9.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1}\) 的速率增加。
把向右的磁通量定义为正。
a. 求每匝外加磁通量的净变化率。
b. 计算感应电动势与电流的大小。
c. 一名观察者站在线圈右侧,望回电磁铁。判断他看到的感应电流是顺时针还是逆时针。
d. 判断此刻线圈所受磁力是朝向电磁铁还是远离电磁铁。由此判断磁力是反抗还是协助线圈目前的运动。
e. 电磁铁造成的磁通量增加率要是多少,才会令感应电流瞬间为零?解释如果电源造成的磁通量增加率稍微低于这个值,电流和磁力会发生甚么变化。
假设感应电流足够小,因此题目给出的外加磁通量变化率可视为固定不变。
解答 5
向右的净磁通量正以 \(3.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1}\) 的速率增加,产生 \(0.015\ \text{V}\) 的感应电动势,以及从右侧观察为顺时针、大小 \(0.030\ \text{A}\) 的电流。此刻,感应磁相互作用会把线圈推离电磁铁,因此磁力会协助线圈目前的运动,而不是反抗它。这并不违反楞次定律或能量守恒。
先把造成磁通量变化的两个原因合并。
把向右磁通量的增加定义为正。线圈运动造成的贡献为
\[ -6.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1} \]
而电磁铁电流增加造成的贡献为
\[ +9.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1} \]
因此,
\[ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} = 9.0\times10^{-4} - 6.0\times10^{-4} = 3.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1} \]
外加磁通量的净结果是向右增加。
感应电动势的大小为
\[ |\varepsilon| =N\left|\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right| =50(3.0\times10^{-4}) =1.5\times10^{-2}\ \text{V} \]
所以
\[ |\varepsilon|=0.015\ \text{V} \]
电流为
\[ I=\frac{\varepsilon}{R} =\frac{0.015}{0.50} =0.030\ \text{A} \]
现在判断方向。
向右的外加磁通量正在增加,因此线圈必须产生一个向左的磁场。
观察者站在线圈右侧,向左望。如果磁场向右,它便会指向观察者,相当于从他的视角看是指向纸面外。因此,所需的向左感应磁场会指离观察者,相当于指向纸面内。
这需要顺时针电流。
现在考虑力。
电磁铁的磁场指向右方。线圈的感应磁场指向左方,所以线圈的磁矩与电磁铁的磁场方向相反。由于越接近电磁铁,外加磁场越强,这个方向相反的磁矩会被推向较弱磁场的区域,也就是远离电磁铁。
线圈本身已经正在远离,因此磁力与它的速度方向相同。
这看起来可能与常见说法「楞次定律反抗运动」矛盾,但其实并不矛盾。
线圈并不只是在回应自身的运动。它的运动正在尝试减少磁通量,但由外部电源驱动的电磁铁令磁通量以更快的速率增加。净结果是向右的磁通量正在增加。
感应电流正是按照楞次定律的要求,反抗这个净增加。
额外的机械能和热能可以来自驱动电磁铁的外部电源。并没有凭空产生能量。
要令电流瞬间变成零,两个磁通量变化的贡献必须互相抵消:
\[ \left(\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right)_{\text{source}} = 6.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1} \]
在这个确切速率下,
\[ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}=0 \]
所以
\[ \varepsilon=0 \]
因此没有感应电流。
如果电源造成的磁通量增加率稍微低于 \(6.0\times10^{-4}\ \text{Wb s}^{-1}\),由运动造成的磁通量减少便会成为较大的效应。向右的净磁通量此时会减少。
感应磁场会反向,改为指向右方,因此从右侧观察时,电流会变成逆时针。线圈的磁矩此时与外加磁场方向一致,因此线圈会被吸向电磁铁附近较强的磁场区域。
这个力指向左方,反抗线圈向外远离的运动。
这题最难掌握的关键在于,楞次定律并不问:「物体正在向哪个方向移动?」它问的是:「总磁通量正在发生甚么变化?」
10楞次定律让你接下来能理解甚么
一旦你能够把外加磁通量变化、感应磁场和感应电流分开处理,几个 HSC 电磁学概念便会容易得多。
法拉第定律告诉你磁通量变化会产生多大的感应电动势。楞次定律告诉你它的方向或取向。电动机效应再告诉你,这股感应电流在磁场中可能受到甚么力。
把这些概念结合起来,你便可以分析磁煞车、发电机、运动导体、反电动势和能量转移,而不必依赖死记顺时针或逆时针的模式。
要保留的习惯很简单:在使用右手定则之前,先准确判断磁通量到底正在发生甚么变化。