电与磁之间存在着一种密不可分的联系，它们相互依存、相互影响，共同构成了电磁学的基础。可以说，现代电工技术的飞速发展离不开对磁现象的深入理解，因此，电与磁的学习是相辅相成的。
在上一次的学习中，我们主要探讨了磁的基本概念和物理量。在掌握了磁的基本性质之后，我们这次将深入探讨电与磁之间的相互作用，以及相关的理论知识。
在本次课程中，曹老师通过丰富的实例、深入的理论讲解和习题分析，详细地阐述了电磁感应的诸多知识点，旨在帮助学员们更好地理解电与磁之间的内在联系。
接下来，我们将跟随曹老师的思路，逐一学习这些重要的知识点。
电的产生方式多种多样，但最常见的是摩擦起电和电磁感应。摩擦起电产生的电能通常持续时间较短，而通过电磁感应产生的电能则是现代能源的主要来源。
1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，这一发现标志着电磁学研究从分离走向了相互联系的阶段。随后，在1831年，法拉第发现了电磁感应现象及其规律。简单来说，电磁感应就是电生磁或磁生电的现象。静止电荷周围存在静电场，而运动电荷周围不仅存在电场，还存在磁场。
自从奥斯特发现电磁之间的关联后，法国物理学家们进一步研究了载流导线附近的磁场与电流方向的关系，总结出右手螺旋法则，也称为安培定则。具体来说，用右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向就是磁场方向；而对于圆电流，如通电螺线管，大拇指指向磁场方向，四指的弯曲方向表示电流方向。
图18-1展示了载流导线和载流螺线管的磁场与电流的方向关系。
图18-1
从上一次的学习中，我们已经了解到磁极之间同极相斥、异极相吸的规律。同理，根据电磁感应现象，两根载流导线之间或两个通电螺线管之间也会产生力的作用。
右手螺旋定则与右手定则不同，前者用于判断磁场的方向，而后者用于判断感应电动势的方向，两者在本质上是有所区别的。
结合上次的磁知识，从图18-1中我们可以看出，磁感线是闭合曲线，它们不会相交。这是因为磁场中某一点的磁感应强度方向是确定的，如果相交，显然与只有一个方向这一性质相矛盾。
通电螺线管所激发的磁场与条形磁铁的磁场相似，因此我们可以得出结论，线圈两端的磁极处的磁感应强度最大，其方向是在线圈内部从南极指向北极，然后从北极出来，经线圈外部沿一定路径回到南极。
感兴趣的读者可以尝试进行一个小实验：制作一个小线圈，在其周围放置一根小磁针，通电后观察磁针的转动方向，如图18-2所示；或者在线圈周围撒上一些铁粉，观察铁粉的分布。
图18-2
法国物理学家安培也发现了放在磁铁附近的载流导线会受到作用力而发生运动，载流导线之间也有相互作用力，并总结出两电流之间的作用力与两磁铁之间的作用力遵循相似的规律，如图18-3所示。
图18-3
1831年，法拉第发现了电磁感应现象及其基本规律，揭示了电与磁的内在联系。他通过实验发现，将电流计与一线圈接成回路，让条形磁铁迅速在线圈中插拔，电流计会发生偏转，且“插”和“拔”两种情况下偏转方向相反，磁铁静止在线圈中时电流计不偏转。
这说明感应电流的产生与线圈回路中的磁场对时间的变化有关，如图18-4中左边所示。又如图18-4中右边所示，均匀不变的磁场中放置一正交磁感线的导体框，当导体l左右滑动时，接在回路上的电流计也会发生偏转，此时磁铁间的磁场没有发生变化，但由于回路所包围的面积发生变化，使通过导体框内的磁通量发生变化。
综上所述，只要与导线或线圈交链的磁通发生变化（包括大小的变化），就会在导线或线圈中感应出电动势，当所感应电动势与外电路相连，形成闭合回路时，回路中就有电流通过。这种现象称为电磁感应。
图18-4
这种由磁通量变化所引起的电动势，称为感应电动势。感应电流只有在导线或线圈与外电路形成闭合回路时才会存在，而感应电动势不管回路是否闭合，它都存在。
显然，如果导线在磁场中作切割磁感线运动时，就会在导线中产生感应电动势。而其感应电动势的大小与磁感应强度B、导线长度l及导线切割磁感线的速度v有关，其大小为E=Blv，如下图18-5所示。
图18-5
图18-5所示的公式，前提是在均匀磁场B中，导体ab以速度v沿垂直于B的方向运动。当导体的运动方向与B方向不垂直时，其感应电动势E=Blvsinθ，其中θ是磁力线与速度方向的夹角。
感应电动势的方向可以用右手定则判定，即伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电动势的方向。
1845年，德国物理学家纽曼在法拉第工作的基础上导出了法拉第电磁感应定律的定量表达式，它可以表示为：当与导线回路交链的磁通发生变化时，导线将产生感应电动势，导体回路中感应电动势e的大小与穿过该回路的磁通量φ对时间的变化率dφ/dt成正比，即感应电动势的大小为e=-Δφ/Δt。该式只适用于单匝线圈组成的回路。
产生感应电动势的闭合回路必然会流过感应电流，其方向与感应电动势的方向一致，这个方向可以根据楞次定律进行判断，即闭合回路中感应电流的方向，总是使得它自身所产生的磁通来阻碍闭合回路中原磁通（引起感应电流的磁通量）的变化。
简单来说就是增反减同，即如果原磁通是增大状态，那么感应电流所产生的磁通与原磁通的方向相反；如果原磁通是减小状态，那么感应电流所产生的磁通与原磁通的方向相同。
图18-6
图18-6所示是结合法拉第电磁感应定律与楞次定律所得出的各种磁通变化引起回路中感应电动势与感应电流的方向。
例如最左边的图中，磁铁向上移动，原磁通向上并在线圈中呈增大趋势，即此时磁通变化率大于零，根据法拉第电磁感应定律的公式，此时感应电动势为负，线圈中感应电流产生的磁通与原磁通方向相反向下。
上文提到，公式e=-Δφ/Δt适用于单匝线圈回路。如果线圈有N匝，而且磁通全部穿过N匝线圈，则与线圈相交链的总磁通为Nφ，称为磁链，用符号Ψ表示，单位还是Wb（韦伯），此时线圈的感应电动势为e=-ΔNφ/Δt=-NΔφ/Δt。
简单理解就是增加多少匝线圈，其感应电动势就增大多少倍，这是因为一匝线圈的感应电动势为e，N匝线圈就有N个e叠加。
电磁感应的知识内容较为复杂，且定则与定律较多，大家很有必要慢慢摸索与理解。我的建议是大家把那些定律与定则综合起来相互比较，思考它们之间的区别与相关联的地方，作一个总结，那么电磁感应的内容理解起来就会相对简单。（技成培训原创，作者：杨思慧，未经授权不得转载，违者必究！）
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