楞次定律釋疑

謝軍平

楞次定律在高中物理知識體系中占有非常重要的地位，在判斷感應(yīng)電流方向時具有不可替代的作用。但是初學(xué)者往往對該定律的內(nèi)容難以理解，即便是理解也常處于淺層和表象，在實際應(yīng)用時會出現(xiàn)一系列問題。為了便于讀者深刻領(lǐng)悟、有效掌握和應(yīng)用好該定律，本文從以下幾個方面進(jìn)行解讀、剖析。

一、楞次定律內(nèi)容的理解

楞次定律的內(nèi)容：“感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場方向總是要阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化。”該定律包含以下幾個方面的信息：1.定律指出了感應(yīng)電流的磁場方向，沒有直接指明感應(yīng)電流的方向。2.感應(yīng)電流的磁場方向如何判斷，定律當(dāng)中用“阻礙”兩字恰到好處地進(jìn)行了描述，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化，由于引起感應(yīng)電流的磁通量就是原磁場的磁通量，故感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化。3.磁通量的變化不外乎兩種情況：一是磁通量增加，二是磁通量減小。若是前者必然是阻礙磁通量的增加，則感應(yīng)電流的磁場方向必與原磁場方向相反；若是后者必然是阻礙磁通量的減小，則感應(yīng)電流的磁場對原磁場進(jìn)行補(bǔ)償，使感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。以上分析過程可概括為四個字：“增反減同”。“增反”指原磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場方向就與原磁場方向相反；“減同”指原磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場方向就與原磁場方向相同。

二、楞次定律與能量守恒定律的關(guān)系

楞次定律可以有不同的表述方式，但各種表述的實質(zhì)相同。楞次定律的實質(zhì)是：產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程必須遵守能量守恒定律。如果感應(yīng)電流的方向違背楞次定律規(guī)定的原則，那么永動機(jī)就是可以制成的。下面分別就三種情況運用反推法說明。

（1）磁通量變化型：如果感應(yīng)電流在回路中產(chǎn)生的磁場促進(jìn)引起感應(yīng)電流的原磁通量變化，那么，一旦出現(xiàn)感應(yīng)電流，引起感應(yīng)電流的磁通量變化將得到加劇，則感應(yīng)電流進(jìn)一步增加，磁通量變化也進(jìn)一步加劇……感應(yīng)電流在如此循環(huán)過程中不斷增加直至無限值，從而無需消耗外界能量就可以獲得足夠多的電能，這顯然違反能量守恒定律。

（2）導(dǎo)體棒切割型：如果構(gòu)成閉合回路的導(dǎo)體棒作切割磁感線運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中受到的安培力方向與導(dǎo)體棒相對運動方向相同，安培力就會使導(dǎo)體棒加速，導(dǎo)體棒加速致使電路中產(chǎn)生更強(qiáng)的感應(yīng)電流……如此循環(huán)，導(dǎo)體的運動速度將不斷增大，動能不斷增大，電路中產(chǎn)生的電能和在電路中損耗的焦耳熱都將不斷增大，卻不需外界做功，這也是違背能量守恒定律的。

（3）發(fā)電機(jī)：如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電流的方向，與作同樣轉(zhuǎn)動的電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上的電流方向相同，那么發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一旦轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電流就立即成了電動機(jī)電流，繞組將加速轉(zhuǎn)動，結(jié)果感應(yīng)電流進(jìn)一步加強(qiáng)，轉(zhuǎn)動進(jìn)一步加速……如此循環(huán)，這個機(jī)器既可以作為發(fā)電機(jī)輸出越來越大的電能，又可以作為電動機(jī)對外做功。顯然這種永動機(jī)是不可能制成的。

三、楞次定律的推廣

楞次定律的最初表述是從感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙原磁通量的變化這一角度來確定感應(yīng)電流方向的。將這一內(nèi)在的、必然的電磁感應(yīng)規(guī)律深度推廣后不難發(fā)現(xiàn)：為了阻礙原磁通量的變化，與電磁感應(yīng)有關(guān)的一切現(xiàn)象、規(guī)律必然會向著阻礙磁通量變化的趨勢進(jìn)行。這一推廣真正體現(xiàn)了“阻礙”的本質(zhì)含義，也進(jìn)一步揭示了“感應(yīng)電流的效果總是要反抗引起感應(yīng)電流的原因”這一因果制約關(guān)系。引起磁通量的變化的原因是多方面的，但根據(jù)磁通量的計算不難發(fā)現(xiàn)引起磁通量變化的原因無外乎以下幾種情況：①由磁場變化引起；②由面積變化引起；③由磁感應(yīng)強(qiáng)度與面積的夾角變化引起；④以上情況兼而有之。綜上所述阻礙磁通量變化的形式將呈現(xiàn)多樣性、豐富性─—可能是磁場阻礙，可能是電流阻礙，也可能是運動阻礙，還可能是通過力來阻礙等等。但無論是哪一種方式的阻礙，其實質(zhì)一定都是阻礙了原磁通量的變化。那么這種阻礙為什么“不徹底”——并沒有阻止原磁通量的變化，而只是在某種程度上推遲、延緩了原磁通量的變化呢？我們知道原磁通量的變化是主動變化，而感應(yīng)電流的磁場則是被動產(chǎn)生，因此根據(jù)主動大于被動這一基本原理可知，感應(yīng)電流的磁場只能阻礙而不能阻止原磁通量的變化。推而廣之，上述各種方式的阻礙都是因被動的感應(yīng)電流而產(chǎn)生，所以出現(xiàn)的結(jié)果就只能是“阻礙”而不是“阻止”。endprint