電磁感應研究

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

關鍵詞：電磁感應；螺線管；感應電流；感應電場

如圖1所示，矩形導體回路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，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。閉合螺線管電源時，abcd中如圖1所示產生瞬間的感應電流。

連接bc、cd、da在同一平面內遠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電流，這樣則說明該回路因為距離螺線管太遠，所用儀器檢測不到該回路中自由電子受感應電場作用。

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

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

在圖3基礎上如圖4做實驗（圖2、3、4、5、6所用導線相同），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段產生如圖所示瞬間感應電流，這個感應電流和圖3中ab段產生的瞬間感應電流是同向的，實驗顯示，圖3 abcd中產生的感應電流大于圖4 abcd中產生的感應電流。

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

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

同理，儀器檢測到abba中產生感應電流則是ab段和ab段自由電子受感應電場作用的結果。參看圖3、圖4可知，ab段和ab段自由電子受感應電場作用而要產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電場作用大，因此回路abba中ab的感應電流方向如圖5所示，ab段的感應電流方向和ab位置因變化磁場產生的感應電場方向相反（此回路中的感應電流方向符合楞次定律）。

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

（說明：ab中自由電子較ab中自由電子受到的感應電場作用大說明在磁鐵中間由近及遠磁場要遵循一個逐漸變弱或者變強的規律。實驗顯示，在磁鐵中間靠近磁鐵處能檢測到磁場，較遠處檢測不到，這樣看來，則必然是“在磁鐵中間越靠近磁鐵磁場越強，越遠離磁鐵磁場越弱”。

圖5所示的感應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，越遠離磁鐵磁場越弱”是這里楞次定律成立的根源。）

是不是導體所處位置的變化磁場決定了該位置的感應電場呢？

如圖6所示，回路abcd和回路abcd關于螺線管對稱，同理，儀器檢測到這兩個回路在螺線管電源閉合時產生感應電流則分別是因為ab段自由電子和ab段自由電子受到了感應電場作用。實驗顯示ab和ab中的感應電流方向相反，這就是說，對ab和ab中自由電子作用的感應電場方向相反。而ab處和ab處的變化磁場是相同的，為什么產生的感應電場方向相反呢？ 看來“導體所處位置的變化磁場決定了該位置的感應電場”的認識靠不住。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，而電荷受到的感應電場從目前的電磁理論得不到確定的結論。由此可見，電磁感應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。