电磁感应研究

摘 要：本文从基本的电磁感应理论入手，通过一系列实验，导出了一个电磁感应理论问题。

关键词：电磁感应；螺线管；感应电流；感应电场

如图1所示，矩形导体回路abcd在密绕螺线管中间和螺线管垂直，ab的中点接触螺线管。bc、cd、da到螺线管距离较远，闭合螺线管电源，在bc、cd、da所处位置用仪器检测不到有螺线管的磁场，图1实验是后面5个实验的基础。闭合螺线管电源时，abcd中如图1所示产生瞬间的感应电流。

连接bc、cd、da在同一平面内远离螺线管组成某一回路，比如组成图2所示的回路，该回路所在的平面在螺线管中间与螺线管垂直。实验显示，闭合螺线管电源时，仪器检测不到回路中有瞬间的感应电流，这样则说明该回路因为距离螺线管太远，所用仪器检测不到该回路中自由电子受感应电场作用。

图3与图2所用导线相同，多余的长度可以如图所示在bc边外侧折起来，折起来的导线中间没有空隙（为了看图方便，一段导线用了红色）。

闭合螺线管电源，仪器检测图3回路 abcd中有瞬间感应电流，图3回路有感应电流是因为ab、bc、cd、da哪段导线中的自由电子受到了感应电场的作用呢？只能是ab段。因为由图2实验可知，所用仪器检测不到bc、cd、da三边及以外远离螺线管位置的电子受感应电场作用。（只能是ab段受感应电场作用的含义是：如果没有导线，则电子在回路导线所处位置只有在ab段位置才可能检测到受感应电场作用——电子在其他三边及以外远离螺线管的位置用仪器检测不到其受感应电场作用，本文所说自由电子受感应电场作用或者不受感应电场作用都是从这个角度说的。）

在图3基礎上如图4做实验（图2、3、4、5、6所用导线相同），将ab向右平移一小段距离到ab位置，连接abcd组成回路如图4所示。

闭合螺线管电源，ab段产生如图所示瞬间感应电流，这个感应电流和图3中ab段产生的瞬间感应电流是同向的，实验显示，图3 abcd中产生的感应电流大于图4 abcd中产生的感应电流。

同理，仪器检测到图4abcd中产生感应电流是因为ab段的自由电子受到了感应电场的作用。图3 abcd中产生的感应电流大于图4 abcd中产生的感应电流则说明ab段自由电子受到的感应电场作用大于ab段自由电子受到的感应电场作用。

如图5所示，连接 ab和ab组成回路abba，闭合螺线管电源，回路中产生瞬间的感应电流。

同理，仪器检测到abba中产生感应电流则是ab段和ab段自由电子受感应电场作用的结果。参看图3、图4可知，ab段和ab段自由电子受感应电场作用而要产生的运动方向是同向的，但是因为ab中自由电子较ab中自由电子受到的感应电场作用大，因此回路abba中ab的感应电流方向如图5所示，ab段的感应电流方向和ab位置因变化磁场产生的感应电场方向相反（此回路中的感应电流方向符合楞次定律）。

由楞次定律得出的某段导线的感应电流方向不一定是该段位置变化磁场产生的感应电场方向。楞次定律解决的是闭合导体回路整体的感应电流方向问题，并不解释每段导体所处位置变化磁场产生的感应电场。

（说明：ab中自由电子较ab中自由电子受到的感应电场作用大说明在磁铁中间由近及远磁场要遵循一个逐渐变弱或者变强的规律。实验显示，在磁铁中间靠近磁铁处能检测到磁场，较远处检测不到，这样看来，则必然是“在磁铁中间越靠近磁铁磁场越强，越远离磁铁磁场越弱”。

图5所示的感应电流方向是符合楞次定律的，由此可见，“在磁铁中间越靠近磁铁磁场越强，越远离磁铁磁场越弱”是这里楞次定律成立的根源。）

是不是导体所处位置的变化磁场决定了该位置的感应电场呢？

如图6所示，回路abcd和回路abcd关于螺线管对称，同理，仪器检测到这两个回路在螺线管电源闭合时产生感应电流则分别是因为ab段自由电子和ab段自由电子受到了感应电场作用。实验显示ab和ab中的感应电流方向相反，这就是说，对ab和ab中自由电子作用的感应电场方向相反。而ab处和ab处的变化磁场是相同的，为什么产生的感应电场方向相反呢？ 看来“导体所处位置的变化磁场决定了该位置的感应电场”的认识靠不住。这实际说明：一个电荷在某一变化磁场中，变化磁场是确定的，而电荷受到的感应电场从目前的电磁理论得不到确定的结论。由此可见，电磁感应理论有待于进一步研究。

作者简介：赵继广，男，河北沧州献县人，中国邮政集团公司保定市分公司职工。