当前课程知识点：University Physics - Electricity and Magnetism > Chapter IV Electromagnetic Induction > Lecture 33 Faraday’s Law > Lecture 33 Faraday’s Law
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这一讲，我们将探讨一个新的问题。这是一个令人惊叹的发现，法拉第电磁感应定律。这个发现改变了我们整个世界。
从此我们有了发电机和发电厂。无论是对技术革命，还是经济发展，都有着极大的贡献。
但这也是一个比较难的问题，因为超出了我们的直觉。我将用更多的时间来细致地探讨这个问题。
请回顾奥斯特实验，他发现电流附近的小磁针发生了偏转。
这个现象向我们揭示了电流可以产生稳恒磁场。电与磁从此连在了一起。之后，法拉第有了一个伟大的猜想。
他认为既然电场能够产生稳恒磁场，那么稳恒磁场或许也应该能够产生电场。
有了这个想法，他做了很多实验，但都失败了，他没有观察到磁场能够产生电流。
但他没有放弃，继续坚持，直到有一天，奇迹发生了。就在他打开或合上开关的那一瞬间，他看到了电流。
这是法拉第实验的一个示意图。这里有一个铁环。上面绕有线圈。我们称它为回路1.
回路1中有电源。另外一个回路称为回路2，我们注意到回路2没有与回路1相连，而且回路2中没有电源。
回路2连接一个安培表。当合上开关，回路1中产生恒定电流，磁场建立。
磁场线同时穿过回路2，但电流表的指针没有动。说明磁场的存在并没有带来电流。
但是，就在开关合上或打开的那一瞬间，电流表的读数发生了变化，这就意味着回路2中产生了电流。非常奇妙的现象，回路2中没有电源，但却产生了电流！
那么，是什么产生了电流？你如何分析这个实验现象？我们知道，当开关合上或者打开的那一瞬间，磁场是变化的。
因此，不是磁场产生了电流，而是变化的磁场产生了电流。
“变化”是关键。如果磁场保持恒定，就没有电流。我们把这个奇妙的现象称为电磁感应。
我们称回路2中的电流为感应电流，回路2相当于有了一个电源而产生了电流，相应的电动势称为感应电动势，是由变化的磁场产生的。
根据这些实验观察，法拉第得到了这个结论。关键的问题是感应电动势。假设一个塑料线圈替代了导电线圈，还有电流吗？
没有了。为什么？因为塑料是绝缘的，没有自由电子。但是感应电动势还在那里！
我们可以通过几种实验的方法产生感应电动势。
如图所示，我们可以改变磁场的大小，改变回路所围面积的大小，我们也可以改变回路在磁场中的取向，这些方法都可以产生感应电动势。
那么通过这些实验结果，我们可以得到什么结论？我们提到了磁场大小，线圈面积以及线圈平面与磁场的夹角。
因此通过改变穿过线圈的磁通量可以产生感应电动势。现在，我们得到了法拉第感应定律。这里是文字表述。
回路中的感应电动势，正比于穿过回路的磁通量对时间变化率。
法拉第电磁感应定律可由数学表达式进行描述：ε等于磁通量对时间的导数的负值.
那么，什么是Φb？Φb是磁通量。根据磁通量的定义，Φb等于磁感强度B对闭合回路所围面积的积分。
如果有N匝面积相同的线圈，可以设想相当于磁场线穿过回路N次，因此，感应电动势变为N倍，如此式所示。
我们已经注意到这个公式中有一个负号。它的物理意义是什么？楞次定律给出解释。
我们来看这个图中所示的例子。这是一个闭合线圈和一个条形磁铁。磁场线如图所示。
当条形磁铁朝着线圈向上运动。那么，从N极发出的向上的磁场线穿过线圈，并且磁通量增加。此时，线圈中的感应电流的方向如图所示。
根据右手定则，由感应电流产生的磁场方向朝下。
正好与原有向上的磁场线反向，抵抗原有磁通量的增加。
如果磁铁远离线圈朝下运动，那么，穿过线圈的向上的磁通量减少，则线圈中的感应电流反向。
因此，由感应电流产生的磁场总是要抵抗原磁场的变化。这就是楞次定律。
感应电流总要使它自己激发的磁场阻碍原磁通的变化。楞次定律解释了法拉第电磁感应定律数学表达式中负号的物理意义。
如果原磁通量增加，那么感应电流激发的磁场就要阻碍这种增加，反之亦然。
这就意味着，感应电流总是要阻碍原磁通量的变化。实际上，楞次定律是电磁学的惯性定律。
下一讲，我们将进一步讨论感应电动势。
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