下面我們來介紹電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)定律實(shí)際上有兩部分組成，第一部分是法拉第電磁感應(yīng)定律，第二個(gè)是楞次定律。研究電磁感應(yīng)定律的基本方法，用實(shí)驗(yàn)的方法來抓住磁通變化這個(gè)核心問題進(jìn)行討論。下面我們來觀察條形磁鐵接近和離開線圈的同時(shí)，電流指針變化情況。
下面我們研究電磁感應(yīng)定律。如果將一個(gè)條形磁鐵穿向線圈中，那么既然線圈兩端的電流表指針即將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果磁鐵不動(dòng)，而電流表指針也不動(dòng)，如果將磁鐵又從線圈中取出，電流表指針與插入時(shí)偏轉(zhuǎn)方向正好相反。由此可見，當(dāng)通過線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，不論是什么原因引起磁通的變化，都會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且磁通變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度就越大。因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，正比磁通的變化率。
根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)，那么我們定義如果是對(duì)于一匝線圈，也就單匝線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小就是磁通的變化率，如果有n匝線圈也就多匝線圈的時(shí)候，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小
，其中ΔΨ=ΔNΦ，我們把Ψ=NΦ稱為磁鏈。
所以n匝線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是單匝線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的n倍，所以公式表明了單匝線圈匝鏈的磁通在1秒內(nèi)變化1Wb時(shí)，線圈的端點(diǎn)電壓為1V。法拉第電磁感應(yīng)定律，解決了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率之間的關(guān)系，但是并沒有說明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。
法拉第電磁感應(yīng)定律，解決了磁通的變化率與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。但沒有解決反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。那么解決感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是什么呢？就是楞次定律。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的是楞次定律，是這樣子描述的：感生電流總是試圖維持原磁通不變，這就是楞次定律。那么楞次定律這樣的一個(gè)定義，還有沒有其他解釋？我們可以總結(jié)出來和牛頓的慣性定律一樣，他是磁場(chǎng)的慣性定律，另外一個(gè)維持原磁通不變，就是阻礙變化。
下面我們來研究電磁能量的關(guān)系。
那么為什么要討論能量呢？我們從源頭開始分析，有電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)當(dāng)中又會(huì)受到力的作用。我們知道有力就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，有運(yùn)動(dòng)就要做功，要做功就必須要有能量，有能量就要有存儲(chǔ)的地方，移動(dòng)能量需要時(shí)間和場(chǎng)地就會(huì)引起狀態(tài)的改變。我想這就是為什么要討論能量的原因。
下面我們來研究電路輸入到磁場(chǎng)的能量。
請(qǐng)看右圖，環(huán)形線圈它的截面積是A，它的磁性的平均周長(zhǎng)是l，半徑是r，在環(huán)形磁芯上繞了N匝線圈，線圈的兩端接到電源，電源的電壓為u，這樣子就有電流流入線圈。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，輸入電壓
也就是說線圈中磁感應(yīng)密度的變化量。那么線圈中磁通的增長(zhǎng)相應(yīng)的磁化電流為
那么電路輸入到磁場(chǎng)的能量為
把i和u的表達(dá)式代入式中就是
。
前面我們介紹了由電路輸入到磁場(chǎng)的能量為We，如果在經(jīng)過時(shí)間t以后，線圈中的磁場(chǎng)達(dá)d，那么我們對(duì)We的求解可以更換積分變量，由變量t改為B，所以得到了
那么其中唯一的話是磁性的體積，它的大小等于Al，那么通過計(jì)算以后我們又得到了從電路來的能量直接存儲(chǔ)到磁性當(dāng)中，也就是說存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量，磁場(chǎng)力量用Wm表示，
那么經(jīng)過分析計(jì)算以后等于
那么我們把BH/2存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中能量我們稱為磁能積。那么單位體積的磁場(chǎng)能量是磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積的1/2，
。
前面我們介紹了儲(chǔ)存在磁場(chǎng)當(dāng)中能量的計(jì)算方法。我們看一下，如果環(huán)形磁芯它的輸入端接到了正斜波電壓處相位是0的這樣的一個(gè)電壓波形，那么在磁線當(dāng)中磁化的時(shí)候產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)適合一個(gè)角度α。那么假設(shè)我們是積分周期從-Br積分到+Bm，再?gòu)?Bm來積分到+Br，那么對(duì)應(yīng)的磁化特新曲線就是我們右圖說-Br積分到S，那么這個(gè)曲線包圍的面積就是A1的面積，如果從S點(diǎn)由去磁去到+Br那個(gè)時(shí)候和縱軸包圍的面積就是A2這個(gè)面積，這么能量時(shí)回送給電源的能量，而A1這個(gè)面積是從電路從電源獲得的能量。
下面我們對(duì)本章的學(xué)習(xí)做一些小結(jié)，主要有這兩個(gè)方面。
第一，只要有電流，不管是恒定的還是變化的，都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。
第二，磁場(chǎng)用磁力線形象的描述，磁力線是無頭無尾的光滑曲線，其切線方向表示磁場(chǎng)方向，在磁鐵的內(nèi)部，磁力線是由南極指向北極，在外部是由北極指向南極。