課本上說根據楞次定律可知感應電動勢會阻礙電流增加,可是楞次定律是判斷電流方向的嗎?


嚴格來說,書上這麼寫也沒問題。下面是楞次定律的描述:

由於磁通量的改變而產生的感應電流,其方向為抗拒磁通量改變的方向。

由於電磁感應,電感中會產生感應電流,而這個電流方向,正好和電源供電的電流方向相反。所以的確是阻礙了電源電流的變化。

但是這樣說會讓人不太容易理解。在我們常規觀念里,楞次定律在很多情況下是用來判定無電源情況下的電磁感應的「感應電流的方向」。比如均勻磁場里的導體切割磁感線,其產生的迴路電流方向;或者發電機的線圈的感應電流方向,一類的。

但是放到帶電源的電路里,聽起來是有點怪。

所以在電路分析里,個人覺得應該用歐姆定律來解釋更容易理解一點:

電感存在感抗,而電感的感抗 [公式] 。其中, [公式] 表示頻率, [公式] 表示電感量。

那麼在開關閉合的瞬間,電源對電感來說相當於一個階躍輸入,那麼裡面包含很多高頻分量,可以認為是頻率 [公式] 比較大。所以在開關閉合的瞬間,感抗 [公式] 較大。

根據歐姆定律:

[公式]

(一般會用 [公式] 電抗統一表示。電抗是阻抗、容抗、感抗的統稱)。

在開關閉合瞬間的電流 [公式] 就會比較小。但是隨著電源的穩定,其高頻分量 [公式] 急劇減少,所以其感抗 [公式] 持續降低,一直到頻率 [公式] 為零時,感抗 [公式] 也就為零。(直流電源供電情況下)。

下圖就是開關閉合瞬間,電感兩端電壓,和流過的電流的歸一化示意圖。

電壓是從高往低走,而電流正好相反,從低往高走。所以題目中的燈泡才會慢慢亮起來。


楞次定律:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

題主的問題並不嚴謹,嚴謹來說,感應電流並不是阻礙電流增加,而是阻礙電流變化。

簡單來說就是,變化的電流產生感應電動勢,感應電動勢產生感應電流,電流減小產生的感應電流會阻礙電流減小即與其同向,電流增加產生的感應電流會阻礙電流增加即與其反向。


通俗的說,楞次定律,有兩種版本的說法。

第一個版本:感應電流的方向是阻礙閉合迴路的磁通量變化。

第二個版本:不去判斷感應電流具體的方向,總之感應電流的效果就是阻礙變化,比如阻礙原相對位置的變化,阻礙原電路電流的變化(此例),阻礙燈亮度的改變,等等。

物理定律經常有多個版本,版本之間是相通的。


楞次定律是我們對感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通鏈變化的這種現象的結論,你問問題的方式都出了錯誤,不能說結論影響現象,我們是通過實驗得出的結論。


這個定律是先發現的結果,然後再反推的定律。所以這麼問是沒法解釋的。體系就是這麼建立起來的,有些就是人為的建模而已


給個提示,從能量守恆角度考慮


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