1839年,迈克尔·法拉第()证明,当电瓶供电时,缠绕在金属环左侧的金属丝会让另左侧的金属丝形成感应电压。这些能量的无线传输——就像变魔术一样——从联接到第二个线圈的电压计(一种拿来检测电压的设备)读数的忽然增高中,可以被显著地看见。
图解:法拉第的装置
法拉第演示无线能量传输的装置。
在这个证明之前,汉斯·克里斯蒂安·奥斯特(Hans)早已证明了变化的电场会形成磁场,如今法拉第()证明了反之亦然:变化的磁场会形成电场。变化是这儿的关键词:法拉第必须不停地联接和断掉第一个线圈的电瓶,才会在第二个线圈中形成恒定电压。假如磁场在导线周围没有变化或波动,就不会有电场形成,因而也就不会有电压。
法拉第电磁感应定理的公式抒发为:
图解:法拉第电磁感应定理
依据公式,在线圈中形成感应电动势ε是因为磁路量的变化率(Δφ/Δt),即遍布地区“A”的磁场“B”的变化率。感应电动势也是线圈的圈数或阻值“N”产生的疗效磁通量计算公式,缘由很简单,阻值的个数决定了磁场穿过电路的次数。但是,减号代表的是哪些呢?
减号象征着化学学家海因里希·伦茨(Lenz)提出的楞次定理,按照该定理,感应电压的方向是这样的,即该电压形成的磁场与它赖以存在的磁路量的变化是抵抗的。或则,正如D.J.格里菲思(D.J.)简单总结的那样:大自然讨厌变化中的变化。但是,为何是这样的呢?
为何楞次定理是正确的
自然并不讨厌或赞成变化中的变化,该意义是深远的。否则的话,我们就可以造出永动机,这些机器可以在没有能量来源的情况下永久或无限期地工作,也就是形成无限的、无条件的能量……永不停歇
图解:永动机的一个反例。
其实,永动机是不可能造下来的,由于能量的形成是有条件的。它们的行为违背了宇宙的一条基本定理——能量守恒定理。正如数学学教科书仍然所言,能源既不能被创造,也不能被毁灭。它只能从一种方式转换到另一种方式,也就是说,一个系统不能创造能量,而只能从一个能源中提取一些能量,而这个能源又是从另一个能源中提取的能量,以这种推。
线圈中感应电能的来源是一个不断变化的磁场磁通量计算公式,它是由一个联通的吸铁石形成的,这个吸铁石由人或机器联通,而人又从食物中、机器从燃料中获取能量来联通吸铁石,以这种推。一旦资源用尽,不再有变化的磁场形成,在系统中形成能量或在线圈中形成电压在数学学上是不可能发生的。
但是,假若感应电压形成的磁场不谴责磁路的变化,而是通过贡献磁能来支持磁路的进一步变化,电压还会进一步增多,而不须要线圈从外部的能源中提取更多的能量。这是一顿免费的晚餐!
图解:楞次定理
伦茨定理的可视化表现。(图片来源:)
事实上,电压有复合作用:这个降低的电压会形成它自己的磁能,这部份磁能也会形成变化的磁场,进而形成一个更大些的电压,又形成一个更大些的磁场,借此往复,直至形成无限的电压。之后,你就可以用一台发电机随便地摇晃它周围最小的吸铁石,来给宇宙中的每一个设备供电。
这相当于说,一个只是往前推动而不逐步停止的球,会加速得越来越快,最终达到无穷大的速率,由于它所经历的磨擦不会妨碍它的运动,反倒帮它驱动!减号仅仅表示能量的转换服从能量守恒定理。假如一个系统仅仅用它所形成的能量就可以形成更多的能量,那为何这行不通:
图解:延展接线板
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.
乔治亚洲立学院
艾萨克化学