从电磁感应到楞次定律的思考

摘要：电磁感应定律的发现实现了电力和其他各种能量的转换，也大大的方便了人们的衣食住行。因此电磁感应定律是电力能在我们生活中被广泛应用的基础。本文重点讲述关于对电场和磁场的认识及从电磁感应到楞次定律的思考。

关键词：电磁感应自感 楞次定律

一：关于对电场和磁场的认识

电场是主，磁场是运动的电场的一种外在表现。当然，不管是电场还是磁场，都可以把它们理解成一个整体，也就是电磁场。也可以把电荷计算进去，看成一个更大的整体，来一起分析这个电磁感应现象。

牛顿第一定律：任何物体在没有受到外力作用的时候，都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

因此我们也可以做一个假设：在一个全部由超导体组成的闭合回路组成的电路中，电流以及它所产生的电场和磁场均保持不变，直到外力迫使它改变这种状态为止。

进一步引申：在已经稳定的闭合电路中，即使不是超导体，排除电阻的损耗外，电流运行不会有其他损耗，如果外力能一直补充电阻的损耗，电流以及它所产生的电场和磁场依旧保持不变。

在电磁感应现象中，有一种叫做自感现象，这是一种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，就是无关电阻电压，即使超导体也一样，导体本身就具备的一种类似电阻一样阻碍自身电流发生变化的一种现象。所以，这种自感现象，很可能就是类似牛顿第一定律所指电路中的“惯性”现象，感抗的原因，也就是因为电路的“惯性”。

其实进一步思考，电路的“惯性”也并非单纯假设。可以这样分析，把很多点电荷，按顺序一个个摆好，排成一条直线，由于惯性，它们不会动，它们形成的电场也不会变，此时它们是静止的，但是根据运动的相对性，我们可以选择一个别的参考系，那么这一排点电荷对我们来说就是匀速直线运动了，此时对我们来说就是稳定的电流，以及稳定的电磁场了，从这里看出，改变电流和电磁场需要能量，但是维持电流和磁场状态不变并不需要能量，正是因为如此，这里才假设在电路中也存在着这样一个类似的“惯性”定律。

二：从电磁感应到楞次定律

感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量发生变化，这就是楞次定律。

现在我们找一个线圈，然后接通电流，让它形成一个闭合回路a，这时候我们设定电流方向为从A到B，磁场方向为从C到D，当然，这里的方向不是直线，它可以是曲线，或者绕了多少个弯也无所谓，我们这里为了方便分析和计算，就人为规定就是这两个方向。

然后，我们紧挨着这个线圈再放一个线圈形成闭合回路b，为了方便分析和计算，我们设定两个闭合回路都是超导体组成，紧挨着是为了让我们可以认为两个闭合回路电流方向相同或相反。

现在，我们把两个闭合回路以及它们形成的电磁场当作一个整体，当成一个系统，来具体分析一下回路中的电流情况。现在单纯增加回路a电流，此时，回路b产生感应电流方向从B到A，磁场方向从D到C，这就是楞次定律。

在这个系统中，初始状态，我们可以让两个回路电流都为0，系统磁场也为0，然后我们单纯增加回路a中电流x，然后回路a形成磁场y。当然，电流不可能凭白产生，即使超导体也一样，磁场也不可能凭空出现，这就需要外力，也就是克服电路“惯性”的需要。

四：楞次定律电流方向及感抗来源

现在来看一下，电路的“惯性”，也就是感抗究竟来自哪里?

我们知道光线也是一种电磁波，而太阳能就是一种利用电磁波的获取能量的方法，所以电磁场自身必定带有了一定能量，这些能量不可能凭空而来，所以，这里就是感抗中消失的能量中，必不可少，无法避免的部分，所以，无论怎么改变导体，导体的感抗会始终存在了。

现在我们来看上面实验中的两个回路，我们可以看到，增加从A到B的电流x，就会增加从C到D的磁场y，也就是AB上的电流x对应CD上磁场的y，可以认为这就是它们的“相对静止”。同时在回路b中也产生了从B到A的电流。那么，回路b中为什么会产生电流呢?

通俗的讲，这就像两个相对静止的物体，其中一个突然以速度v向左远去，但是我们选个参考系，依旧可以把它当作静止，那么在我们看来，也就相当于另一个物体突然以速度v向右远去了。

现在回到电路和电磁场分析，上文提到，AB上的电流x对应CD上的磁场y，这是他们的“相对静止”。注意，这里的“相对静止”很有必要，这是这里解释楞次定律电流方向的关键!

现在回到回路b电流变化的分析，初始时回路b电流为0，周围磁场为0。回路a增加电流x，产生磁场y后覆盖在回路b上时，回路b周围磁场也就变成了y!但是回路b电流对应的磁场0才是“相对静止”，磁场增加了y，就相当于回路b电流增加了x，回路电流增加x变成0，也就是此时回路b电流应该是负x，这也就是产生的感应电流了。从这个角度来看，楞次定律更像是电流与磁场的“相对运动”，而产生的一种“滞后性”的外在表现而已。

结语：

如果是理想状态下，两个回路中，如果一个增加电流x，另一个就会减少x，然后产生的磁场正好能抵消，所以最初磁场和目前磁场是完全相同的。

参考文献
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这是本人最近新写的一篇论文，发表在《前沿科学》期刊，欢迎阅读！