楞次定律

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。楞次定律還可表述為：感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。 楞次定律（Lenz's law）是一條電磁學的定律，可以用來判斷由電磁感應而產生的電動勢的方向。它是由俄國物理學家海因里希·楞次（Heinrich Friedrich Lenz）在1834年發現的。1834年，俄國物理學家海因里希·楞次（H.F.E.Lenz，1804-1865）在概括了大量實驗事實的基礎上，總結出一條判斷感應電流方向的規律，稱為楞次定律（Lenzlaw）。簡單的說就是「來拒去留」的規律，這就是楞次定律的主要內容。楞次定律是能量守恆定律在電磁感應現象中的具體體現。正如勒夏特列原理是化學領域的慣性定理，楞次定律正是電磁領域的慣性定理。勒夏特列原理、牛頓第一定律、楞次定律在本質上一樣的，同屬慣性定律，同樣社會領域也存在慣性定理。

目錄

物理表述

楞次定律可概括表述為： 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。

表述特點

楞次定律的表述可歸結為：「感應電流的效果總是反抗引起它的原因。」如果迴路上的感應電流是由穿過該迴路的磁通量的變化引起的，那麼楞次定律可具體表述為：「感應電流在迴路中產生的磁通總是反抗（或阻礙）原磁通量的變化。」我們稱這個表述為通量表述，這裡感應電流的「效果」是在迴路中產生了磁通量；而產生感應電流的原因則是「原磁通量的變化」。可以用十二個字來形象記憶「增反減同，來拒去留，增縮減擴」 。如果感應電流是由組成迴路的導體作切割磁感線運動而產生的，那麼楞次定律可具體表述為：「運動導體上的感應電流受的磁場力（安培力）總是反抗（或阻礙）導體的運動。」我們不妨稱這個表述為力表述，這裡感應電流的「效果」是受到磁場力；而產生感應電流的「原因」是導體作切割磁感線的運動。從楞次定律的上述表述可見，楞次定律 並沒有直接指出感應電流的方向，它只是概括了確定感應電流方向的原則，給出了確定感應電流的程序。要真正掌握它，必須要求對表述的涵義有正確的理解，並熟練掌握電流的磁場及電流在磁場中受力的規律。以「通量表述」為例，要點是感應電流的磁通量反抗引起感應電流的原磁通量的變化，而不是反抗原磁通量。如果原磁通量是增加的，那麼感應電流的磁通要反抗原磁通量的增加，就一定與原磁通量的方向相反；如果原磁通減少，那麼感應電流的磁通要反抗原磁通的減少，就一定與原磁通量的方向相同。在正確領會定律的上述涵義以後，就可按以下程序應用楞次定律判斷感應電流的方向： a.穿過迴路的原磁通的方向，以及它是增加還是減少； b.根據楞次定律表述的上述涵義確定迴路中感應電流在該迴路中產生的磁通的方向； c.根據迴路電流在迴路內部產生磁場的方向的規律（右手螺旋法則），由感應電流的磁通的方向確定感應電流的方向。以力表述為例，其要點是感應電流在磁場中受的安培力的方向，總是與導體運動的方向成鈍角，從而阻礙導體的運動．因此應用它來確定感應電流的程序是： a.明確磁場B 的方向和導體運動的方向； b.根據楞次定律的上述涵意明確感應電流受安培力的方向； c.根據安培力的規律確定感應電流的方向。 可見正確掌握楞次定律並能應用，不僅要求準確理解其涵義，還必須掌握好電流的磁場和電流在磁場中受力（安培力）的規律。在楞次於1834年發表楞次定律時無磁通量這一概念（磁通量概念是韋伯提出來的），因此定律不可能具有而今的表述形式。楞次是在綜合法拉第電磁感應原理（發電機原理）和安培力原理的基礎上，以「電動機發電機原理」的形式提出這個定律的。其基本思想是：用電動機原理代替發電機原理來確定感應電流的方向，即：導線迴路在磁場中運動時，產生感應電流（即發電機的電流）的方向，與通電導體迴路在磁場力作用下作相同運動時、應通過的電流（電動機電流）的方向相反．以兩個端面互相平行的線圈為例，使A線圈固定，B線圈可移動．若令A線圈通以電流，讓B線圈向A運動，則B線圈上將產生感應電流 。用「電動機發電機原理」判斷此感應電流的方向的程序如下：假定B作為電動機線圈，通電後受A線圈電流磁場的作用力而向着A運動（電動機），根據安培力規律或電動機原理，要求B線圈的電流應與A線圈的電流有相同的繞行方向。於是根據楞次的「電動機發電機原理」所求B線圈上的感應電流的繞行方向與A線圈上電流的繞行方向相反。 楞次本人對定律的敘述似乎直接涉及到感應電流的方向。但要作出判斷仍然必須通過「對作相同運動的電動機的電流」方向作出判斷之後，才能確定由導線在磁場中運動產生的感應電流的方向，故實際上仍然只是給出了確定感應電流方向的原則，必須在對電動機原理有充分掌握的基礎上，按一定的程序確定感應電流的方向。 實質表述楞次定律可以有不同的表述方式，但各種表述的實質相同，楞次定律的實質是：產生感應電流的過程必須遵守能量守恆定律，如果感應電流的方向違背楞次定律規定的原則，那麼永動機就是可以製成的。下面分別就三種情況進行說明： （1）如果感應電流在迴路中產生的磁通量加強引起感應電流的原磁通變化，那麼，一經出現感應電流，引起感應電流的磁通變化將得到加強，於是感應電流進一步增加，磁通變化也進一步加強……感應電流在如此循環過程中不斷增加直至無限。這樣，便可從最初磁通微小的變化中（並在這種變化停止以後）得到無限大的感應電流。這顯然是違反能量守恆定律的。楞次定律指出這是不可能的，感應電流的磁通必須反抗引起它的磁通變化，感應電流具有的以及消耗的能量，必須從引起磁通變化的外界獲取。要在迴路中維持一定的感應電流，外界必須消耗一定的能量。如果磁通的變化是由外磁場的變化引起的，那麼，要抵消從無到有地建立感應電流的過程中感應電流在迴路中的磁通，以保持迴路中有一定的磁通變化率，產生外磁場的勵磁電流就必須不斷增加與之相應的能量，這只能從外界不斷地補充。 （2）如果由組成迴路的導體作切割磁感線運動而產生的感應電流在磁場中受的力（安培力）的方向與運動方向相同，那麼，感應電流受的磁場力就會加快導體切割磁感線的運動，從而又增大感應電流。如此循環，導體的運動將不斷加速，動能不斷增大，電流的能量和在電路中損耗的焦耳熱都不斷增大，卻不需外界做功，這顯然是違背能量守恆定律的。楞次定律指出這是不可能的，感應電流受的安培力必須阻礙導體的運動，因此要維持導體以一定速度作切割磁感線運動，在迴路中產生一定的感應電流，外界必然反抗作用於感應電流的安培力做功。 （3）如果發電機轉子繞組上的感應電流的方向，與作同樣轉動的電動機轉子繞組上的電流方向相同，那麼發電機轉子繞組一經轉動，產生的感應電流立即成了電動機電流，繞組將加速轉動，結果感應電流進一步加強，轉動進一步加速。如此循環，這個機器既是發電機，可輸出越來越大的電能，又是電動機，可以對外做功，而不花任何代價（除使轉子最初的一動而外），這顯然是破壞能量守恆定律的永動機。楞次定律指出這是不可能的，發電機轉子上的感應電流的方向應與轉子作同樣運動的電機電流的方向相反。

綜上所述

楞次定律的任何表述，都是與能量守恆定律相一致的。概括各種表述「感應電流的效果總是反抗產生感應電流的原因」，其實質就是產生感應電流的過程必須遵守能量守恆定律。

難點分析

從靜到動的一個飛躍 學習「楞次定律」之前所學的「電場」和「磁場」只是局限於「靜態場」考慮，而「楞次定律」所涉及的是變化的磁場與感應電流的磁場之間的相互關係，是一種「動態場」，並且「靜到動」是一個大的飛躍，所以學生理解起來要困難一些。

內容、關係的複雜性

「楞次定律」涉及的物理量多，關係複雜。產生感應電流的原磁場與感應電流的磁場兩者都處於同一線圈中，且感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，它們之間既相互依賴又相互排斥。如果不明確指出各物理量之間的關係，使學生有一個清晰的思路，勢必造成學生思路混亂，影響學生對該定律的理解。 知識、能力的不足要能理解「楞次定律」必須具備一定的思維能力，而一部分人的抽象思維和空間想象能力還不是很強，對物理知識的理解、判斷、分析、推理常常表現出一定的主觀性、片面性和表面性，所以在某些問題的理解上容易出差錯。學生運用楞次定律大多數要依靠右手定則，但有時候運用右手定則是完全不夠的，要靈活的轉變思考方向，可能是反的也可能轉不止一道彎才能得出正確的答案。

突破難點

楞次定律 阻礙對「阻礙」二字的理解：要正確全面地理解「楞次定律」必須從「阻礙」二字上下功夫，這裡起阻礙作用的是「感應電流的磁場」，它阻礙「原磁通量的變化」，不是阻礙原磁場，也不是阻礙原磁通量。不能認為「感應電流的磁場必然與原磁場方向相反」或「感應電流的方向必然和原來電流的流向相反」。所以「楞次定律」可理解為：當穿過閉合迴路的磁通量增加時，相應感應電流（『增加的磁通量』所感應的電流）的磁場方向總是與原磁場方向相反；當穿過閉合迴路的磁通量減小時，相應感應電流（『減小的磁通量』所感應的電流）的磁場方向總是與原磁場方向相同。另外「阻礙」不能理解為「阻止」，應認識到，原磁場是主動的，感應電流的磁場是被動的，原磁通量仍然要發生變化，阻止不了，而感應電流的磁場只是起阻礙作用而已。感應電流的磁場的存在只是減弱了穿過電路的總磁通量變化的速度，而不會改變原磁場的變化特徵和方向。例如：當增大感應電流的磁場時，原磁場也將在原方向上一直增大，只是增大得比沒有感應電流的磁場時慢一點而已。如果磁通量變化被阻止，則感應電流就不會繼續產生。無感應電流，就更談不上「阻止」了。 判定感應電流方向 （1）明確原磁場的方向及磁通量的變化情況（增加或減少）； （2）確定感應電流的磁場方向，依「增反減同」確定； （3）用安培定則確定感應電流的方向。

弄清最基本的因果關係

「楞次定律」所揭示的這一因果關係可用上文的第2張圖表示。感應磁場與原磁場磁通量變化之間阻礙與被阻礙的關係：原磁場磁通量的變化是因，感應電流的產生是果，原因引起結果，結果又反作用於原因，二者在其發展過程中相互作用，互為因果。

與能量轉化的關係

「楞次定律」是能量轉化和守恆定律在電磁運動中的體現，符合能量守恆定律，感應電流的磁場阻礙引起感應電流的原磁場的磁通量的變化，因此，為了維持原磁場磁通量的變化，就必須有動力作用，這種動力克服感應電流的磁場的阻礙作用做功，將其他形式的能轉變為感應電流的電能，所以「楞次定律」中的阻礙過程，實質上就是能量轉化的過程。所以，感應電流遵從楞次定律所描述的方向，是能量守恆定律的必然結果。理解「楞次定律」從反抗效果的角度來理解：感應電流的效果，總是要反抗產生感應電流的原因，這是「楞次定律」的另一種表述。依這一表述，「楞次定律」可推廣為： ①阻礙原磁通量的變化。 ②阻礙（導體的）相對運動（由導體相對磁場運動引起感應電流的情況）。可以理解為「來者拒，去者留」。

與之相關的解題方法

電流元法：在整個導體上取幾段電流元，判斷電流元受力情況，從而判斷導體受力情況等效磁體法：將導體等效為一個條形磁鐵，進而作出判斷躲閃法：「增反減同」的方法確定。阻礙相對運動法：產生的感應電流總是阻礙導體相對運動。

人物簡介——楞次

俄國物理學家。1804年2月24日生於多爾帕特(今愛沙尼亞的塔爾圖)的一個法院書記員家庭，早年喪父。1820年考入多爾帕特大學的自然科學系，後因生活貧困轉入神學院。1823年應邀作為地球物理觀測員參加俄國主辦的由科采布率領的「普雷德普里阿蒂」號單桅帆船第2次全球性科學航行 (1823～1826)。1829～1830年去高加索、黑海及裏海沿岸地區考察，進行地磁觀測，精確測定了裏海海平面的變化。1831年起開始從事電磁學的研究工作。1834年當選為科學院院士。1836～1865年任聖彼得堡大學教授。1845年在他倡導和協助下組織了俄國地理學會。1865年2月 10日逝世於意大利羅馬。 楞次在物理學上的主要貢獻是發現電磁學中兩個極為重要的基本定律。1832年在獲悉法拉第發現電磁感應現象之後，楞次立即開始電工方面的實驗研究。於1833年提出楞次 定律：閉合迴路中感生電流的方向總是使得它所激發的磁場阻礙引起感生電流的磁通量的變化。1842～1843年，他獨立於焦耳更精確地建立了電流與其所生熱量的關係，後被稱為焦耳-楞次定律，楞次還定量地比較了不同金屬線的電阻率。確定了電阻率與溫度的關係; 建立了電磁鐵吸引力與磁化電流的二次方成正比的定律; 1844年導出了含電動熱和電阻的串-並聯電路中電流分布的定律; 1856年製造出一部附有移動電刷的特殊裝置的發電機。 在地球物理方面，楞次積累了大量可靠的觀測數據。在科學航行中，測量了深海的海水比重和溫度; 發現並解釋了不同地帶海水中含鹽量不同的現象; 發現海洋表面的水溫高於水上面的空氣溫度。在電化學方面，確立了伽伐尼電池中電動勢的相加性，陰極和陽極上極化電動勢的相加定律，以及每一電極的極化電動勢和起始電極電勢的相加定律。楞次的著作主要為 《物理學手冊》 一書。

2019-06-14193閱讀27717 電力通論 ▪ 電 ▪ 電荷 ▪ 靜電學 ▪ 電子 ▪ 離子 ▪ 空穴 ▪ 自由電荷 ▪ 束縛電荷 ▪ 空間電荷 ▪ 載流子 ▪ 電中性 ▪ 線電荷密度 ▪ 面電荷密度 ▪ 體電荷密度 ▪ 電場 ▪ 電場強度 ▪ 靜電場 ▪ 靜電感應 ▪ 均勻電場 ▪ 交變電場 ▪ 電通密度 ▪ 電通[量] ▪ 力線 ▪ 電位 ▪ 電位差 ▪ 等位線 ▪ 等位面 ▪ 地電位 ▪ 電壓 ▪ 等位體 ▪ 電壓降 ▪ 電動勢 ▪ 反電動勢 ▪ 電介質 ▪ [介]電常數 ▪ [絕對]電容率 ▪ 相對電容率 ▪ 電極化 ▪ 電極化強度 ▪ 剩餘電極化強度 ▪ 電極化率 ▪ 電極化曲線 ▪ 電偶極子 ▪ 基本電偶極子 ▪ 電偶極矩 ▪ 電滯 ▪ 電滯回線 ▪ 電致伸縮 ▪ 電流 ▪ 傳導電流 ▪ 運流電流 ▪ 離子電流 ▪ 位移電流 ▪ 全電流 ▪ 極化電流 ▪ 庫侖定律 ▪ 高斯定理 ▪ 磁學 ▪ 磁場 ▪ 磁場強度 其他科技名詞 物理定律 運動學 ▪ 質心運動定律 ▪ 歐拉運動定律 守恆律 ▪ 能量守恆定律 ▪ 動量守恆定律 ▪ 角動量守恆定律 力學 ▪ 慣性原理 ▪ 牛頓運動定律 ▪ 萬有引力定律 ▪ 開普勒行星運動三定律 ▪ 歐拉運動定律 ▪ 胡克定律 ▪ 帕斯卡定律 ▪ 阿基米德定律 ▪ 伯努利定律 熱力學 ▪ 阿伏伽德羅定律 ▪ 理想氣體狀態方程 ▪ 玻意耳定律 ▪ 查理定律 ▪ 蓋-呂薩克定律 ▪ 道爾頓分壓定律 ▪ 杜隆-珀蒂定律 ▪ 格銳目定律 ▪ 亨利定律 ▪ 熱力學基本定律 電磁學 ▪ 庫侖定律 ▪ 電荷守恆定律 ▪ 楞次定律 ▪ 法拉第電磁感應定律 ▪ 畢奧-薩伐爾定律 ▪ 安培定律 ▪ 高斯定律 ▪ 洛倫茲力 ▪ 麥克斯韋方程 ▪ 歐姆定律 ▪ 焦耳定律 ▪ 基爾霍夫第一定律 ▪ 基爾霍夫第二定律 光學 ▪ 光的折射定律 ▪ 光的反射定律 ▪ 斯涅爾定律 量子力學 ▪ 態疊加原理 ▪ 薛定諤方程 ▪ 狄拉克方程 ▪ 莫塞萊定律 相對論 ▪ 光速不變原理 ▪ 相對性原理 ▪ 洛倫茲變換 ▪ 等效原理 ▪ 愛因斯坦場方程