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海因里希·楞次

楞次(Lenz,Heinrich Friedrich Emil).

埃米利·海因里希·弗里德里希·克里斯蒂亚诺维奇·楞次(Эмилий Христианович Ленц,转写:Heinrich Friedrich Emil Lenz,1804年2月24日-1865年2月10日),俄国物理学家、地球物理学家。波罗的海德国人。

楞次1804年出生于被俄国占领的爱沙尼亚德尔帕特市(今爱沙尼亚共和国的塔尔都),16岁时以优异的成绩考入德尔帕特大学。1828年,楞次当选俄国圣彼得堡科学院的初级科学助理,1830年当选为圣彼得堡科学院通讯院士,1834年成为院士。1836年到1865年任圣彼得堡大学教授,1840年担任圣彼得堡大学数学物理系系主任,1863年当选为第一任校长。楞次1865年在意大利罗马因中风逝世。

楞次总结了安培的电动力学与法拉第的电磁感应现象后,于1833年在圣彼得堡科学院宣读了题为“关于用电动力学方法决定感生电流方向”的论文,提出了感生电动势阻止产生电磁感应的磁铁或线圈的运动,后来这条定律被称为楞次定律,在1834年的《物理学和化学年鉴》上发表。随后德国物理学家亥姆霍兹证明楞次定律实际上是电磁现象的能量守恒定律。

1842年,楞次独立于英国物理学家焦耳确定了电流与其所产生的热量的关系,也就是焦耳定律,因此焦耳定律也被称为焦耳-楞次定律。楞次还研究了不同金属的电阻率,以及电阻率与温度的关系。

除此之外,在楞次的倡导与协助下,1845年成立了俄国地理学会。

楞次(Lenz,Heinrich Friedrich Emil).

 

生平简介

 

楞次(Lenz,Heinrich Friedrich Emil)1804年2月24日诞生于爱沙尼亚.16岁以优异成绩考入家乡的道帕特大学.1828年被

挑选为俄国圣彼得堡科学院的初级科学助理,1830年被选为圣彼得堡科学院通讯院士,1834年选为院士.曾长期担任圣彼得堡大学物理数学系主任,后来由教授会选为第一任校长.

楞次在物理学上的主要成就是发现了电磁感应的楞次定律和电热效应的焦耳-楞次定律.

1833年,楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力学方法决定感生电流方向”的论文,提出了楞次定律.亥姆霍兹证明楞次定律是电磁现象的能量守恒定律.

在电热方面,1843年楞次在不知道焦耳发现电流热作用定律(1841年)的情况下,独立地发现了这一定律.他用改善实验方法和改用酒精作传热介质,提高了实验的精度.

1831年,楞次基于感应电流的瞬时和类冲击效应,利用冲击法对电磁现象进行了定量研究,确定了线圈中的感应电动势等于每匝线圈中电动势之和,而与所用导线的粗细和种类无关.1838年,楞次还研究了电动机与发电机的转换性,用楞次定律解释了其转换原理.1844年,楞次在研究任意个电动势和电阻的并联时,得出了分路电流的定律,比基尔霍夫发表更普遍的电路定律早了4年.

1865年寒假,楞次在意大利罗马中风去世。

楞次(Lenz,Heinrich Friedrich Emil).

 

重要贡献

 

物理学重要贡献——楞次定律

楞次定律是一条电磁学的定律,从电磁感应得出感应电动势的方向。

感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

注意:“阻碍”不是“相反”,原磁通量增大时方向相反,原磁通量减小时方向相同;“阻碍”也不是阻止,电路中的磁通量还是变化的。

1833年, 楞次 在概括了大量实验事实的基础上,总结出一条判断感应电流方向的规律,称为楞次定律( Lenz law )。

楞次定律可表述为 :

闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化.

楞次定律也可简练地表述为 :

感应电流的效果,总是阻碍引起感应电流的原因。

 

楞次是俄国物理学家和地球物理学家,生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动,发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象,1845年倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至1865年任圣彼得堡大学教授,兼任海军和师范等院校物理学教授。

楞次主要从事电学的研究。1832年当他知道了法拉第研究“磁生电”取得了成功,很受鼓舞,也开始进行一系列电磁实验。1833年楞次把他的工作总结在《论动电感应引起的电流的方向》一文中,指出感应电流的方向是这样确定的:它所产生的磁场方向与引起感应的原磁场的变化方向相反。这对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。后被称为楞次定律,这一定律表明,电磁感应现象也是尊从能量守恒定律的。

1842年,几乎在同时,楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律,这就是大家熟知的焦耳——楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率,确定了电阻率与温度的关系;并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。

楞次除发表过一些论文外,还著有《物理学手册》一书,于1864年出版。

楞次(Lenz,Heinrich Friedrich Emil).

 

学习要点

 

一、难点分析

1. 从静到动的一个飞跃

学习“楞次定律”之前所学的“电场”和“磁场”只是局限于“静态场”考虑,而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系,是一种“动态场”,并且“静到动”是一个大的飞跃,所以学生理解起来要困难一些。

2. 内容、关系的复杂性

“楞次定律”涉及的物理量多,关系复杂。产生感应电流的原磁场与感应电流的磁场两者都处于同一线圈中,且感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化,它们之间既相互依赖又相互排斥。如果不明确指出各物理量之间的关系,使学生有一个清晰的思路,势必造成学生思路混乱,影响学生对该定律的理解。

3. 学生知识、能力的不足

要能理解“楞次定律”必须具备一定的思维能力,而大多数学生抽象思维和空间想象能力还不是很强,对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性,所以在某些问题的理解上容易出差错。

二、突破难点的方法

1. 正确理解“楞次定律”的内容及“阻碍”的含义

(1)“楞次定律”的内容: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的变化。

(2)对“阻碍”二字的理解:要正确全面地理解“楞次定律”必须从“阻碍”二字上下功夫,这里起阻碍作用的是“感应电流的磁场”,它阻碍“原磁通量的变化”,不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁通量。不能认为“感应电流的磁场必然与原磁场方向相反”或“感应电流的方向必然和原来电流的流向相反”。所以“楞次定律”可理解为:当穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反;当穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同。另外“阻碍”不能理解为“阻止”,应认识到,原磁场是主动的,感应电流的磁场是被动的,原磁通量仍然要发生变化,阻止不了,而感应电流的磁场只是起阻碍作用而已。感应电流的磁场的存在只是削弱了穿过电路的总磁通量 变化的快慢,而不会改变 的变化特征和方向。例如:当增大感应电流的磁场时, 原磁场也将在原方向上一直增大,只是增大得比没有感应电流的磁场时慢一点而已。如果磁通量变化被阻止,则感应电流就不会继续产生。无感应电流,就更谈不上“阻止”了。

2. 掌握应用“楞次定律”判定感应电流方向的步骤

(1)明确原磁场的方向及磁通量的变化情况(增加或减少)。

(2)确定感应电流的磁场方向,依“增反减同”确定。

(3)用安培定则确定感应电流的方向。

3. 弄清最基本的因果关系

“楞次定律”所揭示的这一因果关系可用图1(图1在哪我也不知道)表示。感应磁场与原磁场磁通量变化之间阻碍与被阻碍的关系:原磁场磁通量的变化是因,感应电流的产生是果,原因引起结果,结果又反作用于原因,二者在其发展过程中相互作用,互为因果。

4. 正确认识“楞次定律”与能量转化的关系

“楞次定律”是能量转化和守恒定律在电磁运动中的体现,感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,因此,为了维持原磁场磁通量的变化,就必须有动力作用,这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功,将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以“楞次定律”中的阻碍过程,实质上就是能量转化的过程。

5. 多角度理解“楞次定律”

(1)从反抗效果的角度来理解:感应电流的效果,总是要反抗产生感应电流的原因,这是“楞次定律”的另一种表述。依这一表述,“楞次定律”可推广为:

①阻碍原磁通量的变化。

②阻碍(导体的)相对运动(由导体相对磁场运动引起感应电流的情况)。可以理解为“来者拒,去者留”。

6.与之相关的解题方法

电流元法:在整个导体上去几段电流元,判断电流元受力情况,从而判断道题受力情况

等效磁体法:将导体等效为一个条形磁铁,进而作出判断。

 

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