楞次定律释疑

谢军平

楞次定律在高中物理知识体系中占有非常重要的地位，在判断感应电流方向时具有不可替代的作用。但是初学者往往对该定律的内容难以理解，即便是理解也常处于浅层和表象，在实际应用时会出现一系列问题。为了便于读者深刻领悟、有效掌握和应用好该定律，本文从以下几个方面进行解读、剖析。

一、楞次定律内容的理解

楞次定律的内容：“感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场方向总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化。”该定律包含以下几个方面的信息：1.定律指出了感应电流的磁场方向，没有直接指明感应电流的方向。2.感应电流的磁场方向如何判断，定律当中用“阻碍”两字恰到好处地进行了描述，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化，由于引起感应电流的磁通量就是原磁场的磁通量，故感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化。3.磁通量的变化不外乎两种情况：一是磁通量增加，二是磁通量减小。若是前者必然是阻碍磁通量的增加，则感应电流的磁场方向必与原磁场方向相反；若是后者必然是阻碍磁通量的减小，则感应电流的磁场对原磁场进行补偿，使感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。以上分析过程可概括为四个字：“增反减同”。“增反”指原磁通量增加时，感应电流的磁场方向就与原磁场方向相反；“减同”指原磁通量减小时，感应电流的磁场方向就与原磁场方向相同。

二、楞次定律与能量守恒定律的关系

楞次定律可以有不同的表述方式，但各种表述的实质相同。楞次定律的实质是：产生感应电流的过程必须遵守能量守恒定律。如果感应电流的方向违背楞次定律规定的原则，那么永动机就是可以制成的。下面分别就三种情况运用反推法说明。

（1）磁通量变化型：如果感应电流在回路中产生的磁场促进引起感应电流的原磁通量变化，那么，一旦出现感应电流，引起感应电流的磁通量变化将得到加剧，则感应电流进一步增加，磁通量变化也进一步加剧……感应电流在如此循环过程中不断增加直至无限值，从而无需消耗外界能量就可以获得足够多的电能，这显然违反能量守恒定律。

（2）导体棒切割型：如果构成闭合回路的导体棒作切割磁感线运动时产生的感应电流在磁场中受到的安培力方向与导体棒相对运动方向相同，安培力就会使导体棒加速，导体棒加速致使电路中产生更强的感应电流……如此循环，导体的运动速度将不断增大，动能不断增大，电路中产生的电能和在电路中损耗的焦耳热都将不断增大，却不需外界做功，这也是违背能量守恒定律的。

（3）发电机：如果发电机转子绕组上的感应电流的方向，与作同样转动的电动机转子绕组上的电流方向相同，那么发电机转子绕组一旦转动，产生的感应电流就立即成了电动机电流，绕组将加速转动，结果感应电流进一步加强，转动进一步加速……如此循环，这个机器既可以作为发电机输出越来越大的电能，又可以作为电动机对外做功。显然这种永动机是不可能制成的。

三、楞次定律的推广

楞次定律的最初表述是从感应电流的磁场总是要阻碍原磁通量的变化这一角度来确定感应电流方向的。将这一内在的、必然的电磁感应规律深度推广后不难发现：为了阻碍原磁通量的变化，与电磁感应有关的一切现象、规律必然会向着阻碍磁通量变化的趋势进行。这一推广真正体现了“阻碍”的本质含义，也进一步揭示了“感应电流的效果总是要反抗引起感应电流的原因”这一因果制约关系。引起磁通量的变化的原因是多方面的，但根据磁通量的计算不难发现引起磁通量变化的原因无外乎以下几种情况：①由磁场变化引起；②由面积变化引起；③由磁感应强度与面积的夹角变化引起；④以上情况兼而有之。综上所述阻碍磁通量变化的形式将呈现多样性、丰富性─—可能是磁场阻碍，可能是电流阻碍，也可能是运动阻碍，还可能是通过力来阻碍等等。但无论是哪一种方式的阻碍，其实质一定都是阻碍了原磁通量的变化。那么这种阻碍为什么“不彻底”——并没有阻止原磁通量的变化，而只是在某种程度上推迟、延缓了原磁通量的变化呢？我们知道原磁通量的变化是主动变化，而感应电流的磁场则是被动产生，因此根据主动大于被动这一基本原理可知，感应电流的磁场只能阻碍而不能阻止原磁通量的变化。推而广之，上述各种方式的阻碍都是因被动的感应电流而产生，所以出现的结果就只能是“阻碍”而不是“阻止”。endprint