確定閉合回路中由於磁通量變化而產生感應電動勢的定律,是在1831年M.法拉第發現電磁感應現象的基礎上總結得到的。

  電磁感應現象的發現 自從H.C.奧斯特在1820年發現電流的磁效應,揭示瞭電與磁聯繫的一個方面之後,不少物理學傢試圖探索磁是否也能產生電,他們曾經進行過不少實驗,但均未獲得成功。1824年起,法拉第也進行瞭努力的探索。當年,他曾把磁鐵放在接有檢流計的線圈圈內,結果沒有發現檢流計指針偏轉。1825年,他將導線回路放在另一通電回路附近,期望在導線回路中能感應電流,因為他當時認為:既然帶有電荷的導體能使附近導體感應電荷,那麼,載有電流的導體也能使附近導體感應電流,二者應有相似的性質。但他在實驗過程中由於隻觀察瞭恒定電流對導體的作用,未研究電流變化時的效應,而沒有得到任何結果。1828年,他又設計瞭專門的裝置,使導線和磁鐵處於不同位置,都仍然未見導線內產生電流。這些失敗並沒有動搖他的信心,經過反復思索和實驗,他終於在1831年8月29日第一次觀察到感應的效應。他在一個外圓直徑為 6英寸的軟鐵環上相對地繞瞭二組線圈A和B;線圈 B的兩端用銅導線連結起來,並將銅導線的一段放在遠離線圈B3英尺的一個磁針的上方,這個磁針相當於一個檢流計;線圈A連接由10個電池組成的電池組。法拉第發現將線圈 A接通電池的瞬間,小磁針來回擺動,最終穩定在原來的位置;斷開電池的瞬間,磁針再次出現擾動,然後又恢復原來位置。接著他稍事改進檢測電流的裝置,將連接線圈B的銅導線改制成扁平的線框,平行地放置在小磁針的旁邊。他發現線圈A與電池組接通和斷開的瞬間,線框對磁針吸引相反,表明接通和斷開瞬間,線圈B中的電流方向相反。實驗的結果出乎原來的預料,感應效應不是持續的而是短瞬的。為瞭證實感應電流是同磁的某種變化相聯系的想法,9月24日,他在一根軟鐵棒上繞以線圈,將線圈與檢流計連接,然後將軟鐵棒放在一根磁鐵棒的N極和另一根磁鐵棒的S極之間,兩根磁鐵棒的另一極彼此接觸。每當軟鐵棒脫離或接觸兩極時,檢流計的指針發生短暫的擾動。以後他進一步做瞭一系列實驗,用來判明產生感應電流的條件和決定感應電流的因素。他觀察瞭磁棒插入線圈和從線圈內移出時的感應現象(10月17日);他做瞭電源接通和斷開時兩個同軸線圈的感應實驗,並用鐵心增強感應效應(10月1日和18日);他借用皇傢科學院大型磁鐵增強感應效果,並用圓盤在磁場中的旋轉獲得連續的電流(10月28日),這是世界上第一臺利用感應原理的發電機。此外,他還做瞭許多其他感應現象的實驗。通過廣泛的實驗和精心的思索,他終於揭開瞭感應現象的奧秘。用他自己的語言來說,就是在電流和磁體周圍的空間存在一種“緊張狀態”,他用磁力線來描述這種“緊張狀態”。當導線切割磁力線運動時產生感應電流。

  定律的數學表達式 1832年,法拉第發現在相同的情況下,不同金屬導線中產生的感應電流同導線的導電能力成正比。這個結果表明,感應在於產生確定的電動勢,它同導線的性質無關,而僅取決於導線對磁力線的切割。他甚至相信不論導線形成閉合回路還是開路,都可產生感應電動勢。1834年俄國的Э.Χ.楞次給出瞭確定感應電流方向的明確表述。在這樣的基礎上,F.E.諾埃曼於1845年給出瞭感應定律的數學表述。雖然法拉第並沒有把他的研究結果用數學公式定量表示出來,但他對於電磁感應現象的豐富研究,無疑有資格贏得發現的全部榮譽。用現代語言來表述,當回路內部的磁通發生變化時,回路上產生的感應電動勢同總磁通的時間變化率成正比,用數學公式表示為

式中ε 是回路上的感應電動勢, Φ為穿過回路的總磁通,式中的負號反映感應電動勢的方向,同楞次定律決定的方向一致。這個結論就是法拉第電磁感應定律。

  歷史意義 法拉第電磁感應定律是電磁學的一條重要的基本定律,它的發現具有重大的意義。通過法拉第定律,可以對電和磁之間的聯系有更進一步的認識,從而激勵人們探索電和磁普遍聯系的理論。從這定律出發,J.C.麥克斯韋推廣瞭電場的概念:空間不但可以存在由電荷激發的靜電場,也可存在由變化磁場激發的渦旋電場。根據這一假設,得出瞭電磁場方程組中的一個基本方程∇×E=-дBt

  電磁感應現象的發現在實際應用方面有著更為重要的意義,電力、電信等工程的發展就同這一發現有密切的關系;發電機、變壓器等重要電力設備都是直接應用電磁感應原理制成,用它們建立電力系統,將各種能源(煤、石油、水力等)轉換成電能並輸送到需要的地方,這就極大地推動瞭社會生產力的發展。

  法拉第1831年8月29日日記手跡參見M.法拉第,它記錄瞭電磁感應的第一個成功的實驗。