電感應

法拉第研究地磁電感應現象受到了地磁學研究的影響；通過研究地磁電感應現象，法拉第發(fā)現了電力、電流和電阻三者之間的相互關系，揭示了歐姆定律的內容。

電感應利用地磁產生電磁感應現象

嘗試地磁的感生電流效應實驗，獲得很好的結果。軟鐵棒(通過預先加熱至紅熱然后冷卻消磁 ———法拉第注)放入線圈O中，線圈用8英尺長的導線與電流計連接。然后翻轉(轉動180度)軟鐵棒及線圈，指針立刻移動；重復翻轉，使翻轉的節(jié)奏和指針的擺動節(jié)奏一致，后者擺動到180度或更多。

認為磁體周圍都分布著代表磁力的磁曲線，并且認識到只要導體切割磁曲線，就會有感應電流產生地球是一個巨大的磁體，認為地球表面密布著磁曲線。當線圈翻轉時，與線圈連接的導線就會切割地磁曲線，就會有感應電流產生。實驗的結果不僅說明了利用地磁可以產生感應電流，而且證明了電磁感應原理對于地磁電感應現象的適用性。

利用地磁作為磁源可以產生感應電流。同時，這些實驗研究使他認識到，電磁感應原理不僅僅適用于普通的磁電感應現象，而且也適用于地磁電感應現象，由此促進了電磁感應定律的建立。

電感應對于電力、電流及電阻三者之間關系

當不同材質的導體組成回路，受到同樣的電磁感應時，產生恰好相等的電力。但是法拉第當時并不清楚電力 、電流和電阻三者之間的關系，也不清楚究竟是那個要素對回路中是否產生感應電流起決定性作用。直至1832年1月，法拉第盡管仍然認為地球的自轉會產生感應電流，但無論通過何種方法進行檢驗，都檢驗不到這種電流的存在。他繼續(xù)進行實驗，企圖尋求這個問題的答案。

決定電路中是否產生感應電流的關鍵因素是感應電力，在電力一定時，電阻和電流恰好呈平衡關系。如果用U表示感應電力(即所說的感應電動勢)，I 表示電流強度，R表示阻礙(即電阻)，用數學式把這兩個結論結合表達出來 ，就是U =IR，這恰好是歐姆定律的數學表達式。

在高空電離層中運動的帶電荷的衛(wèi)星受電感應阻力后對軌道根數產生的攝動影響。研究結果表明，電感應阻力對帶電衛(wèi)星的軌道半長軸、軌道偏心率、近地點赤經、歷元平赤經均有周期攝動影響，但除對半長軸有長期攝動效應外對其它軌道根數均無長期攝動 。軌道傾角和升交點赤經不受攝動影響。以飛行在高度1500km的電離層中的導體衛(wèi)星作為算例。計算結果顯示：帶電導體衛(wèi)星在高空電離層中帶有一定電量時電感應阻力對軌道半長軸的縮短產生顯著效應。

電感應在電離層中帶電衛(wèi)星所受到的電感應阻力

衛(wèi)星在電離層中帶電，一方面是由于發(fā)射時衛(wèi)星自身帶電，另一方面導體金屬衛(wèi)星在電離層中獲得電荷而帶電。電離層是由電離氣體，如O，N原子和O ，N 離子以及電子所組成。當導體金屬衛(wèi)星穿過電離層中的電離氣體時，衛(wèi)星同電子和離子相碰撞后獲得電荷。這主要是因為電子的熱速度比離子速度大60倍，電子比離子運動快，所以撞在衛(wèi)星上的電子流量比相應的離子流量大，結果在衛(wèi)星表面上獲得負電荷。當衛(wèi)星在電離層中以此機理獲得負電荷或發(fā)射時在衛(wèi)星表面帶有電量，這時衛(wèi)星在電離層中將受到電感應阻力。P·J· Wyatt 曾給出計算電感應阻力的理論式子，首先假定一個帶有均勻分布電荷Q 、質量m 、半徑R的球體衛(wèi)星以速度V穿過不考慮磁場情形的電離層，電離層是完全中性等離子體。球體衛(wèi)星對電子和離子是可滲透的，被感應的電荷在球體衛(wèi)星外部。

電感應電感應阻力對軌道根數產生的攝動量

大氣旋轉角速度，距地心愈遠，角速愈小，研究的電離層高度在500km處，再加所計算的衛(wèi)星軌道傾角較大 (75°)，所以在該處電離層線速也較小，為簡化起見，采用不考慮地球自轉角速。

取平均高度在1500km以上的電離層內飛行的導體衛(wèi)星作為算例。設此球體衛(wèi)星的半徑R=2m，重量m=36kg ， 運行軌道周期T=118.28min，軌道半長軸a=7988.16km，軌道傾角i =75°。計算此衛(wèi)星在電離層內飛行時， 當它帶有0.3C的電量時電感應阻力對軌道半長軸的變率的影響效應值。

為此先計算在1500km高度的電離層中的c值。在1500km高度的電離層中的電子和離子的溫度是：T_e=1300K ，T_i=1300K。(采用國際單位制，即SI制)則me=9.10956 ×10^-31kg， k=1.38062 ×10^-23Juledeg^-1。

當衛(wèi)星發(fā)射時帶有0.3C的電量或導體衛(wèi)星發(fā)射到電離層內同電子碰撞后表面獲得0.3C的電荷時，衛(wèi)星的軌道半長軸則因受電感應阻力每天縮小達85m以上。如果將其和同一高度處中性大氣阻力對此衛(wèi)星軌道半長軸的攝動效應相比較，按計算中性大氣阻力的效應式子：粗略計算后可知電感應阻力應該比大氣阻力效應大2.6倍。所以當導體衛(wèi)星在電離層飛行時只要帶有足夠電量就必須考慮電感應阻力對軌道引起的攝動效應。