根據法拉第電磁感應定律:只要穿過回路的磁通量發生了變化,在回路中就會有感應電動勢產生。而實際上,引起磁通量變化的原因不外乎兩條:其一是回路相對于磁場有運動;其二是回路在磁場中雖無相對運動,但是磁場在空間的分布是隨時間變化的,我們將前一原因產生的感應電動勢稱為動生電動勢,而后一原因產生的感應電動勢稱為感生電動勢。 注意:動生電動勢和感生電動勢的名稱也是一個相對的概念,因為在不 同的慣性系中,對同一個電磁感應過程的理解不同: (1)設觀察者甲隨磁鐵一起向左運動:線圈中的自由電子相對磁鐵運動,受洛侖茲力作用,作為線圈中產生感應電流和感應電動勢的原因。-動生電動勢。 (2)設觀察者乙相對線圈靜止:線圈中的自由電子靜止不動,不受磁場力作用。產生感應電流和感應電動勢的原因是運動磁鐵(變化磁場)在空間產生一個感應(渦旋)電場,電場力驅動使線圈中電荷定向運動形成電流。-感生電動勢
一、動生電動勢 導體或導體回路在磁場中運動而產生的電動勢稱為動生電動勢。
動 生電動勢的來源: 如圖,運動導體內每個電子受到方向向上的洛侖茲力為: ;正負電荷積累在導體內建立電場 ;當 時達到動態平衡,不再有宏觀定向運動,則導體 ab 相當一個電源,a為負極(低電勢),b為正極(高電勢),洛侖茲力就是非靜電力。 動生電動勢計算:非靜電力 克服靜電力 作功,將正電荷由a端(負極)通過電源內部搬運到b端(正極).則單位正電荷所受的非靜電力即非靜電場強為: . 根據電動勢定義,運動導體 ab上的動生電動勢為: . (1)當 且B為恒矢量(均勻磁場)時, ,注意到 ,可得: ,即動生電動勢等于運動導體在單位時間內切割的磁感應線數。 (2)一般情況下, ,積分是沿運動的導線段進行,積分路徑上各點v及B都可能不同,不一定能提出積分號外。 (3)當導體為閉合回路時, . 注意:(1)仍然可以使用法拉第定律計算動生電動勢:對于整體或局部在恒定磁場中運動的閉合回路,先求出該回路的磁通F與t的關系,再將 對t求導,即可求出動生電動勢的大小。 (2)動生電動勢的方向可由楞次定律確定。
發電機的物理原理-洛倫茲力傳遞能量:  運動導體中的電子的速度為 ,其中v為電子隨導體運動的牽連速度,u為電子相對導體的定向移動速度。 電子所受到的總的洛侖茲力為: ,因為: ,所以其對電子不作功。而分力: 對電子作正功,形成 ;分力 阻礙導體運動,作負功。 可以證明: . 結論:外力克服阻力 做正功輸入機械能,再通過另一分力 轉化為感應電流的能量,即把機械能轉化為電能,這就是發電機的物理原理 。
例: 如圖所示,銅棒 OP 長為 L,在方向垂直于屏幕內的磁場B中,沿順時針方向繞O軸轉動,角速度為 ,求銅棒中的動生電動勢。 解法一:在銅棒上任取一小段 dl , 其產生的動生電動勢為: ,方向: (提問:如何確定?)整個銅棒產生的動生電動勢為: (P點電勢高) 解法二:取扇形,用電磁感應定律計算 大小,用楞次定律判斷 方向。 二、感生電動勢 處在磁場中的靜止導體回路,僅僅由磁場隨時間變化而產生的感應電動勢,稱為感生電動勢。 感生電場:變化的磁場在其周圍空間激發一種電場,稱之為感生電場。對感生電場 有: ,所以感生電場又稱有旋電場,而產生感生電動勢的非靜電場正是感生電場。
感生電動勢: 回路中磁通量的變化僅由磁場變化引起,則電動勢為感生電動勢: . 若閉合回路是靜止的,它所圍的面積S也不隨時間變化,則上式亦可寫成: . 感生電場與變化磁場之間的關系: (1)變化的磁場將在其周圍激發渦旋狀的感生電場,電場線是一系列的閉合線! (2)變化的磁場和它所激發的感生電場,在方向上滿足反右手螺旋關系——左手螺旋關系。 (3)感生電場的性質不同于靜電場。 |
|
靜電場 |
感生電場 |
場源 |
正負電荷 |
變化的磁場 |
場的性質 |
有源場
保守場 |
無源場
非保守場 |
力線 |
起源于正電荷,終止于負電荷 |
不閉合曲線 |
作用力 |
 |
 | |
|