动生电动势.doc

动生电动势 1820 年,奥斯特发现了电流的磁效应,从一个侧面揭示了长期以来一直认为是彼此独立的电现象和磁现象之间的联系。 1831 年,法拉第在关于电磁感应的第一篇重要论文中,总结出以下五种情况都可以产生感应电流:变化着的电流, 变化着的磁场,运动着的恒定电流,运动着的磁铁,在磁场中运动着的导体。最后归纳为:只要穿过回路的磁通量发生了变化,在回路中就会有感应电动势产生。而实际上,引起磁通量变化的原因不外乎两条:其一是磁场的分布不随时间变化回路相对于磁场有运动;其二是回路在磁场中虽无相对运动,但是磁场在空间的分布是随时间变化的,我们将前一原因产生的感应电动势称为动生电动势,而后一原因产生的感应电动势称为感生电动势。本文着重讨论第一种动生电动势。一、动生电动势的产生机制电源,依靠非静电力将回到负极的正电荷再反抗电场力的作用移回到正极, 从而维持两电极的电势差。提供非静电力的装置称为电源。不同的电源两极的电势差不同,我们用电动势来描述。把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时, 非静电力所作的功,称为电源电动势。以均匀磁场中运动着的直导线 ab 作为研究对象(如图 1)。当他在磁感应强度为 B的匀强磁场中以速度 v匀速运动,导体中的自由电子也同样在磁场中运动。因此要受到洛仑兹力的作用,即 evB F?洛。在洛仑兹力的作用下,自由电子由 a端向 b端运动,结果在 b端就聚集了负电荷,则a端就出现了等量的正电荷。当两端的正负电荷在导体内部产生的电场作用于自由电子的电场力与自由电子受到的洛仑兹力相等时,电子就不在运动达到平衡。如果用导线将两端连起来,就产生了电流,运动的导线就是电源,洛仑兹力就是不断的把自由电子从电源的正极拉到负极,使电路里产生稳定持续的电流。洛仑兹力就是非静电力。从电荷受力观点。动生电动势实质上是由于导体作宏观机械运动而使自由电子受到洛仑兹力作用,进而发生定向运动产生电势差。因此,只有导体有宏观机械运动,才可能产生动生电动势。二、动生电动势的能量转换×××××× ×××××× ×××××× ×××××× ab v图1 把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时,非静电力所作的功,称为电源电动势。从上面的解释中好象也看到了洛仑兹力的作用下,自由电子由电源负极运动到里正极,洛仑兹力也做了功。我们知道洛仑兹力是不做功的,这不是矛盾了吗? 如图 2 所示,自由电荷随导体运动的速度为 1v ,产生的洛仑兹力为 B evF 11?,自由电子做定向移动的速度为 2v ,产生的洛仑兹力 B evF 22?。电子的合速度为 v ,洛仑兹力的合力为 evB F?,F 垂直 v ,所以洛仑兹力总的不做功。也就