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动生电动势和感生电动势

2015-10-14 07:29| 编辑:电工学习网| 查看: 26540| 评论: 0

根据法拉第电磁感应定律: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。
注意:动生电动势和感生电动势的名称也是一个相对的概念,因为在不同的惯性系中,对同一个电磁感应过程的理解不同:
(1)设观察者甲随磁铁一起向左运动:线圈中的自由电子相对磁铁运动,受洛仑兹力作用,作为线圈中产生感应电流和感应电动势的原因。-动生电动势。
(2)设观察者乙相对线圈静止:线圈中的自由电子静止不动,不受磁场力作用。产生感应电流和感应电动势的原因是运动磁铁(变化磁场)在空间产生一个感应(涡旋)电场,电场力驱动使线圈中电荷定向运动形成电流。-感生电动势

一、动生电动势
导体或导体回路在磁场中运动而产生的电动势称为动生电动势。

生电动势的来源:
  
 如图,运动导体内每个电子受到方向向上的洛仑兹力为: ;正负电荷积累在导体内建立电场 ;当时达到动态平衡,不再有宏观定向运动,则导体 ab 相当一个电源,a为负极(低电势),b为正极(高电势),洛仑兹力就是非静电力
动生电动势计算:非静电力克服静电力作功,将正电荷由a端(负极)通过电源内部搬运到b端(正极).则单位正电荷所受的非静电力即非静电场强为:. 根据电动势定义,运动导体 ab上的动生电动势为: .
(1)当 且B为恒矢量(均匀磁场)时, ,注意到 ,可得: ,即动生电动势等于运动导体在单位时间内切割的磁感应线数。
(2)一般情况下, ,积分是沿运动的导线段进行,积分路径上各点v及B都可能不同,不一定能提出积分号外。
(3)当导体为闭合回路时, .
注意:(1)仍然可以使用法拉第定律计算动生电动势:对于整体或局部在恒定磁场中运动的闭合回路,先求出该回路的磁通F与t的关系,再将对t求导,即可求出动生电动势的大小。
(2)动生电动势的方向可由楞次定律确定。

发电机的物理原理-洛伦兹力传递能量:
         
运动导体中的电子的速度为 ,其中v为电子随导体运动的牵连速度,u为电子相对导体的定向移动速度。 电子所受到的总的洛仑兹力为: ,因为: ,所以其对电子不作功。而分力: 对电子作正功,形成 ;分力 阻碍导体运动,作负功。
可以证明: . 结论:外力克服阻力 做正功输入机械能,再通过另一分力 转化为感应电流的能量,即把机械能转化为电能,这就是发电机的物理原理

例: 如图所示,铜棒 OP 长为 L,在方向垂直于屏幕内的磁场B中,沿顺时针方向绕O轴转动,角速度为,求铜棒中的动生电动势。
解法一:在铜棒上任取一小段 dl , 其产生的动生电动势为:,方向:(提问:如何确定?)整个铜棒产生的动生电动势为:(P点电势高)
解法二:取扇形,用电磁感应定律计算大小,用楞次定律判断 方向。
二、感生电动势
处在磁场中的静止导体回路,仅仅由磁场随时间变化而产生的感应电动势,称为感生电动势。
感生电场:变化的磁场在其周围空间激发一种电场,称之为感生电场。对感生电场 有: ,所以感生电场又称有旋电场,而产生感生电动势的非静电场正是感生电场。

感生电动势: 回路中磁通量的变化仅由磁场变化引起,则电动势为感生电动势: .
若闭合回路是静止的,它所围的面积S也不随时间变化,则上式亦可写成:.
感生电场与变化磁场之间的关系:
(1)变化的磁场将在其周围激发涡旋状的感生电场,电场线是一系列的闭合线。  
(2)变化的磁场和它所激发的感生电场,在方向上满足反右手螺旋关系——左手螺旋关系。
(3)感生电场的性质不同于静电场。
  静电场 感生电场
场源 正负电荷 变化的磁场
场的性质 有源场
 保守场
无源场
非保守场
力线 起源于正电荷,终止于负电荷 不闭合曲线
作用力

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