法拉第电磁感应定律
闭合回路穿过的磁通量改变时,会出现感应电动势。法拉第电磁感应定律用磁通量的变化率给出其大小;负号按约定的回路方向表示感应作用对磁通量改变的抵抗,即楞次定律。对 匝相同线圈, 的单位是韦伯(), 的单位是伏特。先选定面积法向,磁通量的正负才有意义;回路正向与面积法向须按右手规则配套。负号不能简单理解为“电动势的数值一定为负”。
一根滑动的导体棒
两条平行导轨相距 ,右端导体棒向右以速度 滑动,与左端电阻构成闭合回路。匀强磁场 垂直纸面向里;令回路面积 ,则 ,所以电动势大小 。棒右移使向里的磁通量增加,感应电流应产生向外的磁场,故从纸面看电流沿逆时针方向,棒中电流向上。
取 ,总电阻 ,忽略导轨与棒电阻。电动势大小 ,电流 。棒受磁场力大小 ,方向向左。要维持棒匀速右移,外力必须提供同样大小的向右力;机械功率 ,与电阻发热功率 相等。
与静电电势的区别
导体棒中的电荷受到磁场中的运动效应,回路出现电动势;在固定回路中,变化磁场也能产生环流电场。后一种电场沿闭合路径的环量不为零,不能用单值的静电势差沿整圈相加代替感应电动势。本例的 已经用磁通量变化推得;能量核算说明它怎样与推动导体棒的外力联系。
再看回路不动、磁场变化的情形。若 匝线圈,每匝面积 ,磁场垂直线圈并在 内从 均匀增至 ,平均感应电动势的大小为 若磁场变化不是匀速,这个数只代表该时段的平均值;每一时刻应看 。线圈没有移动,仍会感应,说明“切割磁感线”只是某些装置中的一种做法,不是定律本身。
参考资料
- OpenStax《University Physics》13.1,法拉第定律与磁通量。
- OpenStax《University Physics》13.2,感应电流方向与楞次定律。