法拉第经过十年的探究发现了利用磁场产生感应电流的条件,打开了电磁感应的大门。当闭合回路中磁通量发生改变时,回路中就有感应电流产生,其实质是回路中产生了感应电动势。在电磁感应现象中,感应电动势根据产生的情景不同分为动生电动势和感生电动势,那么这两种电动势又有什么区别和联系呢?
一.动生电动势
在电磁感应现象中,当一导体棒做切割磁感线运动时,导体棒中会产生感应电动势,称之为动生电动势。长为L的导体棒在匀强磁场中向右以速度v匀速运动时,导体中的自由电子在洛仑兹力作用下从M端向N端运动,电子实际运动速度和所受洛仑兹力如图所示。
由于洛仑兹力方向与速度方向始终垂直,洛仑兹力对电子不做功。但要使棒向右运动,需外力克服洛仑兹力的分力F1做功,洛仑兹力的另一分力F2使电子沿棒从M向N运动,电子在N端积累,两端产生电势差,。因此,动生电动势就是在非静电力F2作用下,使电子在导体棒中从M端向N端移动产生的。从能的转化角度来看,外力克服洛仑兹力做功,把机械能转化为电能。从力和运动角度看,当电子受洛仑兹力和电场力合力为零时,电子相对导体静止,如图所示。
导体棒两端电势差,由 得 ,这就是动生电动势大小的计算公式。
二. 感生电动势
在电磁感应现象中,当穿过回路中磁场发生改变时回路中产生的电动势,称之为感生电动势,如图所示。
当磁场的磁感应强度B增大时,根据麦克斯韦的电磁场理论,其周围将产生感应电场(或称之为涡旋电场)。由楞次定律可知,感应电场的电场线沿逆时针方向构成闭合曲线,环形导体MN中的自由电子在电场力作用下将向M端移动,这样导体的MN两端带上等量的异种电荷出现电势差。因此,感生电动势是由非静电力,即感应电场对电子的电场力作用下,使电子从N端向M端移动产生的。
根据法拉第电磁感应定律,导体两端的电势差,这就是感生电动势大小的计算公式。如果是n匝线圈构成的回路,则感生电动势为。
三.动生电动势和感生电动势的联系。