感生电场作用下的电流变化问题的思考与分析

“电磁感应”一章的第5节内容有这么一句话,“英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发一种电场,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的,我们把它叫做感生电场.如果此刻空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下定向运动,形成电流.”这句话引出了自己的一个思考,感生电场是闭合的,电荷是不是就不断地加速下去了呢,一圈又一圈,直至光速?当时很随意的一个想法,后来随着思考的深入有了更进一步的认识,下面就这个问题做一些展开.     

在感生电场中电势是无意义的

在教学过程中,发现有的书籍在感生电场部分编入了一些有概念性错误的习题和例题。例如:F.W.Sears等著(恽瑛等译)的《大学物理学》①,张静汇编的中央广播电视大学《教学参考资料》②,王发伯等编的《普通物理典型题解》③,都编入了一些在感生电场中求两点电势差的问题,据我所见,在各校的测验和考试题中犯同类错误者也不少。因此,深刻理解电势引入的条件和感生电场的特点是十分必要的。 成生电场是变化的磁场激发的电场。具体又分两种情形:由于导体在磁场中切割磁感应线,而在导体中产生的成生电场;以及当穿过任一回路(不管有无导体回路存在)…     

圆形区域变化磁场激发 涡旋电场的问题剖析及案例分析

剖析涡旋电场的分布以及涡旋电场中非导体约束和导体约束条件下的电势问题, 给出在限定的圆形区 域内均匀变化磁场中的涡旋电场、 感生电动势与电势的分布规律, 以及在这限定的圆形区域内均匀变化的磁场中, 非导体约束和导体约束条件下电势的计算与比较. 通过在涡旋电场中对电源、 电势及电压等概念的引入,澄清了一 些在大学物理教学中涉及涡旋电场的容易模糊、 难于理解的概念. 对涡旋电场的一个具体案例进行了详细分析     

导体在变化磁场中的感生电动势和电压

基于变化磁场产生感生电场分布的特点,以圆形变化磁场区域中放置的圆环导体为例,计算了圆环导体中的感生电动势和导体任意二点间的电压。最后给出了解决此类问题的方法。     

感生电场与动生电场的等效性探究

本文认为在感生电场的情况下,磁场的强弱变化可以引起磁场自身的横向运动,使得线圈中电子相对于磁场发生运动,从而等效为一个动生电场,受到洛伦兹力的作用.借助磁感线模拟磁场的运动方式,得到圆形回路中任意一点与磁场相对运动速度的表达式,进而推得该＂等效动生电场＂中的洛伦兹力.以螺线管为例,验证该方法可以解释感生电场所满足的规律.将感生电场与动生电场的产生原因统一为导体中电子与磁场的相对运动,相应电动势的非静电力统一为洛伦兹力.     

高三关于电源教学的几点意见

高三恒稳电流这一章的教学,首先是指出电流的物理意义,即电荷向一定方向的流动;在导体中产生电流的必要条件是在导体两端有电压的存在,再从导体两端有电压的存在来说明导体中有电场存在,因如导体中的电荷在电场力作用下向一定方向流动,从而明确地指出静电现象与电流现象的区别。接着再从瞬时电流缺少实用意义,如人们生产技术中要求有持续电流存在,这样引入电源的讲述。教材中对电源作了概括性的叙述;使学生认识到电源的作用及用电动势来描述电源的性质,显然这些知识是为以后讲述全电路欧姆定律及感生电动势奠定必要的基础。本文为作者     

关于感生电动势计算问题的分析

产生感生电动势的非静电力为感生电场力, 它是感生电场对电荷的作用力, 而感生电场及非闭合回路 感生电动势的计算是大学物理中较难理解的问题. 通过对一道计算感生电动势的问题进行分析, 得到了3种解决问 题的方法, 加深了学生对感生电场及感生电动势计算的理解和掌握     

展示相对性原理和电磁场相对性的一个佳例

以条形磁铁与导体圆环相对运动为例,依据导体圆环产生感应电流这一事实,首先讨论了条形磁铁参考系和导体圆环参考系下电场和磁场的不同.并在条形磁铁参考系下,从产生动生电动势的物理本质洛伦兹力出发,导出了法拉第电磁感应定律.然后,在导体圆环参考系下,由相对性原理直接给出了感生电场性质的数学表述,并深入讨论了电场和磁场的联系.最后,给出了爱因斯坦和费曼对该问题的不同思考并进行了简单分析.     

电磁感应中的“佯谬”与电磁感应定律的表述

一、电磁感应定律的两种 表述形式 当一固定导体回路内磁通量发生变化时,回路中将产生感生电动势 固定感是变化磁场激发的感应电场产生的。 另一方面,当导体切割磁通时,运动导体中的电子将受洛仑力 F=(v× B),而在导体中产生动生电动势 稳定 因此当B随时间而变,而导体回路整体或部分又因运动而切割磁通时,回路中的总电动势为 感+6动= (1)式应是电磁感应定律的普遍表述,概念很清晰,但是许多书却宁愿把牛曼(1845年)导出的公式作为电磁感应定律的普遍表述,大概是这一表述形式简洁,符合物理学家把电磁感应现象作统一表述的要求,一些书还从(2)…     

稳恒电场和静电场

稳恒电场和静电场北京邮电大学乔本元程守株等主编的《普通物理学》第三版第二册在谈到稳恒电场时，有这样几段论述：“事实上，在导体内形成稳恒电流是和导体内稳恒电场的建立密切相关的，而引进直流电源就为稳恒电场的建立创造了条件．”，“这个维持在导体内的恒稳电场...     

截面异形的轴向变化磁场产生的感生电场

介绍一种计算感生电场的数值方法,它既可用于计算柱形分布均匀变化磁场所产生的感生电场,也可计算分布在任意界面上的变化磁场所产生的感生电场,并给出了一些计算实例．     

麦克斯韦电磁场理论的建立

麦克斯韦(1831—1879)是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家.他全面地总结了电磁学研究的全部成果,并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说,建立了完整的电磁场理论体系. 一、《论法拉第力线》──麦克 斯韦的物理类比,电紧张态的 数学描述和感生电场的提出 在大学期间,麦克斯韦就阅读了法拉第的《电学实验研究》.1856年2月,他在剑桥哲学学报上发表了他的第一篇电磁学论文《论法拉第力线》.麦克斯韦环顾了当时电磁学研究的现状,指出虽然已经建立了很多实验定律和数学理论,但未能揭示各种电磁现象之间的联系.他写道:“电科…     

载有稳恒电流圆柱形导体内外的电场分布

当一根又长又直半径为R的圆柱形导体通以稳恒电流I时(图一),一般的电磁学教科书都讨论了导体内外的磁场分布和导体内轴向电场分量(导体内电流方向和这个轴向电场分量的方向是一致的).但是,它们往往没有讨论在导体的径向方向是否存在着电场?本文将对这个问题以及导体外的电场分布作简要的讨论,供教学上参考. 首先要指出的是,在导体内部存在着径向方向的电场分量.由安培环路定理可知,导体内部的环向磁感应强度为:其中r为导体内某点至导体轴的垂直距离,J(r)为导体内电流密度矢量.导体内电子在这个磁场作用下受到一个洛仑兹力的作用(图二) j—…     

电光感生静态等效透镜

本文提出了一种关于稳恒电场下由二阶电光效应感生等效透镜的理论,并分析了电场的空间特征、材料的内禀对称性及其几何形状等因素可能产生的影响.初步的估算表明,对子m3m类晶体,在10~4～10~5V的直流电压下,可观察到明显的聚焦效应.     

一类轴向均匀变化磁场中感生电场问题研究

先研究《电磁学(拓展篇)》中一道例题,纠正并完善原题中答案与解析,接着对矩形边界感生电场进行研究,最后对无穷大边界感生电场问题进行了一定程度的分析.     

一道电学题

一根半径 R=1mm的长直铜线,其中通有随时间变化的电流 I=tA(t为时间),试求离导线 10 cm处的感生电场.参考答案: 研究图1所示的宽度为d、长为1的知形面积,在这个区域内的磁场为因此可计算出穿过矩形面积的通量为由法拉第定律,有且E是与导线平行的(由楞次定律可知).故有E0为导线中心的感生场,E0=0,所以有请注意,导线表面的感生电场是与导线的半径无关的,即在离导线10 cm处,E10cm10-0V/m一道电学题$湖南师大@罗维治     

运用电磁感应定律第二种表述的两个误解

电磁感应定律第二种表述告诉我们,磁场变化要引起感生电动势,导体运动要引起动生电动势。运用这个关系时,存在两个误解:①关于“磁场变化”,只注意了磁场所在区域的B是否随时间变化,没有注意到它也包括磁场分布区域在空间的位置是否随时间变化。②关于“导体运动”,只注意了它相对于磁场的运动速度,没有注意到更本质的是相对于观察者的速度, 在关于“电磁感应佯谬”的讨论中,一些作者曾多次提到永磁体从弹簧夹中拉出的实验[1]。在图一中,磁体被拉出时,感应电动势为零。这个结论是怎样得到的呢?一般认为,根据电磁感应定律的第二种表述:第一,…     

(C_6H_(10)O_5)_n长链分子的激光感生荧光

用1.06μm微微秒激光脉冲序列激发(C_6H_(10)O_5)_n长链分子,(C_6H_(10)O_5)_n在激光激发下,实现了激光感生荧光,发射出峰值波长为5600(?)带宽为320(?)的可见光。测量了荧光的发射光谱、偏振特性以及荧光强度随激发光强的变化。     

电磁感应定律两种表述的等价性

在《大学物理》上读到两个有关电磁感应佯谬的例子(见《大学物理》)1982, 2, p21图1及图2),涉及到电磁感应定律两种表述的适用条件和所受的限制是否相同、两种表述是否等价问题。我们知道,电磁感应有两大类型──切割磁力线型和磁场变化型。切割型的感应电流是磁场中随导体运动的电荷在洛仑兹力的作用下形成的。导体中的动生电动势为场变型的感应电流是在变化的磁场激发的电场作用下形成的。回路中的感生电动势为 任一种类型的电磁感应都可使回路的磁通量发生变化。切割型和场变型的电磁感应定律可分别写作若两种类型的电磁感应同时存在,电…     

大学生对麦克斯韦方程组的理解研究

本研究通过收集麦克斯韦方程组概念测试题的课堂讨论录音及书面回答,获得物理专业大学生对麦克斯韦方程组的错误理解,总结出学生常见的错误概念为不清楚方程式来源、对电场和磁场的相互关系理解有误、将电场和磁场进行不恰当类比、不能正确理解平行板间电磁场的来源、对感生电场和位移电流理解不到位等,对此提出有针对性的教学建议,为电磁学教学提供参考.