Физика. Электричество и магнетизм. Барсуков В.И - 121 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

В процессе разделения зарядов, как известно, сторонние силы совершают работу. На первый взгляд
может показаться, что сила Лоренца не может создавать ЭДС, поскольку она работы не совершает. Но
это кажущееся противоречие. Всё объясняется тем, что сила, создающая ЭДС, – не полная сила Лорен-
ца, а только её составляющая. Действительно, в процессе установления в проводнике равновесного рас-
пределения зарядов заряды перемещаются не только вместе с проводником, но и вдоль проводника.
Следовательно, полная скорость каждого носителя заряда равна
u
r
r
+υ
, где
υ
r
– скорость проводника;
u
r
–
скорость носителей относительно проводника (рис. 5.7).
Полная сила Лоренца перпендикулярна к результирующей скорости
u
r
r
+
υ
. Разложим эту силу на две
составлящие:
[
]
BqF
r
r
r
υ=
||Л
, параллельную проводнику и обусловленную скоростью
υ
r
и
[
]
BuqF
r
r
r
=
⊥Л
, пер-
пендикулярную к проводнику и обусловленную скоростью
u
r
.
Составляющая
||Л
F
r
играет роль сторонней силы, составляющая
⊥Л
F
r
тормозит движение проводника. Модули этих составляющих равны
соответственно
quBFBqF
=υ=
⊥Л||Л
,
.
Элементарная работа,
совершаемая силой
||Л
F
r
за время
dt
равна
BudtqudtFAd
υ==
′
o
0cos
||Л
.
Элементарная работа,
совершаемая силой
⊥Л
F
r
за этот же проме-
жуток времени, равна
dtquBdtFAd
υ−=υ=
′′
⊥
o
180cos
Л
.
Работа полной силы Лоренца равна
0
=υ−υ=
′
′
+
′
=
dtquBBudtqAdAddA
.
Источником энергии, которая запасается в проводнике и за его пределами в виде энергии электро-
статического поля, а также энергии, за счёт которой совершается работа тока, является, в конечном счё-
те, тело, перемещающее проводник и совершающее работу против тормозящей силы
⊥
Л
F
. После уста-
новления в проводнике равновесия, движение зарядов вдоль проводника прекратится, следовательно,
0
Л
=
⊥
F
, и полная сила Лоренца будет направлена вдоль проводника.
3. Роль сторонних сил в случае неподвижного проводника, находящегося в изменяющемся магнит-
ном поле, играют
силы вихревого электрического поля.
Вихревое электрическое поле возникает в тех
областях пространства, где имеется изменяющееся магнитное поле (подробнее об этом в п. 6.4). Вихре-
вое электрическое поле непотенциально, его линии замкнуты, силы неконсервативны. Если проводник
разомкнут, а вихревое поле с течением времени не изменяется, то силы этого поля уравновесятся внут-
ри проводника силами электростатического поля, возникшего в результате разделения зарядов (рис.
5.8). Направление
вихр
Е
r
соответствует возрастанию
B.
Если же проводник образует замкнутый контур, вихревое электрическое поле вызовет в нём ток.
Этот ток будет существовать до тех пор, пока существует вихревое поле.
5.3.
РАСЧЁТ ЭДС ИНДУКЦИИ
Чтобы найти ЭДС
индукции, действующую в данной цепи, нужно найти магнитный поток
Ф
, сцеп-
ленный с цепью, и продифференцировать этот поток по времени.
Рис. 5.8
Линии
Е
вихр
Линии
В
F
вихр
F
эл.
ст
Рис. 7
Рис. 5.7
B
r
Л
F
r
υ+
r
r
u
υ
r
u
r
II
F
Л
r
⊥Л
F
r

Страницы