高中电磁感应电动势大小计算公式的推倒
1.利用法拉第电磁感应定律推导法拉第电磁感应定律。法拉第电磁感应定律的是:导体环路中感应出的电动势的大小与通过环路所包围区域的磁通量的变化率成正比。
若在Δt时间内通过线圈所围成的面积的磁通量为Δφ,则感应电动势E=kΔφ/Δt,其中k为比例常数。
若上式中各物理量均采用SI单位,则E的单位为伏特(V),φ的单位为韦伯(Wb),t的单位为秒(S),则k=1。
如图1所示,将矩形线圈abcd放置在磁感应强度为B的均匀表面上。
在强磁场中,线圈平面与磁力线垂直。
假设线框活动部分ab的长度为L,以速度v向右移动,并在Δt时间内从原位置ab移动到a1b1。
此时,线框面积变化ΔS=LvΔt,通过闭合回路的磁通量变化Δφ=BΔS=BlvΔt。
代入公式,得E=BLv 2。
从力平衡的角度推论,当导体棒ab向右切割磁力线时,就会产生感应电流。
从微观角度来看,电流是由电荷定向运动而形成的,当闭路中的电流一定时,沿ab杆运动的电荷最终达到力的平衡状态。
运动电荷所受的电场力等于在磁场中所受的洛伦兹力,即E 电 q = Bqv 其中E 电指的是电场强度,它由电场强度和 的关系决定 电势差与距离之间为E电=E/L,故Eq/L=Bqv 取E=BLv 3、从功与能量的转换角度推导出能量守恒定律,是一个普遍适用的定律,也是适用的 对现象 的电磁感应。
当电路闭合时,感应电流做功并消耗机械能,产生的电能是由机械能转换而来的。
如图1所示,导体棒为ab方向。
在切割右边磁力线的过程中,必须克服安培力做功,做功多少,机械能就会转化为电能。
假设可动导体棒从位置ab移动到a1b1时作匀速直线运动,运动时间为t,克服安培力所做的功为W=F·S=BIL·Vt。
产生的电能E电能为E电能=I2(R+r)t,故BIL·Vt=I2(R+r)t,即BLV=I(R+r)=E。
同理有 E = BLv。
注:上式是在B不变的前提下推导出来的,即只有当B不变时上式才成立。
法拉第电磁感应定律是怎么推导出来的?
电磁感应定律的公式:
Δφ的单位是Wb,φ=BS且B=F/IL,因此φ=FS/IL。
F的单位是N,S的单位是m^2,I的单位是A,L的单位是m,所以φ的单位是N*m^2/ A*m=N*m/A。
F=ma,所以F的单位也可以是千克米每秒平方(kgm/s^2),将其代入上面的φ的单位中,φ的单位是kg* m^2/ A*s^2,所以Δφ/Δt的单位为kg*m^2/A*s^3。
E=BLV,B=F/IL,然后 E=FV/I。
F的单位是kgm/s^2,V的单位是m/s,I的单位是A,所以E的单位是kg*m^2/A*s^3。
法拉第电磁感应定律的意义
电磁感应现象是电磁学最重要的发现之一揭示了对电现象和磁现象之间相互联系的理解。
法拉第电磁感应定律的重要性在于,一方面,人们根据电磁感应原理创造了发电机,使得大规模生产和远距离传输电力成为可能; 另一方面,电磁感应。
该现象广泛应用于电气技术、电子技术和电磁测量中。
从此,人类社会进入了电气化时代。