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产生感应电流的条件
一、初中阶段
产生感应电流的条件是闭合电路的部分导体切割磁感线运动。
条件是三个:1闭合电路;2部分导体;3切割磁感线运动。
(注意:整个导体在无限大的匀强磁场中不符合上述条件)
二、高中阶段,条件还不够,两个即是充要条件,(不必要不充分条件)产生感应电流的条件是穿过闭合电路的导体的磁通量(磁感线的条数)发生改变。
磁通量,是磁场方向与平面的夹角,类比平均速度与瞬时速度的定义,得平均值是,瞬时感应电动势是,下面的推导已作有效分量处理,或默认.
即数学上,感应电流的条件是.
1闭合电路,保证电流有回路是必要条件。倘若断路,相当于,根据,则.
2产生电动势,电压是必要条件。具体分为三种情况:
只有感生电动势:导体相对于磁场静止,且磁场不稳定,随时间变化。
数学公式:是磁场对时间的变化率,一般的,当导体处于按(是初始值)规律变化的磁场中时,即磁场随时间均匀变化,得.
只有动生电动势:导体相对于磁场运动,但运动方向与磁场方向不垂直,即夹角不是90度,即所谓初中的“切割磁感线”。数学公式:在匀强磁场中,,.
二者同时存在(如同卵生和胎生):
由数学全微分法则,得,即采用各个击破法,先让不变,再令不变,一般的,采用综合法,得.
通过导体的电量,若磁场不变,则微元,全过程则是;类比,在人船模型中的“平均动量守恒”是不严格的,应该采用微元法先对每一个子过程列等式,然后再相加消去中间的,结果只与初末状态有关,动能定理也是同样道理,对变力做功成立。
初高中比较
(一)表格比较
项目
阶段初中高中相同
1闭合电路(作用是使电动势成为电压)的全部导体(线框)在(无限大的)均匀磁场中
不产生电流,因为导体的对称部分连接的极性相同,造成电动势相互抵消,
等效电压(电动势的差值)为零。不同
2部分导体部分或全部导体(线框)处在随空间不断变化(不均匀,不恒定,不同地点)
的或随时间不断变化(不稳定,不同时间)的磁场中产生感生电动势。3做切割磁感线运动部分导体处在稳定恒定(稳恒)的磁场中做切割磁感线运动产生动生电动势。(二)同时满足23情况下可能没有感应电动势的数学运算
即使同时满足123,也有可能没有感应电流产生,因为.当“或”字两边的情况同时存在,把“或”改为“且”,即全部导体(线框)或部分处在随时间不断变化(不稳定,不同时间)的磁场中和部分导体处在稳定恒定(稳恒)的磁场中做切割磁感线运动,可能存在上述情形。在什么情景下呢?
数学推导如下:,即.在稳恒(匀强)磁场中,,,.在随时间均匀变化的磁场中,是对时间的变化率,得或,解出,当时,,,由斜截式得与的关系式是或.
结论:当以速度作切割磁感线运动的导体处于按规律递减的变化磁场中,电路中没有感应电动势,即动生电动势和感生电动势相互抵消,如同赌博中的零和游戏——钱只是从一个人的口袋转移到另一个人的口袋,没有创造任何剩余价值。
其它更复杂情况下的数学运算
全部或部分导体(线框)处在随时间和空间不断变化的磁场中(感生电动势)与部分导体处在稳定恒定(稳恒)的磁场中做切割磁感线运动产生动生电动势。
分三种情况,,在稳恒磁场中,;在随时间均匀变化的磁场中,;在随空间均匀变化的磁场中,.
当三者同时变化时,,.导体在(不均匀,不恒定,不同地点)不断变化(不稳定,不同时间)的磁场中作变速运动,即,其感应电动势为

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