Определение электродвижущей силы

Физика > Количественная интерпретация движущей ЭДС

 

Узнайте, как найти электродвижущую силу – два способа. Читайте про движение ЭДС относительно магнитного поля, магнитная сила, индуцированная ЭДС, формула.

Электромагнитная ЭДС – индуцированная ЭДС, из-за движения по отношению к магнитному полю.

Задача обучения

• Вывести два способа расчета электродвижущей силы.

Основные пункты

• Движущаяся и индуцированная ЭДС – единое явление, наблюдаемое в разных системах отчета. Именно эта эквивалентность заставила Эйнштейна разрабатывать специальную теорию относительности.
• Созданная насчет относительного движения петли и магнита ЭДС задается как ε_{движения} = vB × L.
• ЭДС можно вывести в терминах магнитной силы на перемещающихся электронах или в виде зависимости от скорости перемены магнитного потока. Результат будет одинаковым.

Термины

• Специальная теория относительности – применение принципа относительности с наблюдением того, что скорость света выступает стабильной во всех системах отсчета.
• Система наблюдения – координаты или набор осей, в рамках которых измеряется позиция, ориентация и прочие характеристики объекта.
• Магнитное поле – магнитная сила с полюсами вокруг магнита или электрического тока.

Индуцированная движением относительно магнитного поля электродвижущая сила именуется двигательной ЭДС. Вы могли отметить, что по своим свойствам она напоминает индуцированную, созданную переменами в магнитном поле. Здесь мы покажем, что это единое явление, рассматриваемое в разных системах отсчета.

Двигающаяся ЭДС

Если проводящая петля перемещается в магнит, то сила на заряде – evB.

(а) – Двигающаяся ЭДС. Токовая петля смещается в неподвижный магнит, где направление магнитного поля отображено на экране. (b) – Индуцированная ЭДС, в которой магнит совершает движения, а токовая петля – нет

Сила заставляет электроны скапливаться на одной стороне, пока на петле не сформируется достаточное электрическое поле, сопротивляющееся перемещению электронов, приравниваемое к eE. Сравнив силы, выходим на E = vB.

Движущаяся ЭДС по длине стороны петли выводится из формулы ε_{движения} = vB × L.

Индуцированная ЭДС

Скорость перемены магнитного потока в петле достигает B · da/dt (A – площадь петли, сквозь которую проходит магнитное поле). Получаем формулу: ε_{индуцированная} = BLv.

Эквивалентность движущейся и индуцированной ЭДС

Рассмотрев два уравнения, можно отметить, что они гарантируют единый результат. Именно это заставило Альберта Эйнштейна создать специальную теорию относительности, опубликованную в 1905 году. В ней он начинает описание с упоминания эквивалентности:

«К примеру, обратное электродинамическое действие магнита и проводника. Это явление основывается только на относительном перемещении проводника и магнита. Если магнит движется, а проводник нет, то вокруг первого формируется электрическое поле с неким количеством энергии, создавая ток. Но если ситуация обратная, то электрическое поле не наблюдается. Зато в проводнике заметна ЭДС, которая сама по себе не существует».

---