动生电动势与感生电动势2.ppt

2. 涡旋电场假设 1861年，英国物理学家麦克斯韦对由磁场变化产生感应电动势的现象作了如下分析： 如果法拉第定律是正确的，那就是说，回路中的感生电动势仅与回路所围面上的磁通量变化率成正比，不存在其它因素的影响 麦克斯韦敏锐地意识到这是否暗指，回路中电动势的产生与构成回路导体的材料无关？ 如果是这样，那么即使不用导体做回路、甚至什么也不用─就算是真空中的一条假想回路上，也会有感生电动势存在─只要这条回路所处空间的磁场发生了变化！ 由此麦克斯韦想到，一定是回路所处空间出现了一种涡旋状的电场─不同于静电场的“电场”！ ──变化的磁场激发“电场” 由推理的结果看来，这种非静电场是由变化的磁场激发产生，可称之为感生电场或涡旋电场。 顺理成章，如果这种电场中有导体回路，那么回路中的自由电子，受涡旋电场力的驱动就会形成涡旋电流─感生电流。 引起感生电动势的非静电力是涡旋电场力 麦克斯韦找到了答案： 3. 感生电场与静电场的比较 ① ─由静止电荷激发 静 涡 ─由变化的磁场激发 ② 静 涡 ③ 静 涡 一般的空间电场为这两种场的叠加 静 涡 涡 构成左旋关系。 与 涡 涡 感生电场线 ① 电子感应加速器 4. 实验证据及应用 1947年，美国科学家 Kerst 依据麦克斯韦的理论提出了电子感应加速器的设计思想：如果空间磁场的变化激发了一个涡旋电场，这个电场应该能够对注入该空间区域的电子产生加速效应。 1948年第一台建成，这个装置（70MeV）验证了麦克斯韦理论的正确性。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 靶 电子枪 电子束 涡 洛仑兹力决定了带电粒子在磁场中的运动半径 在加速器中加速时，为保持轨道半径不变，磁场要按比例变化，并且对磁场的结构也有特殊要求 涡旋电场力提供切向加速度 洛仑兹力提供法向加速度 由第一式 由第二式 这两式联立 轨道环内的磁场等于它围绕面积内磁场平均值的一半。 由法拉第定律 即 比较前一结果 得 由于电子感应加速器的电磁铁用交流电激励，所以导致磁场从而涡旋电场的方向是交变的，而且电子受到的洛仑兹力也并非总是指向圆心。因此，图示情况下只有在第一个四分之一周期内，电子才受到感生电场的加速，并且洛仑兹力的方向指向圆心。 ? 实际上，若交流电的周期为 50 Hz ，则在磁场变化的第一个四分之一周期（约5ms 的时间）内，电子就能在感生电场的作用下，在圆形轨道上经历回旋数十圈的持续加速，从而获得足够高的能量，并在第一个四分之一周期结束时被引出加速器至靶室。 加速器的种类很多，用途也各不同，有静电加速器、电子回旋加速器、电子感应加速器、同步辐射加速器……等等。电子感应加速器主要用于核物理的研究，用被加速的电子轰击各种靶时，将发出穿透力很强的电磁辐射。另外电子感应加速器还应用于工业探伤或医疗癌症。目前，我国最大的四个加速器是北京的高能粒子加速器、合肥的同步辐射加速器、兰州的重离子加速器和中科院上海同步辐射光源 。 北京正负电子对撞机的储存环 直径2 km 的美国费米国立加速器鸟瞰图 UNILAC ATLAS SHIP ②涡电流（涡流） 宋代沈括在《梦溪笔谈》中记载了这样一件事：一次，雷暴在室内发生，一团闪电火球沿墙飘荡，经过斜挂着的一柄宝剑后，发现坚硬的剑身已熔化，然而木质的剑鞘却完好无损。 这怎么解释呢？一般纵火燃烧会先烧损物体的外表，然后才能烧损其内部。沈括对此十分震惊，以为是神火。 现代物理学对此已经作出了解释：球形闪电发生时，空间出现高频电磁场，这必然在金属物件上感应出涡旋电流，因而是涡旋电流的热效应将刀剑熔融。而木质的剑鞘不导电，尽管有很强的电动势，却不能形成涡电流，故而得以保全。 * 将前一原因产生的感应电动势称为动生电动势， 而后一原因产生的感应电动势称为感生电动势。 根据法拉第电磁感应定律，只要穿过回路的磁通量发生了变化，在回路中就会有感应电动势产生。 引起磁通量变化的原因不外乎两条： 其一是 磁场不变，回路相对于磁场有运动； 其二是 回路在磁场中虽无相对运动，但是磁场 在空间的分布随时间