物理教科书中有关感应电流的误导

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先说两个例子和两个问题。

例一、将一块磁铁穿过一个闭合的导电线圈,则闭合线圈会产生感应电流。

磁铁在闭合导电线圈中运动产生电流

问题1、如果把闭合的铜线圈撤掉,磁铁还是按原来的方式在原来的轨迹上运动,会发生什么事?

例2、一个闭合的导电线,运动时切割磁力线,闭合导电线内会产生感应电流。

闭合导电线圈切割磁力线产生电流

问题2、例2中的闭合导电线,以初速度Ⅴ切割磁力线,产生了感应电流,不考虑环境因素,闭合导电线在切割磁力线之后(过程中)速度是减少还是增加还是不变?(加速还是减速还是匀速)?

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这上面两个例子实际上发电机的理论基础。动能转化为电能。但是,这通过实验得到的理论,有模糊的地方。如上述的两个问题,教科书中并未说清楚的。

例1中,磁铁穿过闭合导电线圈,磁铁是运动的,闭合导线不动,但在闭合导线中产生了电流。有电流,必然是因为有电压。按常规说法,电压是电动势差。问题是,没有闭合导线存在时,运动的磁铁也产生电动势差?这个电动势差以何种形式存在呢?

要搞清楚这个问,又得回到麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组中,变化的电场产生感应磁场,变化的磁场产生感应电动势,而这个感应电动势有旋度,所以才产生电磁波。有旋度的感应电动势是什么?是涡旋电动势,可以驱动电子旋转,形成涡旋电流,但即使没有电子在其中,这个没有首尾的无源涡旋电动势也存在于真空之中,是以能量的形式存在,当有电荷到这能量场中,便产生加速运动形成电流,这样的过程,就让磁铁的动能转化为电荷运动的动能,也就是电能。所以,磁铁的动能是要减少的,否则能量不守恒。

教科书的误导是,让人觉得是磁场运动直接让导线中的电荷运动产生电流。

同样,例2中的误导是,让人觉得,闭合线圈在磁场中切割磁力线运动就产生电流,不闭合线圈切割磁力线运动则不产生电流。

这种模糊的讲解,使很多学生从一开始就对电磁理论产生错误的认知。




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