感生電動勢與動生電動勢的理解與應用

摘 要：在電磁感應現象當中，主要有兩種電動勢，一是感生電動勢，二是動生電動勢。這是高中物理教學中的一個教學難點，也是高中生學習物理知識必須要攻克的一大難關。本文將就感生電動勢與動生電動勢兩種電動勢進行分析與探究。

關鍵詞：感生電動勢；動生電動勢；實際應用

關于感生電動勢與動生電動勢二者之間的差別，有一句話便能夠非常形象且到位地進行概括：只要是磁場變了，“感”到磁通量變化，就叫做感生電動勢；只要是導線自己運動，就是自己“動”了，就叫做動生電動勢。

一、 電動勢概述

電動勢，即電子運動的趨勢。其克服的是電阻對電流的阻力，讓電荷能夠在閉合的導體回路當中自由進行流動。

二、 感生電動勢

1. 特征分析

感生電動勢的特征，可以概括成導體沒運動，磁場變化，導致磁通量變化，進而引起電動勢變化。舉例說明：收音機在發射站發出的磁場當中，收音機自身沒有運動，發生變化的隨著電臺聲音而變化的磁場，因此，收音機里面的電動勢發生變化，從而產生不同的音調。

2. 感生電動勢詳解

對上圖進行分析，根據垂直磁場的方向放置金屬環（如第一幅圖所示），而磁場一旦發生變化，諸如磁場力變大，那么，便會出現麥克斯韋磁場理論中的現象，因為磁場發生變化而產生電場，繼而就會出現逆時針方向運動的感應電場，此時處于感應電場里的自由電力也會被電場力所影響，按照順時針方向移動，進而產生逆時針方向電流。

根據麥克斯韋地磁場理論，正電荷q在勻強磁場里以勻速v進行圓周運動，如果磁場突然增加，那么就會產生逆時針方向的感應電場，并且此方向與正電荷q的運動方向剛好一致，電場力對電荷做正功，電荷速度隨之加快。相反，如果磁場突然減弱，電場力對電荷做的便是負功，電荷速度隨之減小。

3. 感生電動勢的應用

眾所周知，高壓和低壓兩套平行輸電線路之間必須要保持一定的距離，其目的是為了保證輸電的安全。其背后的原理是：在同一電線桿當中，如果存在高壓電路輸電的情況，就算低壓電路中已經完成了拉閘斷路的動作，仍然會因為產生感生電動勢而引發危險。

三、 動生電動勢

1. 特征分析

動生電動勢的特征，可以概括為磁場場強沒有變化，其是因為線圈運動導致了它周圍磁場的多少發生了變化，引起了磁通量的變化。舉例說明：發電機。

2. 動生電動勢詳解

通過這兩幅圖來進行分析，在勻強磁場中，金屬棒沿著與磁場垂直方向，以v0的速度向右運動。在運動的過程當中，自由電荷會受到洛侖磁力的影響。此外，電子沿著金屬棒運動的速度是U，自由電子的運動速度便是金屬棒的運動速度和電子沿金屬棒運動的合速度。金屬棒的a、b兩端因為正負電荷分別進行積累，其形成的電動勢，Uab>0。依據左右定則，自由電子相對磁場在以速度v運動時，必然會受到洛侖磁力F洛，如果F洛的一個分力F1和F外平衡，另一分力F2與電場力FE平衡，那么，金屬棒的a、b兩端會建立起高穩定性的動生電動勢。

金屬棒ab兩端電動勢U=BLv0，自由電子受到的電場力FE=eE=eBLv0/L=eBv0，FE與F2等大反向。

從圖中可以看出，F外與F1、F2和F洛都是等大反向。自由電子也因為受到F洛、FE、F外三個力的作用而達到平衡，金屬棒勻速垂直切割磁感線運動則建立起了穩定的電動勢。從能量轉化的層面來分析，機械能轉化成為電能，是外力克服了洛侖磁力的分力F1做功的原因。

3. 動生電動勢的現實應用

電磁驅動與電磁阻尼。不論是萬用表還是磁電式電流表，在實際運輸的過程當中，電表指針發生擺動是不可避免的，特別是在遇到一些特殊情況，比如急剎車、路況顛簸以及突然啟動等等問題時，磁電式電流表或者萬用表電表指針很可能因為擺動幅度過大而出現損壞的情況。盡管外包裝再安全，再牢固，還是會因為慣性原因而沒有辦法徹底避免上述情況的發生。

要想減輕這種損壞程度或者減少這種情況的發生，有一種最有效的方式，那就是用導線將電表的兩接線柱連接在一起。這種方式的原理是，磁電式電表指針發生擺動時，會帶動線圈在磁場里面也發生擺動，相對運用必然會切割磁感線，進而產生動生電動勢，動生電動勢產生的電場會阻礙電表指針的運動。

綜上所述，感生電動勢和動生電動勢在現實生活中有著非常強的實用性，必須要對兩種電動勢有著深入且充分的理解，才能夠掌握應用的精髓。

參考文獻：

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作者簡介：

戴軍，江蘇省泰州市，江蘇省泰州中學。