關於法拉第圓盤發電機,為何磁通量不變卻能產生電動勢?

時間 2021-06-02 20:36:30

1樓:素質低下地下洞穴

一、法拉第圓盤發電機工作時磁通量是變化的。

二、把圓盤形象化成無數導體棒,是均勻的。

下圖是我畫的簡圖,請不要介意。圓盤是處於磁場中的,我省略了磁場沒有畫出來。用紅色彩筆任意地畫出一條半徑OC。

圓盤轉起來後,磁通量是怎麼發生變化的呢?我們先找到閉合的迴路。

從圓心O到負載電路的一點A,再到電刷B,經過弧BC後沿半徑CO回到O點,這是一條閉合迴路OABC。

圓盤轉動時,OC運動到OC',迴路在磁場中增加了扇形OCC'的面積,所以迴路磁通量變化就變化在這紅色的扇形區域。

對於圓盤上任意一條半徑對應的迴路都是上面的情況,所以整個圓盤加上外電路的磁通量是變化的。

但是,僅僅看圓盤,磁通量是不變的。下圖中,我用綠色彩筆在圓盤上畫出兩個閉合的迴路。

左圖迴路是乙個同心圓,圓盤轉動時磁通量不變,對這綠色的迴路整體是沒有產生電動勢的。從切割生電的角度分析,該迴路沒有切割磁感線。

右圖是圓盤上的乙個扇形迴路,圓盤轉動時磁通量不變,對這綠色的迴路整體是沒有產生電動勢的。從切割生電的角度分析,該迴路中半徑的兩段切割磁感線,有電動勢產生,但是方向相反,電動勢抵消了,弧的一段沒有切割磁感線,沒有產生電動勢,所以整體看該迴路沒有產生電動勢。法拉第圓盤發電機中,外電路是通過電刷連線圓盤的,如果是直接焊絲固定在圓盤上,那就是像這右圖一樣了,不會生電的。

在半徑是1的圓上任意作一條弦,有多大的概率該弦的長度大於等於√3?

這道題在學習數學「幾何概型」這章節時應該有提到過。

有一種角度是這樣的(下圖),先在圓周上任意取一點A,這A點是弦的乙個端點,過A作乙個圓內接正三角形ABC,那只要弦的另乙個端點落在劣弧BC上,那麼弦長就大於等於√3。這有三分之一的概率。對於圓周上任意一點A,都是這三分之一的概率。

所以總的就是三分之一的概率。

另乙個角度是這樣的(下圖),在圓O內部任取一點A,連線OA,過點A作垂直於OA的弦。只要OA長度小於0.5,那麼弦長就大於等於√3。

也就是說點A落在O為圓心,半徑是0.5的小圓上就行了。小圓與大圓面積比是一比四,所以概率是四分之一。

關於這道題,還有其他的分析角度,結果也不一樣,我是列舉了其中兩種。

結果不一樣的原因在於,原題中的「任意作一條弦」的表述不夠明確。

角度一中,點A是圓周上任意的一點,點是在圓周(長度)上均勻分布的。角度二中,A是圓內任意一點,點是在圓內(面積)均勻分布的。

所以均不均勻,看你是從什麼角度分析的。

回到法拉第圓盤發電機。把圓盤形象化成無數導體棒,如果圓盤轉動角速度恆定,那從「角」的角度分析,導體棒掃過的角度是隨時間均勻變化的,是對圓心角的均勻。如果角速度不恆定,可從「微元法」的角度看,在很短很短的時間段內角速度就恆定了,要是你理解微積分會更清楚這點。

題主考慮的同心圓,是對什麼的均勻呢,這個你可以自己考慮啦。

2樓:zghj

為什麼等效成棒而不等效成環:

假定這個圓盤就乙個電子,可以自由流動。此時它逆時針移動。忽略離心力。

在洛倫茲力的作用下,他會沿著半徑方向運動,直到外邊緣/內邊緣。

當你等效成環時,由於環與環之間的間隔,電子的運動半徑就固定死了,動不了了,電子運動不到外面,哪來的電勢差?

棒就可以。

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