判断磁场力方向的一个方法
楞次定律是电磁学中一条很重要的定律,它的基本物理意义在于,感生电流的作用效果应该是阻碍磁通量的变化,这就仿佛磁场本身具有的一种“惯性”。我们知道,如果导线中有电流的话,在磁场中就会受到磁场力,那么磁场力的作用效果和磁通量之间有没有什么关系呢?实际上,磁场力和感生电流一样,它也有抵消磁通量变化的趋势。这点性质为我们提供了一个可以快速判断磁场力方向的方法。
下面就先来看一个简单的例子: 如图所示的导体环和磁场,导体环在重力作用下自由下落,进入磁场B,B的宽度有限,但是大于导体环的边长。从导体环底边进入磁场开始,到它完全离开磁场,在这个过程中,磁场力的方向如何?
整个过程,可以分为三个阶段:底边进入磁场,但是顶边位于磁场外;整体都进入磁场;底边离开磁场,但是顶边位于磁场内。第二个阶段,可以直接由楞次定律得到感生电流为0,所以不受磁场力。而其它两个阶段,可以由上边提到的那条性质,快速的判断出磁场力的方向。在第一个阶段,导体环向下运动,进入磁场的面积不断变大,导体环内的磁通也就不断变大,磁场力的作用效果,应该是试图抵消、或者减缓这种变化,所以磁场力应该是向上的,它可以使导体环向下运动的加速度减小。在第三个阶段,随着导体环逐渐离开磁场,导体环内的磁通不断变小,磁场力的作用效果,应该是阻碍这种磁通的减小,所以此时的磁场力仍然是向上的。
理解了上面这个例子以后,同学们可以看看下面这道题:
如图,abcd在磁场B中绕oo’转动,那么ab、cd边受到的磁场力方向如何?
同理,ab、cd边受到的磁场力的作用效果,也应该是试图抵消、减缓abcd环内磁通的变化,由于abcd环内磁通的变化是由于转动产生的,所以磁场力应该是阻碍这种转动。磁场力方向如图。