感应电动势如何产生

通过实验得到如下结论：当导体和磁场之间有相对运动时，就可以得到感应电流．现在我们在此基础上，深入地研究这样的两个问题：①课本中所述的两个电磁感应现象（参见图1、2）的产生机制是否相同？②如果图1中线圈的运动速度与图2中磁铁的运动速度大小相等，方向相反，那么两个感应电动势是否相等（其它条件不变）？

1 两次电磁感应现象的机制不同

图1所示线圈中产生电动势的机制是这样的：线圈在水平方向以v运动时，线圈导体中的自由电子也跟随线圈在水平方向有一定向的运动速度v，因此当观察者在实验室参照系中观察时，导体中的自由电子均动势的非静电力．这种由于洛伦兹力作用而产生的电动势，我们称为动生电动势．

图2所示的线圈相对于实验室参照系没有运动，而磁铁以v反方向运动、此时在实验室参照系中观察，线圈导体中的自由电子没有运动，是电荷相对于观察者的运动速度）．但实验告诉我们：这种情况下线圈中产生了感应电流，所以一定感应电动势存在．这个感应电动势是如何产生的呢？事实是这样的：由于磁铁相对于观察者运动，在观察者看来，这种运动的磁场将产生一新的电场，这种电场我们称为感生电场，它与静电场有本质的区别，是一种涡旋性电场．线圈导体中的自由电子虽然受不到洛伦兹力的作用，但将受到这种感生电场的电场力作用，这个力正是导体中产 生电动势的非静电力．仅由于感生电场存在而产生的电动势我们称为感生电动势．

由此时见，两次电磁感应现象的产生机制是完全不同的．

近似相等

图1线圈导体中的动生电动势大小为

在图2中，设水平向右为x方向、竖直向下为y方向、垂直纸面向里为z方向．由相对论的电磁场变换式得：

其中，不带撇量为实验室参照系中观测的场量，带撇量为磁铁参照系中观测的场量．

因为 E 'x=E 'y=E 'z=0、 B 'x=B 'z=0

所以 E = Ez= -γvB 'y= -γvB

线圈导体中自由电子所受的感生电场力为

f电f= eE = eE2= -γevB