法拉第圆盘实验中 , 如果导体盘和磁体以相同角速度旋转 , 是否仍会产生感应电动势 , 为什么?
答:
这是一个非常精妙的问题 , 也就是所谓的“法拉第吊诡实验” 。 这个实验做的事情就是找一块磁铁(下图白色柱体)然后搞一块金属圆盘放在上面 , 中心和边缘接一个电压表(如下图所示) 。 对于A的情况 , 也就是中学物理会讲的电磁感应定律 , 转动圆盘的时候 , 电压表上会有示数 , A的实验现象是没有疑问的 。
而如果让导体盘和磁体以相同角速度旋转 , 这时候的现象可能就会有争议了 。 有人可能会认为:磁感应线会和磁体一起旋转 , 这样导体盘和磁感应线就不会有相对运动 , 导体盘也就不会切割磁感应线 , 那就不会产生电动势了 。 这也就是下图的B示例 。
但是实际情况不是这样的 , 磁体是轴对称的 , 沿着B图所示方向旋转磁体并不会引起磁场的改变 , 如此一来 , 磁感线并不会随着磁体旋转而旋转 , 所以导体盘依然会切割磁感线 , 感应电动势依然会产生 。 如果磁体是其他形状的 , 无论以什么方式旋转 , 只要让导体盘上的磁场不发生改变 , 都不会改变上面的结论 。
【感应电动势|法拉第圆盘中导体盘和磁体以相同角速度转,是否会产生感应电动势】当然 , 现代电动力学中并不需要磁感应线这个概念 , 在电动力学里也没有什么吊诡 。 不过需要引入磁通、电磁场等一系列稍微复杂的概念 , 在这里就不做介绍了 。 详情参考电磁学教材 。
参考资料:
Faraday Paradox
by Luna
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