另一个容易被忽视的事实:电机里磁力不做功!

文摘   2024-07-01 21:14   四川  

这是一个让高手嗤鼻新手纳闷的标题。

因为何止是电机里,在任何地方,磁力也不做功。

新手会说电机里不就是靠磁力让转子转起来的吗?


电荷可能受什么力?

电场力?磁场力?

我要是抓住了一个电子带着它跑,它是不是也受力了?

电机里主要研究电荷受的洛伦兹力:

磁场力方向永远跟电荷的速度垂直,做功永远为零。

那是谁在做功?

电机我们给它通了电,根据能量守恒,应该跟电电源有关系。

参考一例:

斜线区域有垂直向里的磁场B,下有一通电线圈,线圈上固定一重物质量m。

要保持重物平衡不动,要求磁场力:F=BIa =mg。

这个力只能保持重物悬停在那里,要想让它上升,需要提高电流,以上磁力超过mg。

假设提高电流让重物升高了h。磁场力做功:W=BIa×h。(竖直方向两力抵消)

哪里出问题了?磁场力不是永远不做功吗?

线圈在上升的时候,形成电流的电荷除了有向右的速度w外,又附加了一个向上的速度u,合成速度v。洛伦兹力中的磁力与速度垂直,做功为零。

在垂直方向上磁场分力F垂直=qwB×a=BIa ;

在水平方向上磁场力分力F水平=quB×a,向左;

要维持电荷水平向右,就要有电源,电源做功:

W=quB×a×水平位移=quB×a×(h÷u)×w=BIah,恰好等于磁力BIa将重物垂直提升h所做的功。

好神奇!!

以上例子取自David J. Griffiths的《INTRODUCTION TO ELECTRODYNAMICS》,一本聊家常风格的电动力学入门课程,易读。


不过,此例简化了分析,并不十分严谨。一是当线圈中流过电流,会影响原来的磁场,二是磁场力大于重物所受重力后,会加速,会获得动能,电源做功除了提高了势能还增加了动能。


范泛谈电机
尝试浅入浅出地谈谈被众多人视为玄学的电机学,以及与电机有关的知识:电机制造,电机控制,电机维修等。
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