當(dāng)一個(gè)相對(duì)靜止的導(dǎo)體閉合回路處于隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí),穿過(guò)導(dǎo)體閉合回路的磁通量也會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),稱為感生電動(dòng)勢(shì)。
二、感生電場(chǎng)
1、 麥克斯韋假設(shè)
相對(duì)靜止的導(dǎo)體閉合回路因磁場(chǎng)變化能產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì),這說(shuō)明回路中的電荷由于磁場(chǎng)的變化受到了某種力的作用。電荷受力的作用分為兩種,一種是靜電場(chǎng)所施的庫(kù)侖力,另一種是施于運(yùn)動(dòng)電荷的洛侖茲力。然而,在產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的過(guò)程中,即沒(méi)有靜電場(chǎng)也沒(méi)有電荷的運(yùn)動(dòng)。因此,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的非靜電力既不是靜電場(chǎng)的靜電力,也不是洛侖茲力,我們用以前學(xué)過(guò)的知識(shí)已無(wú)法解釋感生電動(dòng)勢(shì)的微觀機(jī)制。為了解釋感生電動(dòng)勢(shì)非靜電力的起源,英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋提出一個(gè)假設(shè):變化磁場(chǎng)在其周圍空間會(huì)激發(fā)一種電場(chǎng),這種電場(chǎng)稱為感生電場(chǎng)或渦旋電場(chǎng)。這種電場(chǎng)不管空間有無(wú)導(dǎo)體或?qū)w回路,不管是介質(zhì)還是真空它都存在。這種感生電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中電荷的作用力就是構(gòu)成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的非靜電力。麥克斯韋的這一假設(shè)已被許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
2、感生電場(chǎng)的性質(zhì)
電場(chǎng)從起源上分為兩種:一種是由電荷激發(fā)的靜電場(chǎng)(庫(kù)侖電場(chǎng)),用


根據(jù)定義,感生電動(dòng)勢(shì)



根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,有
其中是穿過(guò)閉合曲線
所包圍曲面
上的磁通量,即
則
由于和
靜止不動(dòng),故上式右邊對(duì)曲面的積分和對(duì)時(shí)間的積分次序可以互換,因而有
感生電場(chǎng)沿
的積分方向就是感生電動(dòng)勢(shì)是正方向,它與回路法線矢量
構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。
一般情況下,空間可能既存在電荷,又存在變化的磁場(chǎng),因而它們激發(fā)的兩種電場(chǎng)也就可能同時(shí)存在。這時(shí)空間總的電場(chǎng)就是這兩種電場(chǎng)的疊加,即
對(duì)于庫(kù)侖電場(chǎng),有
所以,這是電磁學(xué)的基本方程之一。
3、感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的異同
感生電場(chǎng)與靜電場(chǎng)(庫(kù)侖電場(chǎng))的相同點(diǎn)是對(duì)處于其中的電荷都有力的作用。不同點(diǎn)是感生電場(chǎng)是由變化磁場(chǎng)激發(fā)的,它是無(wú)源場(chǎng)(渦旋場(chǎng)),電力線是閉合曲線;感生電場(chǎng)是非保守力場(chǎng),感生電場(chǎng)力的功與路徑有關(guān)。在數(shù)學(xué)上表示為
靜電場(chǎng)是由電荷激發(fā)的,它是有源場(chǎng)(發(fā)散場(chǎng)),電力線不是閉合曲線;靜電場(chǎng)是保守力場(chǎng),靜電場(chǎng)力所作的功與路徑無(wú)關(guān)。在數(shù)學(xué)上表示為