一導(dǎo)體棒在平行導(dǎo)軌上滑動,并與導(dǎo)軌形成回路,勻強(qiáng)磁場B垂直與回路平面。現(xiàn)以恒定外力向右拉動導(dǎo)體棒,棒上產(chǎn)生動生電動勢,在回路中出現(xiàn)感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在磁場中又受到向左的安培力,阻礙導(dǎo)體棒向右運(yùn)動。當(dāng)安培力增大到與外力相平衡時(shí),導(dǎo)體棒開始以勻速v運(yùn)動。此時(shí)回路中的感應(yīng)電流也達(dá)到穩(wěn)定值,載流子在導(dǎo)體棒中將以穩(wěn)定的漂移速度u相對于導(dǎo)體棒作定向運(yùn)動。
因此在平衡時(shí),導(dǎo)體棒中的載流子參與兩個運(yùn)動:隨導(dǎo)體棒以速度v平動和沿導(dǎo)體棒以速度u漂移。
設(shè)載流子電量為q,則載流子受到洛侖茲力
洛侖茲力對載流子的功率為
上式右邊第一項(xiàng)是產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力的功率,因u與qv×B同方向,此項(xiàng)大于零,故非靜電力做正功;第二項(xiàng)是宏觀上表現(xiàn)為安培力的分力的功率,因v與qu×B反方向,此項(xiàng)小于零,故安培力做負(fù)功。
由矢量混合積公式可知
將上式應(yīng)用到(16.2.5) 式,可得洛侖茲力對載流子的功率為零,這表明非靜電力做的正功和安培力做的負(fù)功兩者大小相等,正好抵消。
洛侖茲力對載流子(運(yùn)動電荷)不做功,即洛侖茲力并不提供能量,只是傳遞能量。在這里,外力克服洛侖茲力的一個分量qu×B所做的功,通過另一個分量qv×B轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電流的能量。這實(shí)質(zhì)上表示能量的轉(zhuǎn)換和守恒。
根據(jù)以上分析,我們發(fā)現(xiàn)動生電動勢產(chǎn)生過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系:
外力做正功輸入機(jī)械能,安培力做負(fù)功吸收了它,同時(shí)感應(yīng)電流以電能的形式在回路中輸出這份能量。
發(fā)電機(jī)的工作原理就是靠洛侖茲力將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。