导体棒切割磁感线时,安培力(本质是洛伦兹力)使导体棒中的自由电荷发生定向移动,使导体棒两端产生电势差(电动势),电势差的存在使电荷具有电势能,也就是电能。
这样安培力做负功把机械能转化为电能。电荷定向移动时形成电流,电流在磁场中受到安培力作用,安培力做负功。
安培力做功,我们要结合安培力的微观解释来解释:
安培力不是磁场力那么简单的作用力,它是磁场力和导体内的其他作用力的合力。这里的其他里去包括电场力以及非弹性散射相互作用力。
这些力是要对电子以及原子实做功的,这就导致磁场切割磁感线运动的通电导体注定要做变速运动(除非有外力抵消安培力)。我们由此可以得出,安培力做功不是在消耗磁场能,而是在消耗导体的电能并把电能变成了导体的动能。
做功是能量由一种形式转化为另一种的形式的过程。
1、基本公式:W=F*S;
2、重力做功G=mgH;
3、摩擦力做功:W=NfS。
4、求有用功:w有=gh;
5、求总功:w总=fs;
6、求机械效率:η=w有/w总=gh/fs=gh/f(nh)=g/nf。
7、功=力*距离,即W=Fs功率=功/时间,即P=w/t。
物理意义
物体受外力作用,但静止不动。
例如一个人提着一桶水站着不动,或者用力推一辆静止的汽车但没有推动,由于这桶水或汽车的位移S=0,根据W=FS cosα,这人所做的功W=0,尽管这个人费了很大力气,却没有做功,这点可从功的物理意义来理解。
因为功是用来描写力F对物体作用的空间累积效应的,由于在力F作用的前后物体的运动状态没有发生相应的变化或者说物体的能量形式没有发生相应的转化,那桶水或者那辆汽车仍旧在原地,力F对那桶水或者那辆汽车的作用效果为零,即力F对那桶水或者那辆汽车没有做功,W=0。
这点要与人们通常说的"做工"或"工作"区分开来:物理上的"功",仅用于描写力对物体的空间累积效应,是物体运动状态变化的一种量度,比"做工"或"工作"的含义要狭窄得多。
洛伦兹力不做功,确实是因为洛伦兹力始终与速度方向垂直,但你要注意,我们只在考虑单个带点粒子时,才讲他受到的洛伦兹力。对于一个有电流的导线,每个电子受到的洛伦兹力仍旧是和速度方向垂直的,但是由于电子不能脱离导线自由运动,所以实际情况是:电子受到洛伦兹力后,都有沿着受力方向的加速度,而电子由于受到金属导体的束缚,无法脱离导体自由移动,因此无法改变速度方向,而是将所受到的洛伦兹力通过与导体间的作用,使导体受到和电流方向垂直的力,无数的电子所给导体的力叠加起来,就形成了安培力,而导体也就整体沿着安培力方向做加速运动。
也就是说,洛伦兹力对单个的带点离子是不做功的,因为单个带电粒子的运动方向可以随意改变,因而洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直;安培力做功是因为导体速度方向不能随意改变,安培力方向始终与导体速度方向平行。
我认为可以这样说,安培力做功正是因为洛伦兹力对无法随意改变速度方向的的粒子做了功。但是宏观来看,我们又不提洛伦兹力,所以课本上说洛伦兹力不做功。大学物理书上有这方面的内容,感兴趣了,你可以看看。