能量考虑

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介绍

宇宙中的一切物质都由称为分子的微小粒子组成。它们通过某种吸引力相互吸引。分子之间存在分子间引力。宇宙中的每一个物体都不能在没有外力的情况下移动。如果对物体施加力，它将被储存在内部，然后以功的形式释放。

能量考虑是什么意思？

能量考虑给出了施加的力和施加该力所需的能量之间的关系。楞次定律与动量守恒定律相符。在讨论能量考虑时，有两个因素很重要，例如楞次定律和能量守恒定律。它采用与能量守恒定律相关的电动势运动的概念。

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能量守恒定律

需要做功的物理系统的容量称为系统的能量，它是一个标量。它以多种形式出现。能量的 SI 单位是焦耳。

能量用于为我们正在使用的设备供电，例如热、光等。不同的能源主要用于发电。能量是一个对生命非常重要的基本量。能量转换是将一种形式的能量转换为另一种形式能量的过程。所有形式的能量都与运动有关。

根据能量守恒定律，一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，能量既不能被破坏也不能被产生。换句话说，如果系统是孤立的，则系统的总能量不会改变，它保持不变。

楞次定律

当载流导体放置在磁场中时，磁通量会发生变化。由于这种磁通量变化，电路中会感应出电动势。感应电动势的方向由楞次定律给出。由此，感应电动势由下式给出：

$$\mathrm{E=-N\frac{d \phi}{dt}}$$

让我们考虑一下连接有电流表的线圈。让磁体的北极朝着线圈移动。如果磁体保持在其位置不变，则电流表没有偏转。

如果磁体的北极向线圈移动，则显示一侧偏转。如果它远离线圈移动，则偏转方向相反。

如果磁体快速地向线圈靠近或远离线圈，则会发生较大的偏转。这是由于线圈中感应的电动势造成的。如果北极向线圈移动，则感应电动势的方向相反，这使得线圈靠近磁铁的一侧表现为北极。

因此会发生偏转。如果北极远离线圈移动，则线圈靠近磁铁的一侧表现为南极。并且没有偏转。

同样，对于南极，如果它靠近线圈，则线圈靠近磁铁的一侧表现为南极，并发生偏转。如果它远离线圈移动，则靠近的一侧表现为北极。

图片即将推出

Keministi，楞次定律演示，CC0 1.0

能量考虑作为定量研究

这里将定量地讨论能量考虑。在讨论给出能量和力之间关系的考虑时，应考虑两个概念。它们是楞次定律和能量守恒定律。让我们考虑一个矩形导体，其边为 PQ、QR、RS 和 SQ。其中，三边 QR、RS 和 SQ 是固定的，边 PQ 可以自由移动。让我们取可移动导体的电阻为 r。因此，与其他三边相关的电阻与电阻 r 相比可以忽略不计。如果我们在导体上施加电压，则通过它们的电流由下式给出：

$$\mathrm{I=\frac{emf}{电压}=\frac{\varepsilon}{ u}}$$

$$\mathrm{I=\frac{Blv}{r}}$$

如果线圈放置在磁场中，则存在电流，该电流对导体施加力。作用在线圈上的力与导体线圈的运动方向相反。作用在线圈上的力由下式给出：

$$\mathrm{F=IlB}$$

$$\mathrm{F=\frac{Blv}{r}\times lB}$$

$$\mathrm{F=\frac{B^{2} l^{2} u}{r}}$$

这里 B 表示系统的磁场强度

l 表示运动臂的长度

$\mathrm{ u}$ 表示运动臂在磁场中的速度

r 表示臂的电阻

由于感应电动势，运动臂以速度 v 推动。导体运动所需的功率为

$$\mathrm{功率=力 \times 速度}$$

$$\mathrm{F=\frac{B^{2} l^{2} u}{r}\times u}$$

$$\mathrm{P=\frac{B^{2} l^{2} u^{2}}{r}}$$

这种能量以热的形式耗散。

$$\mathrm{P=I^{2} r}$$

$$\mathrm{I^{2} r=\frac{B^{2} l^{2} u^{2}}{r}}$$

根据法拉第电磁感应定律

$$\mathrm{\varepsilon=\frac{d \phi}{dt}}$$

我们已经知道 $$\mathrm{\varepsilon=Ir}$$

$$\mathrm{I=\frac{dQ}{dt}}$$

$$\mathrm{\varepsilon=\frac{dQ}{dt} r}$$

因此 $$\mathrm{\frac{d \phi}{dt}=\frac{dQ}{dt} r}$$

$$\mathrm{dQ=\frac{d \phi}{r}}$$

结论

在本教程中，详细讨论了关于能量考虑和能量守恒定律的事实。还讨论了楞次定律和能量考虑作为定量研究。

常见问题

Q1. 什么是能量转换？

答：能量是一个对生命非常重要的基本量。能量转换是将一种形式的能量转换为另一种形式能量的过程。所有形式的能量都与运动有关。

Q2. 能源有哪些？

答：能源可分为两类，即可再生能源和不可再生能源。可再生能源是从流动资源（如风、潮汐、阳光等）获得的能源。从无法替代的自然资源中获得的能量称为不可再生能源。化石燃料和核能是不可再生能源的一些例子。

Q3. 给出一些能量守恒的例子。

答：在炸药爆炸中，其中储存的化学能转化为动能、热能和光能。通过将动能、热能和光能相加计算出的总能量等于初始化学能。同样，在扬声器中，电能转换为声能。

Q4. 能量守恒的后果是什么？

答：第一个主要后果是系统的永动机不可能存在。也就是说，机器不可能在没有任何干扰的情况下持续提供能量。所有系统都没有平移对称性。因此，并非所有系统的能量守恒都是可能的。

Q5. 楞次定律有哪些应用？

答：楞次定律有很多用途。其中，一些列举如下。它在列车的制动系统、金属探测器、交流发电机、麦克风、平衡涡流和读卡器中很有用。