磁力勢(shì)能簡(jiǎn)介

勢(shì)能Potential Energy 物體由于具有做功的形勢(shì)而具有的能叫勢(shì)能.它是儲(chǔ)存于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的能量，也可以釋放或者轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如動(dòng)能由于各物體間存在相互作用而具有的、由各物體間相對(duì)位置決定的能叫勢(shì)能，又稱作位能，勢(shì)能是狀態(tài)量。 亦稱“位能”。由相互作用的物體之間的相對(duì)位置，或由物體內(nèi)部各部分之間的相對(duì)位置所確定的能叫做“勢(shì)能”。按作用性質(zhì)的不同，可以分為引力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、電勢(shì)能和核勢(shì)能等。力學(xué)中勢(shì)能有引力勢(shì)能、重力勢(shì)能和彈力勢(shì)能。勢(shì)能不是屬于單獨(dú)物體所具有的，而是相互作用的物體所共有。

磁力勢(shì)能：在磁場(chǎng)的作用下，物體傾向于往磁場(chǎng)能小的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，所具有的能量。

這就說明“磁力勢(shì)能”轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能的判斷不能成立。

穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的情況

磁矩在磁場(chǎng)中的勢(shì)能在均勻磁場(chǎng)B中,載流線圈的電流為I,面積為S(正法線方向n),以θ表示磁矩m=ISn與B的夾角,則在任意位置磁矩的勢(shì)能為

W= -IΦ= -IBScosθ= -mBcosθ= -m*B

其中勢(shì)能是位置(θ)的函數(shù),若以磁矩方向與磁場(chǎng)方向垂直(即θ=P/2)時(shí)的位置為零勢(shì)能點(diǎn),則當(dāng)磁矩與磁場(chǎng)平行時(shí),線圈具有最小的勢(shì)能W= -mB,此時(shí)線圈最穩(wěn)定;而當(dāng)磁矩與磁場(chǎng)反向時(shí),線圈具有最大的勢(shì)能W=mB.若使線圈在0~π之間逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),外力需克服磁力做功,此時(shí)勢(shì)能增加,反之,磁力做功,勢(shì)能減少.這是符合功能關(guān)系的.

變化磁場(chǎng)中的情況

如果一載流線圈的電流為I,面積為S,放在均勻磁場(chǎng)B中,磁場(chǎng)以dB/dt=a的勻速率變化,線圈法線方向與磁場(chǎng)方向相同,令t=0時(shí)勢(shì)能為0,則在任意時(shí)刻t的勢(shì)能為

W= -IΦ= -I

可見,在這種情況下,勢(shì)能是時(shí)間參量的函數(shù).在時(shí)間間隔△t=t₂-t₁內(nèi),磁力做功為

A=W₁-W₂=-ISat₁-(-ISat₂)=ISa△t

由此可知,若磁場(chǎng)以勻速率增加,即a>0,則A>0,表示磁力做正功,勢(shì)能減少;若磁場(chǎng)以勻速率減小,

即a<0,則A<0,表示外力克服磁力做功,勢(shì)能增加.從電磁感應(yīng)的角度看,磁場(chǎng)變化時(shí),線圈中必產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)E感反抗磁場(chǎng)的變化,若磁場(chǎng)以勻速率a變化,則由上式可得導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

ε_感=-

該電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間間隔△t=t₂-t₁內(nèi)提供的電功為

要使磁場(chǎng)繼續(xù)變化,外界就必須克服感生電動(dòng)勢(shì)做功,其值為感生電動(dòng)勢(shì)做功的負(fù)值,兩式可得

A= -A_感

可見,克服感生電動(dòng)勢(shì)做功所輸出的電能正是系統(tǒng)勢(shì)能的改變量.

首先，設(shè)定零勢(shì)能面O，

①假定帶電量為 q的物體當(dāng)先所在位置為A，若OA長為d，電場(chǎng)強(qiáng)度為E

（1）如果電場(chǎng)方向（電場(chǎng)線方向）沿OA方向，則物體在A點(diǎn)所具有的電勢(shì)能為-qEd；

（2）如果電場(chǎng)方向（電場(chǎng)線方向）沿AO方向，則物體在A點(diǎn)所具有的電勢(shì)能為qEd；

②假定帶電量為-q的物體當(dāng)先所在位置為A，若OA長為d，電場(chǎng)強(qiáng)度為E

（1）如果電場(chǎng)方向（電場(chǎng)線方向）沿OA方向，則物體在A點(diǎn)所具有的電勢(shì)能為qEd；

（2）如果電場(chǎng)方向（電場(chǎng)線方向）沿AO方向，則物體在A點(diǎn)所具有的電勢(shì)能為-qEd；2100433B

勢(shì)能（potential energy)是儲(chǔ)存于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的能量，也可以釋放或者轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。勢(shì)能是狀態(tài)量，又稱作位能。勢(shì)能不是屬于單獨(dú)物體所具有的，而是相互作用的物體所共有。所以，如果僅給出單一的物體，我們無法定義它所具有的勢(shì)能，這時(shí)往往需設(shè)定一個(gè)“零勢(shì)能面”，利用物體與該點(diǎn)的位置關(guān)系來計(jì)算勢(shì)能，繼而進(jìn)行動(dòng)能等其他種類能量的計(jì)算。

習(xí)慣上，將重力勢(shì)能零勢(shì)能面設(shè)定為大地，將電勢(shì)能零勢(shì)能面設(shè)為電荷起始位置，但本質(zhì)上，由于零勢(shì)能面是人為規(guī)定而不實(shí)際存在的，所以可將其設(shè)定為任何位置。

首先，設(shè)定零勢(shì)能面O，假定物體當(dāng)先所在位置為A，若OA長為L（已知重力加速度為g）

（1）如果重力方向沿OA方向，則物體在A點(diǎn)所具有的重力勢(shì)能為-mgL；

（2）如果重力方向沿AO方向，則物體在A點(diǎn)所具有的重力勢(shì)能為mgL；