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安培力指的是帶電導線在磁場中受到力的作用,是磁場對電流的作用力;而洛倫茲力是運動電荷在磁場中所受到的力。
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  • 1 # 醉花音

    因為這是由能量的守恆決定的。想要明白這個問題,就必須從微觀的角度來分析;透過比較可知,不論是安培力還是洛倫茲力,其最基本的受力物件都是帶電粒子;其中洛倫茲力是利用帶電粒子,如大分子物質,阿爾法粒子,質子等;洛倫茲力直接作用在這些粒子身上。而安培力就有所不同,安培力中最常見的就是電子作為基本粒子,也就是導線中流動的電子電流,宏觀作用物件是導體棒。

    1:在勻強磁場中,當一個帶電粒子以一個速度v垂直於磁場方向射入時,就會在洛倫茲力的作用下做速度大小為v的圓周運動,洛倫茲力只改變速速的方向,不改變速度的大小;也就是說在磁場中做圓周運動的粒子,能量沒有轉化為其他形式,還是保持在自身上。這就是洛倫茲力不做功的原因。

    2:而安培力就不同了;在微觀領域,導體中的電子還是會受到洛倫茲力的作用,只不過這種洛倫茲力是不完整的,因為電子無法逃脫導體棒,不能在磁場中做完整的圓周運動;所以大量的電子就會附著在導體棒中的一側,並朝著一個固定的方向推動導體棒。因此導體棒在宏觀上就會表現出受到作用力的現象,這就是安培力的形成。

    既然有了力,就必定會做功,所以安培力做功會轉化為導體棒的動能,也就是說電能轉化為了動能;我們生活中使用到的電動機就是根據這個原理;比如直流電動機,在電動機通電時,不能讓轉軸固定不動,因為裡面的導線電阻很小,通電後就相當於把電源短路,電流過大就會燒燬電源。所以一段小導線在磁場中通電後,雖然只是擺動了一小段距離,但是這個過程是在對外做功的。

  • 2 # 科學聯盟

    題主你好。這個問題需要搞清楚洛倫茲力和安培力的區別。洛倫茲力是磁場對運動電荷的磁場力,而安培力是磁場對宏觀通電導體的力。它們有本質區別。前者是自由電荷在磁場中運動受到的力,說白了是一種力;後者是磁場對通電導體作用力,從微觀上看,是磁場對定向運動電荷的作用力,但是電荷在磁場力作用下並未做圓周運動,這說明電荷必然受到了別的力,它們來自於原子實的庫侖力以及散射作用。這些作用力同洛倫茲力合成了安培力——安培力是多種力的合力,因此洛倫茲力和安培力是兩回事。在高中物理書裡以及大學普通物理電磁學書裡,對安培力有一些介紹和討論。但是從電磁場理論來看,安培力並不是真實存在的力,它只是一種宏觀效應,到了微觀就徹底消失了。這就是為什麼愛因斯坦當年在研究電磁場相對論協變性的時候,沒有考慮所謂的安培力協變形式,而只是研究了洛倫茲力的協變形式。洛倫茲力是基本力,它和庫侖力一同構成電磁力——這就是愛因斯坦在1905年那篇著名的論文裡討論的結果。

    洛倫茲力不做功一般是這樣理解的——洛倫茲力始終與運動速度正交,這意味著,洛倫茲力不會對運動電荷做功。但是這個解釋小編覺得並不完美。小編認為,關於洛倫茲力不做功的最好的解釋,還是來自於麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組是描寫電磁場的基本方程組,這個方程組是根據大量實驗觀測的規律而總結出來的一套理論。它包括電場的有源性、磁場的無源性、電磁感應定律、磁場環路定律。看起來和洛倫茲力無關,因為整個方程組裡沒有出現靜磁場裡的運動電荷——注意區分激發磁場的導電體裡的電流和磁場力的檢測電荷。但是在麥克斯韋完成他的工作幾十年後,愛因斯坦橫空出世。愛因斯坦證明了麥克斯韋方程服從相對論協變,這就導致我們可以用相對論協變來從電場力裡推匯出洛倫茲力。這是很神奇的的一件事情。愛因斯坦的推導結果證明,磁場力必須與參考系速度正交,因此就證明了洛倫茲力不做功。換言之,洛倫茲力不做功和電磁理論的相對論協變有關。

    至於安培力做功,我們要結合安培力的微觀解釋來解釋。剛才說過了,安培力不是磁場力那麼簡單的作用力,它是磁場力和導體內的其他作用力的合力。這裡的其他裡去包括電場力以及非彈性散射相互作用力,這些力是要對電子以及原子實做功的,這就導致磁場切割磁感線運動的通電導體註定要做變速運動(除非有外力抵消安培力)。我們由此可以得出,安培力做功不是在消耗磁場能,而是在消耗導體的電能並把電能變成了導體的動能。

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