问题:有一种磁性加热装置,其关键部分由焊接在两个等大的金属圆环上的n根间距相等的平行金属条组成,成“鼠笼”状,如图所示。每根金属条的长度为l,电阻为R,金属环的直径为D,电阻不计。图中虚线所示的空间范围内存在着磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的宽度恰好为等于“鼠笼”金属条的间距,当金属环以角速度ω绕过两环的圆心的轴OO′旋转时,始终有一根金属条切割磁感线。“鼠笼”的转动由一台电动机带动,这套设备的效率为η,求电动机输出的机械功率。
启迪:n根平行金属条中,始终只有一条是电源,其余n-1条相当于并联电阻。
解析:处在磁场中的金属条切割磁感线的线速度为。
产生感应电动势为。
通过切割磁感线的金属条的电流为
.
磁场中金属条所受的安培力F=BIl,克服安培力做功的功率为
,
电动机输出的机械功率为,
联立以上各式即得,电动机输出的机械功率为.