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1、第十二章 电磁感应,第十二章 电磁感应,12-1 电动势12-2 电磁感应定律 12-3 动生电动势 12-4 感生电动势 有旋电场12-5 自感12-6 互感12-7 磁场的能量,12-1 电动势,12-1 电动势,12-1 电动势,1.电源及电源电动势,1.1 非静电力,非静电场的场强,能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能的装置。,1.2 电源,1.电源及电源电动势 1.1 非静电力 非静电场的场强,1.2 电源的电动势,在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过程中非静电力所作的功：,闭合回路的电动势：,1.2 电源的电动势 在电源内将单位正电荷从负极移动到,由负极到正极，电势（由静
2、电场产生）升高的方向,电动势的正方向：,由负极到正极，电势（由静电场产生）升高的方向电动势的正方向：,12-2 电磁感应定律,electromagnetic induction,12-2 电磁感应定律 electromagnetic,1.电磁感应现象,实验一,1.电磁感应现象实验一,实验二,实验二,结论：,当通过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象。,结论： 当通过闭合回路的磁通量发生变化时，回路,2.法拉第电磁感应定律,当通过回路的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与穿过回路的磁通量对时间的变化率成正比。,2.法拉第电磁感应定律 当通过回路的磁通量发生
3、变化时，,负号反映了感应电动势的方向：,（a）,B增大,L,en,i,（b）,B减小,L,en,i,的正方向：L 的方向,的正方向：与L 成右手螺旋,负号反映了感应电动势的方向： （a）B增大Leni,大学物理第12章电磁感应汇总课件,3.楞次定律,闭合回路中的感应电流的方向，总是使得感应电流所产生的通过回路的磁通量去补偿引起感应电流的磁通量的变化。,B,楞次定律的本质是能量守恒定律。,3.楞次定律 闭合回路中的感应电流的方向，总是使得感应,（1）线圈中的感应电动势和感应电流；（2）为维持线圈匀速转动，作用在线圈上的合外力矩为多少？（3）合外力矩做功的功率为多少？（4）消耗在电阻R上的电功率为
4、多少？,例 交流发电机：如图，一匝数为N，面积为S，电阻为R的矩形线圈在匀强磁场中以角速度作匀速转动，t=0时线圈平面与磁场方向垂直。求t时刻：,I tBm t （1）线圈中的感应电动势和感应电流；例,解：,解：,大学物理第12章电磁感应汇总课件,小型三相发电机,小型三相发电机,风力发电机,风力发电机,39万千瓦燃气轮发电机主轴,39万千瓦燃气轮发电机主轴,d,c,b,a,r,I,l2,l1,dc b arIdxxl2l1,解：,（1）,（2）,解：（1）（2）,12-3 动生电动势,12-3 动生电动势,磁通可按不同方式变化,感应电动势,感生电动势,一般情况：磁场变化 同时 回路运动,动生电
5、动势,磁场变化、回路静止:,磁场恒定、回路运动:,【思考】非静电力是什么？,感生电场,磁通可按不同方式变化感应电动势感生电动势一般情况：磁场变化,1.产生动生电动势的非静电力,洛伦兹力,1.1 动生电动势：由于导体在磁场中运动而在导体内产生的电动势。,1.2 产生动生电动势的非静电力：,1.产生动生电动势的非静电力洛伦兹力1.1 动生电动势：由于,大学物理第12章电磁感应汇总课件,2.计算动生电动势的的一般公式,方向：,2.计算动生电动势的的一般公式 方向：,3.动生电动势的能量来源,3.1 能量转换,3.动生电动势的能量来源 3.1 能量转换,3.2 洛伦兹力不做功,3.2 洛伦兹力不做功,
6、4.动生电动势的计算,4.动生电动势的计算 a b,例 如图所示，一半径为R的半圆形导线在磁感应强度为B的匀强磁场中沿垂直于其直径的方向以速度v作匀速运动，B的方向垂直于导线所在平面。求导线内的产生的动 生电动势。,解：, ,v,O,a,b,R,例 如图所示，一半径为R的半圆形导线在磁感应强度为B的匀强磁,r,I,a,b,例 如图，一无限长直导线沿竖直方向放置，通有电流I，其一旁有一长为L的直导线ab绕一端a以角速度作匀速转动，设a点到无限长直导线的垂直距离为r，求ab转到与水平方向夹角为 的位置时，ab内的动生电动势。,rI abldl例 如图，一无限长直导线沿竖直方向放置,解：,解：,12
7、-4 感生电动势 有旋电场,12-4 感生电动势 有旋电场,1.麦克斯韦关于感生电场的假设,1.1 麦克斯韦的假设,变化的磁场在周围空间要激发电场，这种电场称为感生电场。,1.2 感生电场的基本性质,1）感生电场对处在其中的电荷有力的作用。2）在感生电场中引进导体，导体内产生感应电动势。,1.麦克斯韦关于感生电场的假设 1.1 麦克斯韦的假设,2.1 感生电动势：导体不动，由于磁场变化而在导体中产生的感应电动势叫感生电动势。,2.感生电动势及产生感生电动势的非静电力,2.2 产生感生电动势的非静电力：,感生电场力：,2.1 感生电动势：导体不动，由于磁场变化而在导体中产生的感,大学物理第12章
8、电磁感应汇总课件,3.1 感生电场的环流,3.感生电场的环流与感生电动势的计算,3.1 感生电场的环流 3.感生电场的环流与感生电动势的计算,1）静电场由静止电荷产生，而感应电场由变化的磁场激发。,静电场与感生电场,3）在静电场中引进导体，导体产生静电感应（静电平衡时，导体是个等势体）。在感生电场中引进导体，导体内产生感应电动势。,2）静电场是保守场(无旋场)，电场线永不闭合；,感生电场是非保守场(有旋场)，电场线永远闭合。,1）静电场由静止电荷产生，而感应电场由变化的磁场激发。 静电,2）计算感生电动势：,3.2 感生电动势的计算,1)计算感生电场的分布,闭合回路：,2）计算感生电动势： 3
9、.2 感生电动势的,例7-5 有一局限在半径为R的圆柱体内沿圆柱轴线方向的匀强磁场，磁感应强度随时间的变化率为,（1）求离圆柱轴线距离为r的P点的感生电场强度。（2）在该磁场中引进一如图所示的直导线ab，求导线内的感生电动势。, ROa bB例7-5 有一局限在半径, ,R,O,B,解：, ROBrL解：rL,ORCEi, ROa bB,计算感应电动势的两个公式,1、通量法则,2、按感生和动生电动势计算,计算感应电动势的两个公式1、通量法则2、按感生和动生电动势计,4.涡电流 电磁阻尼 电子感应加速器,导体,4.1涡电流,4.涡电流 电磁阻尼 电子感应加速器导体4.1涡电流,涡电流的热效应,涡
10、电流的热效应,电磁炉,电磁炉,用涡电流加热金属电极,用涡电流加热金属电极,4.2 电磁阻尼,4.2 电磁阻尼,4.3 电子感应加速器,4.3 电子感应加速器,大学物理第12章电磁感应汇总课件,(self-inductance and mutual inductance),12-5 自感,(self-inductance and mutual in,1.自感,1.1 自感现象,由于回路中电流变化而在自身回路中产生感生电动势的现象。,1.自感1.1 自感现象 由于回路中电流变化而在自身回,1.2 自感系数,定义自感系数：,1.2 自感系数定义自感系数：,1.3 自感电动势,1.3 自感电动势,大学
11、物理第12章电磁感应汇总课件,自感在日光灯电路中的应用: 日光灯电路中的镇流器就是利用自感现象制成的。日光灯是怎样工作的呢？当开关闭合后，电源把电压加在起动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光。辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通。于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过。电路接通后，起动器中的氖气停止放电，U形动触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然中断的瞬间，在镇流器两端产生一个很高的自感电动势，方向与原来电压的方向相同，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高电压，加在灯管两端，使灯管中的水银蒸气开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。
12、在日光灯正常发光时，由于交变电流不断通过镇流器的线圈，线圈中就有自感电动势，它总是阻碍电流变化的，这时镇流器起着降压限流作用，保证日光灯的正常工作。,自感在日光灯电路中的应用: 日光灯电路中的镇流器就是利用自感,大学物理第12章电磁感应汇总课件,1.4 自感系数的计算,计算关键：假设i，求,1.4 自感系数的计算 计算关键：假设i，求,例 长为l的螺线管，横断面为 S，线圈总匝数为 N ，管中磁介质的磁导率为 ，求自感系数。,解：,例 长为l的螺线管，横断面为 S，线圈总匝数为 N ，管,例 有一电缆，由两个“无限长”的同轴圆桶状导体组成，其间充满磁导率为 的磁介质，电流I从内桶流进，外桶流出
13、。设内、外桶半径分别为R1和R2，求长为l的一段导线的自感系数。,l例 有一电缆，由两个“无限长”的同轴圆桶状导体组成，其间充,解：,解：lrdr,12-6 互感,12-6 互感,1 互感现象,一个载流回路中电流变化，引起邻近另一回路中产生感生电动势的现象。,1 互感现象 一个载流回路中电流变化，引起邻近另一回路,大学物理第12章电磁感应汇总课件,2 互感系数,定义自感系数：,2 互感系数定义自感系数：,互感系数反映两耦合回路互感的强弱,3 互感电动势,互感系数反映两耦合回路互感的强弱3 互感电动势,大学物理第12章电磁感应汇总课件,电路耦合,电路耦合,感应圈,感应圈,例 设在一长为 1 m，
14、横断面积 S = 10 cm2，密绕N1= 1000 匝线圈的长直螺线管中部，再绕 N2= 20 匝的线圈。（1）计算互感系数；（2）若回路1中电流的变化率为 10 A/s，求回路2中引起的互感电动势。,l,S,1,2,例 设在一长为 1 m，横断面积 S = 10 cm2，密绕,解：,（1）,（2）,解：（1）（2）lS12,例 在磁导率为的均匀无限大的磁介质中，有一无限长直导线，与一边长分别为b和l的矩形线圈在同一平面内，求它们的互感系数。,a,i,b,l,例 在磁导率为的均匀无限大的磁介质中，有一无限长直导线，与,解：,解：a irdrbl,【例】求总自感 L,总电动势,【例】求总自感
15、L总电动势II,总电动势：,总自感：,总电动势：总自感：1、顺接I 磁场彼此加强，自感电动势和,总自感：,总电动势：,总自感：2、反接I设 磁场彼此减弱，自感电动势和互感电动,12-7 磁场的能量,12-7 磁场的能量,1.自感的磁能,1.自感的磁能,2.磁场的能量,2.1 磁场是能量的携带者,2.磁场的能量2.1 磁场是能量的携带者,2.2 磁场的能量的计算,一般地：,2.2 磁场的能量的计算 一般地：,例 一根长直电缆，由半径为R1 和R2的两同轴圆筒组成，稳恒电流I经内层流进外层流出。 试计算长为l 的一段电缆内的磁场能量。,I,I,R1,R2,R2,R1,例 一根长直电缆，由半径为R1
16、 和R2的两同轴圆筒组成，稳恒,能量法求自感系数,解：,能量法求自感系数解：,电容器静电能,自感线圈磁能,电场能量密度,磁场能量密度,比较电场能量与磁场能量：,电容器静电能自感线圈磁能电场能量密度磁场能量密度比较电场能量,暂态过程,暂态过程,1.RC电路的暂态过程,1.1 RC电路暂态过程的基本规律,1.RC电路的暂态过程1.1 RC电路暂态过程的基本规律,充电过程：,充电过程：,放电过程：,放电过程：,i、qt关系曲线：,i、qt关系曲线：(a)tqO2放电过程ti12O1,1.2 RC电路暂态过程的能量转换,充电过程：,1.2 RC电路暂态过程的能量转换 充电过程：,放电过程：,放电过程：,2.RL电路的暂态过程,2.1 RL电路暂态过程的基本规律,2.RL电路的暂态过程2.1 RL电路暂态过程的基本规律,大学物理第12章电磁感应汇总课件,滋长过程：,滋长过程：,衰减过程：,衰减过程：,it关系曲线：,it关系曲线：tO2衰减过程1滋长过程i,2.2 RL电路暂态过程的能量转换,滋长过程：,2.2 RL电路暂态过程的能量转换 滋长过程：,衰减过程：,衰减过程：,
