《第17章-电磁感应课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第17章-电磁感应课件.ppt（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、本章主要讲解三个方面的问题：1）电磁感应的基本规律电磁感应现象法拉第电磁感应定律楞次定律2）动生电动势与感生电动势电源与电动势动生电动势与洛仑兹力感生电动势与感生电场3）自感与互感自感现象与自感系数互感现象与互感系数,不论何种原因使通过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中便有电流产生，这种现象称为电磁感应现象，回路中所产生的电流称为感应电流。回路中的电动势称为感应电动势。,电磁灶,当大块导体放在变化的磁场中，在导体内部会产生感应电流，由于这种电流在导体内自成闭合回路，故称为涡电流。,法拉第电磁感应定律 不论何种原因，使通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量
2、对时间的变化率的负值成正比。,“”号反映感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系。,楞次定律 闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场去阻碍引起感应电流的原磁通量的变化。,楞次定律实质上是能量转换与守恒定律在电磁感应现象中的反映,法拉第(Michael Faraday，17911867)是英国杰出的物理学家和化学家。1791年9月22日，法拉第出生在伦敦一个铁匠家庭。由于家境贫寒，他一生几乎没有受过什么正规教育。12岁时曾在一家书店当报童，一年后当了装订学徒工。其间，几乎所有的业余时间，他都用来拼命读书。大英百科全书、化学漫谈等著作的电现象及化学实验开拓了他的视野，深深地吸引着他。1811
3、年，法拉第有机会听了当时很有名望的化学家戴维的演讲。通过种种努力，法拉第终于当上了戴维的助手。1813年10月到1815年3月，法拉第随戴维夫妇到法国、意大利、瑞士等欧洲国家作科学旅行，使法拉第眼界大开。回国后，他开始进行独立的科学研究。1816年到1820年间，他共发表了18篇论文。,1821年，30岁的法拉第出任皇家学院实验室总督和代理实验室主任。受奥斯特电磁实验的启发，他开始进行电和磁的研究。1821年10月，他发表了第一篇电磁学论文论某些新的电磁运动兼磁学理论。1824年，他正式开始研究如何“将磁变成电”。最终在1831年8月29日发现了电磁感应现象。除此而外，1833至1834年间，
4、他发现了电解定律；1837年，他最先提出了“场”的概念，并用“力线”来表现场的物理实在。场和力线的概念生动地展示了电磁世界的图景，不仅在电磁学上是一个创举，而且对整个科学观念的发展都有深刻的影响。1838年，法拉第发现了电介质对电容的影响，并首先引入电容率的概念。1845年，他发现了磁致旋光效应，不久又发现了物质的抗磁性。他的许多观点，至今仍是电磁理论和现代电工学的基础。1867年8月25日，法拉第在他家中的座椅上安详去世，终年76岁。遵照他的遗嘱，他被安葬在海格特公墓，其墓碑上仅刻了他的名字和生卒年月。,开尔文勋爵对法拉第的力线评价：在法拉第的许多贡献中，最伟大的就是力线的概念了。我想，借助
5、于它，就可以把电场和磁场的许多性质，以最简单而极富启发性地表示出来。,爱因斯坦认为：场的概念的价值要比电磁感应的发现高得多。,法拉弟的成功是与他的勤奋刻苦，坚韧不拔的精神，以及严格的科学态度分不开的。法拉弟不愧为十九世纪最伟大的实验物理学家，电磁学的奠基人之一。,法拉第电磁感应定律 不论何种原因，使通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率的负值成正比。,楞次定律 闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场去阻碍引起感应电流的原磁通量的变化。,【例题】一矩形回路与一无限长载流直导线共面，矩形回路的一个边与长直导线平行，它到导线的距离为d，导线中的电流
6、为，如图所示，求回路中的感应电动势。,本章主要讲解三个方面的问题：1）电磁感应的基本规律电磁感应现象法拉第电磁感应定律楞次定律2）动生电动势与感生电动势电源与电动势动生电动势与洛仑兹力感生电动势与感生电场3）自感与互感自感现象与自感系数互感现象与互感系数,动生电动势与感生电动势,1、电源与电动势,外电路（正电荷由正极负极，静电力 Fe 作功）,内电路（正电荷由负极正极，非静电力 Fk 作功）,非静电力作功的过程就是将能量转化为电势能的过程。,电源所具有的转换能量的本领可用电动势来描述：,动生电动势,感生电动势,感应电动势,法拉第电磁感应定律告诉我们，不管什么原因，只要回路中的磁通量发生变化，回
7、路中就有感应电动势产生。实际上，使回路中磁通量发生变化的方式是多种多样的。但是，最基本的方式只有两种。,产生动生电动势的非静电力是洛伦磁力,2、动生电动势与洛仑兹力,产生动生电动势的非静电力是洛伦磁力,在磁场中运动的导体棒相当于电源，a 为负极，b 为正极。,计算动生电动势的两种方法：,【例题】一无限长直导线，通有电流I=10A，竖直放置，另一长l=0.9m的水平导体杆AC处于其附近（如图所示）并以速度v=2m/s向上作匀速平动。已知杆AC与长直载流导线共面，杆的A端距该导线的距离d=0.1m，求AC杆中的动生电动势。,解：(1)用动生电动势计算公式求解,【例题】如图所示，一长为L的铜棒，在磁
8、感应强度为B的均匀磁场中绕其一端O以角速度转动。设转轴与B平行，求棒上的动生电动势。,(2)用法拉第电磁感应定律求解,【例题】如图所示，一长为L的铜棒，在磁感应强度为B的均匀磁场中绕其一端O以角速度转动。设转轴与B平行，求棒上的动生电动势。,Why?,3、感生电动势与感生电场,我们知道：处于静止状态的导体或导体回路，由于内部的磁场变化而产生的感应电动势称为感生电动势。由于产生感生电动势时导体或导体回路不运动，因此，感生电动势的起因不能用洛伦兹力来解释。,动生电动势,感生电动势,感应电动势,为了解释构成感生电动势的非静电力的起源，物理学家麦克斯韦在实验的基础上提出了涡旋电场的假设：变化的磁场能在
9、其周围空间激发一种电场，它能对处于其中的带电粒子施以力的作用。这种电场称为涡旋电场（或感生电场）。涡旋电场施于导体内电荷的力就是导体中产生感生电动势的非静电力。,涡旋电场（感生电场）与静电场,相同之处：静电场与涡旋电场都对场中的电荷施加力的作用。不同之处：1）静电场是由静止的电荷激发的，是有源场，电力线起始于正电荷，终止于负电荷。涡旋电场是由变化的磁场所激发的，是无源场，电力线是无头无尾的闭合曲线。2）静电场是的环流为零，是保守场，可以引入电势的概念；涡旋电场是的环流不为零，是非保守场，不可以引入电势的概念。,解：(1)螺线管内(rR),(2)螺线管外(rR),由上述结果可知，尽管磁场集中在螺
10、线管内，但变化的磁场所激发的涡旋电场却扩展到整个空间。,本章主要讲解三个方面的问题：1）电磁感应的基本规律电磁感应现象法拉第电磁感应定律楞次定律2）动生电动势与感生电动势电源与电动势动生电动势与洛仑兹力感生电动势与感生电场3）自感与互感自感现象与自感系数互感现象与互感系数,自感与互感,1、自感现象与自感系数,当闭合回路中的电流发生变化时，通过回路自身的磁通量也要发生变化，进而在回路中产生感生电动势。这种现象称为自感现象，这种电动势称为自感电动势。,自感系数具有保持回路中原有电流不变的性质，与力学中的惯性类似，所以又称为“电磁惯量”。,【例题】有一长密绕直螺线管，长度为l，横截面积为S，线圈的总
11、匝数为N，管中磁介质的相对磁导率为,试求其自感系数。,二、自感现象的防止和应用,1.电器设备中，常利用线圈的自感起稳定电流的作用。例如，日光灯的镇流器就是一个带有铁芯的自感线圈。2.电工设备中，常利用自感作用制成自耦变压器或扼流圈。3.电子技术中，利用自感器和电容器可以组成谐振电路或滤波电路等。4.在具有相当大的自感和通有较大电流的电路中，当切断电源的瞬间，开关处将发生强大的火花,产生弧光放电现象，亦称电弧。电弧发生的高温，可用来冶炼、熔化、焊接和切割熔点高的金属，温度可达2000以上。但也有破坏开关、引起火灾的危险。因此通常都用油开关，即把开关放在绝缘性能良好的油里，以防止发生电弧。,2、互
12、感现象与互感系数,当一个线圈的电流发生变化时，必定会在邻近的另一线圈中产生感应电动势，反之亦然。这种现象称为互感现象，这种电动势称为互感电动势。,利用互感现象可以把电能由一个回路转移到另一个回路，这种转移能量的方法在电工、无线电技术中有广泛的应用。在中学物理中学习过的变压器就是一例。,互感系数的定义和计算与自感系数定义和计算很类似,互感系数 M 决定于每一个线圈的形状、大小、匝数、周围介质的情况及两个线圈的相对位置。,【例题】如图所示，一个边长为 a 的正方形线圈与一无限长直导线共面，相距为b，求该系统的互感系数。,课后作业：17-1 17-5 17-1217-15 17-20,THE END
13、,产生动生电动势的非静电力是洛伦磁力,动生电动势,感生电动势,感应电动势,【例题】如图所示，导体棒AB在均匀磁场B中绕过C点的垂直于棒长，且沿磁场方向的轴OO转动，角速度为。BC的长度为棒长的1/3。则：(1)A点比B点电势高(2)A点与B点电势相等(3)A点比B点电势低(4)有稳恒电流从A点流向B点,【例题】圆盘发动机的铜圆盘半径为R2=1.2m、厚度为d=1.010-3m，以角速度=52 rads-1绕通过盘中心的金属轴oo转动，转轴的半径为R1=2.010-3m。圆盘面与磁感应强度B=10T的均匀磁场垂直。转轴和圆盘边缘间的电动势为多少？,解:因为厚度d远小于半径R2，所以把圆盘看作薄圆
14、盘，在圆盘上沿矢径r取一线元dr，线元距轴心距离r，转动速度v=r，由动生电动势公式得线元的电动势,积分得电动势为,边缘的电势高。,整个圆盘可看作是许多径向导线的并联。,【例题】如图所示，在与均匀恒定磁场 B 垂直的平面内，有一半径为 R 的圆弧形导线 abc。导线沿 x 轴方向以速度 v 向右平动，求导线上的动生电动势。,【例题】如图所示，一长直导线通有电流 I，有一长为 l 的金属棒 bc 与 x 方向成 角，以速度 v 垂直于长直导线作匀速运动。当棒的 b 端距导线为 a 时，求金属棒的电动势。,方向：,【例题】一导线被弯成如图所示的形状，放在均匀磁场 B 中，ab为半径为 R 的 3/
15、4 圆弧，oa=R。若此导线以角速度 绕通过O点并与磁场平行的轴逆时针匀速转动，求其中的动生电动势，方向如何？,【例题】（10分）如图所示，有一弯成角的金属架COD放在磁场中，磁感应强度B的方向垂直于金属架所在的平面。一导体杆MN垂直于OD边，并在金属架上以恒定速度v向右滑动，v与MN垂直。设t=0时，x=0。求下列两种情况下框架内的感应电动势i。（1）磁场分布均匀，且B不随时间改变；（2）非均匀的交变磁场B=Kxcost。,解：（1）在t时刻，杆MN的位置为x=vt，MON的面积为,磁通量为,感应电动势为,方向为由M到N，与B的右旋方向相反。,（2）计算t时刻通过MON面积的磁通量,在dt时
16、间内MN移过dx，磁通量的增加量为,在t时刻，MN的位置在x处时MON内的磁通量即对上式求和。,积分，得,电动势为,若i 0，则方向与B方向成右旋方向，为逆时针方向。,若i 0，则方向为顺时针方向。,【习题17-11】均匀磁场B被限制在半径R的无限长圆柱空间中，正以dB/dt的速率增加。如图，在与磁场垂直的平面内放置长为2R的金属棒ac，若ab=bc，求棒中的感生电动势。,解：作连接oa、ob、oc的辅助线，因为涡旋电场的方向始终沿圆周的切线方向，与半径垂直，所以在径向线段oa、ob、oc上不产生感生电动势，则线段ac上的感生电动势就等于闭合回路oac上的感应电动势。,在oac中有磁通量的面积
17、为oab和扇形obd，则面积S=Soab+Sobd,圆心角aob为60，圆心角bod为30，所以面积为,感应电动势的大小为,因为磁场增加，dB/dt0，所以i0，i的方向由a指向c，即c端为正。,【习题17-26】两根半径为a的平行长直传输线，相距为d，且ad。试求长为l的这对传输线的自感。,解：设传输线中通有电流I，电源和用电器在无限远处，电流从AB输出，CD返回。两传输线在离AB为r处产生的总磁感应强度的大小为,由于ar，可以忽略两导线内部的磁通量。因此通过两传输线间长为l，宽为dr的面积元dS的磁通量为,则长为l的这对传输线的自感为,这种传输线单位长度的分布自感为,如果有数据：,则这种传输线单位长度的分布电感为,通过长为l的两导线间的磁通量为,2023/4/3,61,精品课件！,2023/4/3,62,精品课件！,【例题】一电子沿半径为5.2910-11m的圆周作均速运动，其角速度为=4.161016rad/s，则在圆心处的磁场能量密度为_。（4分）,6.3107J/m3,解：求出电子运动而在圆心处产生的磁场，再按磁能密度的定义求解。,电子圆周运动所形成的电流,圆心处的磁场,或由运动电荷的磁场公式得,圆心处的磁能密度,
