穩(wěn)恒電流的磁場ppt課件

1、第十二章第十二章 電磁感應電磁感應 電磁場電磁場electromagnetic inductionelectromagnetic field12.1 12.1 法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律12.2 12.2 動生電動勢和感生電動勢動生電動勢和感生電動勢12.3 12.3 自感和互感自感和互感12.4 12.4 磁場能量磁場能量12.5 12.5 電磁場的實際根底電磁場的實際根底12.1 法拉第定律電磁感應法拉第定律電磁感應一、電磁感應的根本景象一、電磁感應的根本景象VNSGGkVGBSBG實驗闡明：穿過線圈所包圍面積內的磁通量發(fā)實驗闡明：穿過線圈所包圍面積內的磁通量發(fā)生變化時，在回路中

2、將產生的電流，該電流稱生變化時，在回路中將產生的電流，該電流稱為感應電流，這種景象稱為電磁感應為感應電流，這種景象稱為電磁感應二、二、 楞次定律楞次定律Lenz law 閉合回路中感應電流的方向總是使得閉合回路中感應電流的方向總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應電流的磁通量它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應電流的磁通量的變化。的變化。 VNSvGI 感應電流產生的磁場力安培力，將對抗外力。感應電流產生的磁場力安培力，將對抗外力。即可以說外力對抗磁場力做功，從而產生感應電流轉即可以說外力對抗磁場力做功，從而產生感應電流轉化為電路中的焦耳熱，符合能量守恒規(guī)律的化為電路中的焦耳熱，符合能量守恒規(guī)律的LF外

3、F 否那么只需一點力開場使導線挪動，將有無限大否那么只需一點力開場使導線挪動，將有無限大的電能出現，不符合能量守恒定律！的電能出現，不符合能量守恒定律！三、三、 法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 Faraday law of electromagnetic inductiondtd單位單位:1V=1Wb/s0, 0 與與 L 反向反向0, 0 與與L 同向同向電動勢方向電動勢方向:穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產生穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產生的感應電動勢的感應電動勢 正比于磁通量對時間的變化率的負值。正比于磁通量對時間的變化率的負值。0nLB負號負號感應電動勢感應電動

4、勢總是對抗磁通的變化總是對抗磁通的變化2/)(Bn磁通鏈數磁通鏈數:)N(321 假設有假設有N匝線圈，它們彼此匝線圈，它們彼此串聯，令每匝的磁通量為串聯，令每匝的磁通量為 1、 2 、 3 dtdNdtdIIBdtdR1RIii)dtdqI (i感應電流：感應電流：感應電荷：感應電荷：21212t1tR1dR1IdtqNst01. 0 例例12-1 在安裝中，在安裝中，N=1000匝的副線圈與沖擊電流計相連，匝的副線圈與沖擊電流計相連，回路的總電阻回路的總電阻R=1000。當原線圈中的電流在。當原線圈中的電流在 的時間內由零增至的時間內由零增至 I 時，那么測得經過電流計時，那么測得經過電流

5、計的感應電量的感應電量 ，求此時鐵心中的磁感應強度，求此時鐵心中的磁感應強度和副線圈回路中感應電動勢的大小。設環(huán)形鐵心的截面積和副線圈回路中感應電動勢的大小。設環(huán)形鐵心的截面積 Cq6105 . 224100 . 2mS解：解：211RqRNBS)(25. 0VtNBSt (T)101.25NSqRB2-RNooiBn 例例12-2 ：在勻強磁場中：在勻強磁場中, 置置有面積為有面積為 S 的可繞的可繞 OO軸轉軸轉動的動的N 匝線圈匝線圈 . 假設線圈以角假設線圈以角速度速度 作勻速轉動作勻速轉動. 求線圈求線圈 中中的感應電動勢的感應電動勢.解：解：設設 t=0 時時, 線圈法向與線圈法向

6、與B同向同向 ttNBSNcostsinNBStddmtsinItsinRimmRImm 可見可見,在勻強磁場中勻速在勻強磁場中勻速轉動的線圈內的感應電電流轉動的線圈內的感應電電流是時間的正弦函數是時間的正弦函數.這種電流這種電流稱交流電稱交流電.tsinmRNooiBndbaixoxiB20 xdaxISdBd20bdddxxia20dabialn20 例例12-3、一無限長導線載有交變電流為、一無限長導線載有交變電流為 ,與一矩形線框處于同一平面內與一矩形線框處于同一平面內,它們之間相對位置的尺它們之間相對位置的尺寸如圖寸如圖, 求回路求回路ABCD中的感應電動勢中的感應電動勢.tIisi

7、n0 解：解：BA BA BC DC DtIddbadtdmcosln200一、動生電動勢一、動生電動勢motional electromotive force 導體在磁場中運動時產生的感應電動勢導體在磁場中運動時產生的感應電動勢bad)Bv (lvBdt)xB(ddtd|ll)Bvq(fLabBV外Flx動生電動勢動生電動勢洛侖茲力引起洛侖茲力引起kLEq)Bvq(fBvEk非靜電場場強：非靜電場場強：動生電動勢：動生電動勢：Bv方向：方向：12.2 動生電動勢和感生電動勢動生電動勢和感生電動勢BlxBSbad)Bv (l動生電動勢動生電動勢Bv方向：方向： vBvllvB)Bv (+-v0

8、0BvEkldBvdAo 例例12-4、如下圖，長度為、如下圖，長度為L的金屬棒導體棒在均勻磁場的金屬棒導體棒在均勻磁場B中沿逆時針方向繞點轉動中沿逆時針方向繞點轉動, 角速度角速度，求：，求：1棒中感應電動勢的大小和方向，棒中感應電動勢的大小和方向，OA間的電勢差；間的電勢差；2假設金屬棒改為半徑為假設金屬棒改為半徑為L的金屬圓盤轉動，盤中心的金屬圓盤轉動，盤中心和邊緣之間的電勢差。和邊緣之間的電勢差。221LBl dlBdLoL解：方法一動生電動勢定義解：方法一動生電動勢定義lv l dvBllBd電勢差：電勢差：Bv221LBUoA法拉第電機法拉第電機2可視為無數銅棒一端在圓心，可視為無

9、數銅棒一端在圓心，另一端在圓周上，即為并聯，因此其另一端在圓周上，即為并聯，因此其電動勢類似于一根銅棒繞其一端旋轉電動勢類似于一根銅棒繞其一端旋轉產生的電動勢。產生的電動勢。Boa2021BLUUA方法二方法二 法拉第定律法拉第定律LLBBdSd21扇形面積扇形面積222121BLdtdBLdtd例例12-512-5、如下圖，一無限長直導線中通有電流、如下圖，一無限長直導線中通有電流I0=10AI0=10A，有，有一根一根l = 0.2ml = 0.2m的金屬棒，以的金屬棒，以v=2 m/sv=2 m/s的速度平行于長直導的速度平行于長直導線作勻速運動，如棒的近導線的一端間隔導線線作勻速運動，

10、如棒的近導線的一端間隔導線 a=0.1m a=0.1m，求金屬棒中的電動勢。求金屬棒中的電動勢。vBdxxIB20alaIvdxxIvlaaln2200ldBvdA AalvIxB Bxdx解解: 方法一方法一 用動生電動勢定義用動生電動勢定義)(104 . 46V方向由方向由B B到到A AalvI0 xvtdxxIBdSd200alaIvtln20A AB BAABBxdx方法二、方法二、 用法拉第定律用法拉第定律 假設假設AB向上挪動與初始位置向上挪動與初始位置AB構成回路構成回路)(104 . 46ValaIvdtdln200laavtdxxIBdS200方向：楞次定律判別方向：楞次定

11、律判別 逆時針逆時針 即從即從B到到AAB二、感生電場和感生電動勢二、感生電場和感生電動勢 穿過導體回路的磁感應強度發(fā)穿過導體回路的磁感應強度發(fā)生變化時，在回路中產生的感應電生變化時，在回路中產生的感應電動勢稱為感生電動勢動勢稱為感生電動勢.0dtdBMaxwell 的假說：的假說： 變化的磁場在其周圍空間激發(fā)一種電場，它提變化的磁場在其周圍空間激發(fā)一種電場，它提供一種非靜電力能產生供一種非靜電力能產生 。這電場叫做感生電場。這電場叫做感生電場。 感生感生 電場電場induced electric field) 法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律電源電動勢的定義電源電動勢的定義SiSdtBd

12、tdLildESdtBl dESLiSdtBl dESLi 感生電場的電場線是無頭無尾的感生電場的電場線是無頭無尾的閉合曲線，類似于磁感應線。稱之閉合曲線，類似于磁感應線。稱之為有旋電場。為有旋電場。 感生電場永遠和磁感應強度矢量感生電場永遠和磁感應強度矢量的變化連在一同。的變化連在一同。i0LIdlBBtE感感 感生電場對電荷都有作用力感生電場對電荷都有作用力, 假設假設有導體存在都能構成電流有導體存在都能構成電流比較比較有旋電場有旋電場 RdtdBrrEl dE iLi22 R,rdtdBrEi2dtdBrEl dE iLi2R2 R,r例例12-6 12-6 如下圖，在半徑如下圖，在半徑

13、R R的無限長螺線管內部磁感應的無限長螺線管內部磁感應強度的大小隨時間而增長，且強度的大小隨時間而增長，且 ，求管內外感生，求管內外感生電場的分布。電場的分布。 CdtdB解：解：SdtBl dESLidtdBrREi22oabba l ddtdBl dEicos2rlldhdtdB21drhdtdB2rdtdBhL210CdtdB例例12-7、在圓柱形的均勻磁場中，假設、在圓柱形的均勻磁場中，假設 ，柱內，柱內直導線的長度為直導線的長度為L，且距圓心垂直間隔為，且距圓心垂直間隔為h，求此直導線，求此直導線 ab上的感生電動勢。上的感生電動勢。 h解：方法一解：方法一 由電動勢的定義求解由電動

14、勢的定義求解感生電動勢方向感生電動勢方向oabLh21BSBdtdBLh21dtdiba h解：方法二解：方法二 由法拉第定律求解，假想回路由法拉第定律求解，假想回路oabo，oa、ob與感生電場垂直，不產生電動勢與感生電場垂直，不產生電動勢感生電動勢方向：楞次定律感生電動勢方向：楞次定律 逆時針方向逆時針方向即即鐵鐵 芯芯線圈線圈電電束束子子 環(huán)形環(huán)形真空室真空室B磁場磁場三、電子感應加速器三、電子感應加速器電子感應加速器電子感應加速器 電子運轉的軌道電子運轉的軌道-磁場中磁場中一環(huán)形管真空管。一環(huán)形管真空管。 當磁場發(fā)生變化時，就會沿當磁場發(fā)生變化時，就會沿管道方向產生感應電場，射入管道方向產生感應電場，射入的電子就會被加速。的電子就會被加速。RLVVLfVLfVLfVLfr2nrBremvrmvma