大學(xué)物理上-電磁感應(yīng)-1(華科)

1、 第八章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)下周四一起交下周四一起交 最后一次作業(yè)最后一次作業(yè) 周六下午可核對缺作業(yè)周六下午可核對缺作業(yè)次數(shù)，盡快補(bǔ)齊缺的業(yè)！次數(shù)，盡快補(bǔ)齊缺的業(yè)！回顧：回顧： 磁磁介質(zhì)介質(zhì)1.介質(zhì)的磁效應(yīng)介質(zhì)的磁效應(yīng)順磁順磁質(zhì)質(zhì)抗磁抗磁質(zhì)質(zhì)分子分子 分分子子 固有磁矩固有磁矩附加磁矩附加磁矩在外磁場中：在外磁場中：oBB| | 0BB 2. 有介質(zhì)時的環(huán)路定理有介質(zhì)時的環(huán)路定理:diHlI 鐵磁質(zhì)的磁性：磁疇理論鐵磁質(zhì)的磁性：磁疇理論1 r 1 r 2解題一般步驟：解題一般步驟：由由I傳傳HBMHB HMm diLLHlI 對稱場有磁介質(zhì)時對稱場有磁介質(zhì)時,只需將只需將 “B” 中的中的 o

2、即可。即可。例：例：無限長螺線管內(nèi)的磁場無限長螺線管內(nèi)的磁場無限長螺線管內(nèi)充滿介質(zhì)時：無限長螺線管內(nèi)充滿介質(zhì)時：nIBo BnI 演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn):巴克豪森效應(yīng)巴克豪森效應(yīng)2. 鐵磁質(zhì)的磁化鐵磁質(zhì)的磁化I. . . .鐵鐵磁磁質(zhì)質(zhì)R高斯計高斯計2NIHR 通電流：通電流：高斯計：高斯計：BHr b： 晶粒磁取向趨于與晶粒磁取向趨于與H同向同向00rBBBH HMHBr 00 )(a：疇壁移動，與：疇壁移動，與H同向的磁疇增大（可逆）同向的磁疇增大（可逆）abcBB的變化落后于的變化落后于H，從而具有，從而具有剩磁剩磁磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng)每個每個H 對應(yīng)不同的對應(yīng)不同的B與磁化的歷史有關(guān)。與磁化的歷

3、史有關(guān)。1) 起始磁化曲線起始磁化曲線2) 剩磁剩磁Br飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS3) 矯頑力矯頑力Hc(2) 磁滯回線磁滯回線(3) 在交變電流的勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高在交變電流的勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高 磁滯損耗磁滯損耗BrBcH HsB磁滯損耗磁滯損耗與與磁滯回線磁滯回線所包圍的面積成正比。所包圍的面積成正比。為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象？(可證明可證明)sB 4 當(dāng)溫度升高到足夠高時，熱運(yùn)動會瓦解磁疇內(nèi)磁矩當(dāng)溫度升高到足夠高時，熱運(yùn)動會瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則排列。的規(guī)則排列。在臨界溫度（相變溫度在臨界溫度（相變溫度Tc ）時，鐵磁）時，鐵磁質(zhì)完全變成了順磁質(zhì)。這

4、個溫度就是質(zhì)完全變成了順磁質(zhì)。這個溫度就是居里點(diǎn)居里點(diǎn) Tc (Curie Point)如：鐵為如：鐵為 1040K，鈷為，鈷為 1390K， 鎳為鎳為 630K5(1) 軟磁材料：軟磁材料： r大，大，(起始磁化率大起始磁化率大)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大 適用于變壓器、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻適用于變壓器、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻 電磁元件的磁芯、磁棒。電磁元件的磁芯、磁棒。4.3. 鐵磁質(zhì)的分類鐵磁質(zhì)的分類特點(diǎn)：特點(diǎn)：矯頑力矯頑力(Hc)小，小，磁滯回線的面積窄而長，磁滯回線的面積窄而長， 損耗?。〒p耗?。℉dB面積?。?。面積?。?。易磁化、易退磁易磁化、易退磁 純鐵，坡莫合金純

5、鐵，坡莫合金(Fe，Ni)， 硅鋼，硅鋼， 鐵氧體等。鐵氧體等。如如(2) 硬磁材料：硬磁材料：鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金矯頑力矯頑力(Hc)大，大，剩磁剩磁Br大大磁滯回線的面積大，損耗大。磁滯回線的面積大，損耗大。適用于做適用于做永磁鐵永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。cH cHHBHcHcH B6(3) 矩磁材料矩磁材料Br=BS ，Hc不大，不大，磁滯回線是矩形。用于磁滯回線是矩形。用于記憶元件記憶元件，錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體當(dāng)當(dāng)+脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生HHc，使使磁芯呈磁芯呈+B態(tài)，態(tài)，則則脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生H0說明說

6、明:dd0,t 則則 i 0, 同向同向 i0, 反向反向abIldrr4. 電源電動勢電源電動勢 E非非FeF+QQ+i提供非靜電力的裝置提供非靜電力的裝置電源電源A將將q從負(fù)極移到正極從負(fù)極移到正極F非非做的功做的功則電源的則電源的電動勢電動勢為：為：qA 從場的觀點(diǎn)：從場的觀點(diǎn)：引入引入 等效非靜電場的強(qiáng)度等效非靜電場的強(qiáng)度非非EqFE非非非非 電源的電源的電動勢：電動勢：dEl 非非dLEl 非非或或?qū)﹂]合回路。對閉合回路。18感應(yīng)感應(yīng)電動勢電動勢 i 內(nèi)是什么力作功？內(nèi)是什么力作功？ 的變化方式：的變化方式：導(dǎo)體回路不動，導(dǎo)體回路不動，B變化變化感生電動勢感生電動勢導(dǎo)體回路運(yùn)動，導(dǎo)體

7、回路運(yùn)動，B不變不變動生電動勢動生電動勢ddit i 為回路中載流子提供能量！為回路中載流子提供能量！它們產(chǎn)生的微觀機(jī)理是不一樣的。它們產(chǎn)生的微觀機(jī)理是不一樣的。電磁感應(yīng)的電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢：1ddiiINRRt 19二二-1、動生電動勢、動生電動勢B不變，導(dǎo)體回路運(yùn)動。不變，導(dǎo)體回路運(yùn)動。1. 產(chǎn)生動生電動勢的機(jī)制產(chǎn)生動生電動勢的機(jī)制1）等效非靜電場）等效非靜電場Ek 導(dǎo)線導(dǎo)線 L 在外磁場中運(yùn)動時，在外磁場中運(yùn)動時，L內(nèi)自由電子受到內(nèi)自由電子受到磁場力作用：磁場力作用： Bvef 洛洛定義非靜電場：定義非靜電場：efEk 洛洛Bv ,sin vBEk 方向方

8、向Bv 2）動生電動勢定義）動生電動勢定義dikLEl dLvBl 動動20Lv B 洛洛f動生動生電動勢的非靜電場電動勢的非靜電場:但是：但是：vBvef 洛矛盾矛盾？ 動動的出現(xiàn)是什么力作功呢？的出現(xiàn)是什么力作功呢？ f洛洛不作功不作功!3. 誰為回路提供電能？誰為回路提供電能？() diLvBl 0 i 2.一般情況下動生電動勢的計算一般情況下動生電動勢的計算 ,0)( Bv () d 2vBl 當(dāng)當(dāng)注意：注意：efEk 洛洛Bv Bvi可見可見,動生電動勢只出現(xiàn)在運(yùn)動的導(dǎo)體上動生電動勢只出現(xiàn)在運(yùn)動的導(dǎo)體上.21電子同時參與兩個方向的運(yùn)動：電子同時參與兩個方向的運(yùn)動：v 方向方向, 隨導(dǎo)

9、體運(yùn)動；隨導(dǎo)體運(yùn)動；u 方向方向, 電子漂移形成電流。電子漂移形成電流?？偮鍋銎澚Γ嚎偮鍋銎澚Γ?2Fff vabf1f2uVFFV 1212() ()0ffvufufv 總洛侖茲力不作功總洛侖茲力不作功即：即：顯然：顯然：11/ ,0,fufu f1作正功作正功，即非靜電力，即非靜電力Ek作功。作功。212,0,fvf ufv f2作負(fù)功作負(fù)功要使棒要使棒ab保持保持v 運(yùn)動運(yùn)動, 則必有外力作功：則必有外力作功： 2ff 外外即：即：1fvfu外外0F V i動動的出現(xiàn)是什么力作功呢？的出現(xiàn)是什么力作功呢？ 結(jié)論結(jié)論: :外力克服洛侖茲力的一個外力克服洛侖茲力的一個分力做功分力做功, ,由

10、另一分力轉(zhuǎn)由另一分力轉(zhuǎn)化為回路中的電能化為回路中的電能22解法一：解法一：由定義由定義daibabvBl 12vBl 方向：方向：ddit dd1()2Blxt 12Blv 解法二解法二: 用法拉第定律用法拉第定律a0 順時針方向順時針方向dlbac dsin30cosaobvBl bSB cos)(lxB 1( )2Blx 例例2. 在均勻磁場在均勻磁場B中中,金屬桿金屬桿ab沿導(dǎo)體框向右以沿導(dǎo)體框向右以v 運(yùn)動運(yùn)動,如圖如圖, =60o, 且且dB/dt = 0,求其上的求其上的 i ? d()iLvBl 此電動勢只出此電動勢只出現(xiàn)在現(xiàn)在ab桿上桿上23例例3. 金屬桿金屬桿oa長長L，在

11、勻強(qiáng)磁場，在勻強(qiáng)磁場B中以角速度中以角速度 反反 時針繞時針繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)動。點(diǎn)轉(zhuǎn)動。 求桿中感應(yīng)電動勢求桿中感應(yīng)電動勢。解法一解法一:dd()ivBl dlBl doailBl 方向方向:a根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律解法二：解法二：任意時刻通過扇形截面的磁通量任意時刻通過扇形截面的磁通量B S 21()2BL dd212iBLt 212BL 根據(jù)動生電動勢定義根據(jù)動生電動勢定義取微分元取微分元dl odl vaa oB d()iLvBl 0iab 24舉一反三：舉一反三：（1）半徑為）半徑為R 的金屬圓盤以的金屬圓盤以 轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動， 求中心與邊沿的求中心與邊沿的? i （2）以下

12、各種情況中）以下各種情況中? i IvIv2roaLv IaLvBEF(a)(b)(c)(d)B B 212iBR 0 i 022iISr t cosiaovBL 0ln2iEFIa Lva 25本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)： （1）掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及物理意義，并會計）掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及物理意義，并會計算感應(yīng)電動勢和判斷方向。算感應(yīng)電動勢和判斷方向。 （2）理解動生電動勢，并會計算一些簡單幾何形狀）理解動生電動勢，并會計算一些簡單幾何形狀的導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動的電動勢。的導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動的電動勢。作業(yè)：作業(yè)：8T1-8 保證了保證了電磁現(xiàn)象中的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的電磁現(xiàn)象中的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的正確正確, 并且也并且也確定了確定了電磁電磁“永動機(jī)永動機(jī)”是不可能的是不可能的。 正是外界克服阻力作功，正是外界克服阻力作功，將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成回路中的電能?；芈分械碾娔?。NS楞次定