山東大學《電磁學》課件05電磁感應和暫態(tài)過程

1、第五章 電磁感應和暫態(tài)過程 5.1 電磁感應定律5.1.1 電磁感應現(xiàn)象(electromagnetic induction)實驗一、二：感應電流的起因究竟是由于磁棒或通電線圈A和線圈A的相對運動，還是由于線圈A處磁場的變化？實驗三： 不管用什么方法，只要使線圈A處的磁場發(fā)生變化，線圈A中就會產生感應電流。實驗四：在這個實驗里，磁場是恒定的。 當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就產生感應電流，這就是產生感應電流的條件。 閉合回路中有感應電流產生時，這回路中就一定存在著某種電動勢，這種由于磁通量變化而引起的電動勢叫做感應電動勢。感應電動勢比感應電流更能反映磁感應現(xiàn)象的本質。對于電磁感應現(xiàn)象

2、應這樣來理解：當穿過導體回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就產生感應電動勢。5.1.2 法拉第定律例1. 磁感應強度為B的均勻磁場垂直紙面向里， 一矩形導體線框ABCD平放在紙面內，線框的CD邊以速度v沿著AD和BC邊向右滑動，如果CD邊的長度為l，求線框中感應電動勢的大小。5.1.3 楞次定律 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的變化（增加或減少），這個結論叫做楞次定律(Lenz law)。 從更廣泛的角度表述楞次定律：感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。 5.1.4 渦電流和電磁阻尼1.渦流（渦電流）(eddy current)大塊金屬處在變化的磁

3、場中或相對磁場運動，內部會產生感應電流叫做渦電流，簡稱渦流。渦電流2. 電磁阻尼(electromagnetic damping)作用：使擺迅速穩(wěn)定下來而不來回 擺動原理：楞次定律5.1.5 趨膚效應(skin effect)在交流電路里，隨著頻率的增加，在導線截面上的電流分布越來越向導線表面集中的現(xiàn)象。5.2.1 動生電動勢(motional e. m. f.)在恒定磁場中運動的導體內產生的感應電動勢，稱為動生電動勢導體不動，因磁場的變化而產生的感應電動勢，稱為感生電動勢5.2 動生電動勢和感生電動勢5.2.2 交流發(fā)電機原理 設線圈的AB和CD邊長為l ， BC和DA邊長為s，面積S =

4、ls【另法】 ：感應電動勢隨時間變化的曲線是余弦曲線，這種電動勢叫做簡諧交變電動勢。交變電動勢的大小和方向都在不斷地變化，電動勢做一次完全變化所需的時間，叫做交流電的周期，1s內電動勢所做完全變化的次數(shù)，叫做交流電的頻率。5.2.3 感生電動勢(induced e. m. f.) 渦旋電場渦旋電場(vortex electric field)或感應電場(induced electric field)：變化的磁場在其周圍激發(fā)的電場 渦旋電場與靜電場的共同點就是對電荷有作用力。不同之處，一方面在于這種渦旋電場不是由電荷激發(fā)，而是由變化的磁場所激發(fā)；另一方面在于描述渦旋電場的電場線是閉合的，從而它不

5、是保守場。 5.2.4 電子感應加速器即使沒有導體存在，變化的磁場也在空間激發(fā)渦旋狀的感應電場。電子感應加速器(betatron)是加速電子的裝置。5.3 互感和自感兩相鄰的載流線圈，其中任一線圈中的電流變化時，將在另一線圈中產生感應電動勢，稱為互感現(xiàn)象(mutual induction)，所產生的感應電動勢稱為互感電動勢(e. m. f. of mutual induction)。5.3.1 互感系數(shù)5.3.2 自感系數(shù)當一線圈中的電流變化時，它所激發(fā)的磁場通過線圈自身的磁通量也在變化，使線圈自身產生感應電動勢，這種因線圈中電流變化而在線圈自身所引起的感應現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象(self-induction)，所產生的電動勢叫做自感電動勢(e. m. f. of self-induction )。 兩個線圈之間的互感系數(shù)與其各自的自感系數(shù)有一定的聯(lián)系。當兩個線圈中每一個線圈所產生的磁通量對于每一匝來說都相等，并且全部穿過另一個線圈的每一匝，這叫做無漏磁(leakage-flux free) 。5.3.3 兩個線圈串聯(lián)的自感系數(shù)5.3.4 自感磁能和互感磁能1.自感磁能(magnetic energy of self-induction)2.互感磁能(magnetic energy of mutual indu