第17章(電磁感應(yīng))課件

前言歷史背景：社會對電力的需求（1800年，伏打電池，可以獲得持續(xù)電流，代價昂貴）奧斯特（1820年）電流磁效應(yīng)電與磁的相互作用，電磁，磁電A接電池組B法拉第第一次成功的實(shí)驗(yàn)（1831年8月29日）法拉第（1821-1831年）磁的電效應(yīng)？前言歷史背景：社會對電力的需求（1800年，伏打電池，可以1二、法拉第電磁感應(yīng)定律

感應(yīng)電動勢inductionemf1、感應(yīng)電動勢是由磁通量的變化引起的B的變化—感生S的變化—動生2、負(fù)號—表示感應(yīng)電動勢的方向首先任定回路的繞行方向

磁通量方向與繞行方向成右手螺旋時規(guī)定為正感應(yīng)電動勢的方向與磁通量變化方向相反二、法拉第電磁感應(yīng)定律1、感應(yīng)電動勢是由B的變化—感生S的變2

均勻磁場............................均勻磁場若取繞行方向，如圖所示判斷回路L中感應(yīng)電動勢的方向磁通量的變化方向與磁場的方向一致，為正則即與L的繞行方向相反若取繞行方向，如圖所示磁通量的變化方向?yàn)樨?fù)即則與L的繞行方向相同............................均勻磁場均勻磁場.......均勻磁場若取繞行方向3............................均勻磁場3.楞次定律Lenzlaw

閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁場來阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化?！寥羧艋芈分写磐ǖ淖兓较蚺c磁場的方向一致感應(yīng)電流激發(fā)的磁場方向與磁通的變化方向相反回路中磁通的變化方向與磁場的方向相反感應(yīng)電流激發(fā)的磁場方向與磁通的變化方向相反............................均勻磁場........均勻磁場3.楞次定律Len44、磁鏈

magneticfluxlinkage對于N匝串聯(lián)回路，每匝中穿過的磁通分別為則有磁鏈5、純電阻電路中的感應(yīng)電流和感應(yīng)電荷時間通過的電量回路中的感應(yīng)電流4、磁鏈magneticfluxlinkage則有磁5例1.直導(dǎo)線通交流電，置于磁導(dǎo)率為

的介質(zhì)中求：與其共面的N匝矩形回路中的感應(yīng)電動勢解：設(shè)當(dāng)I

0時，電流方向如圖已知其中I0和

是大于零的常數(shù)取回路L方向如圖示建立坐標(biāo)系在任意坐標(biāo)處取一面元例1.直導(dǎo)線通交流電，置于磁導(dǎo)率為的介質(zhì)中解：設(shè)當(dāng)I6交變的電動勢I恒定，平面線圈以速率v向右運(yùn)動，結(jié)果如何？交變的電動勢I恒定，平面線圈以速率v向右運(yùn)動，結(jié)果如何？7

把感應(yīng)電動勢分為兩種基本形式

動生電動勢motionalemf

感生電動勢inducedemf下面研究的問題是：產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力？產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力？性質(zhì)？設(shè)t=0,x=0;則t時刻x=vt把感應(yīng)電動勢分為兩種基本形式設(shè)t=0,x=0;則t8§10.2動生電動勢由楞次定律定方向1、典型裝置：導(dǎo)線ab在均勻磁場中作切割磁力線運(yùn)動電動勢怎么計(jì)算？均勻磁場abab法拉第電磁感應(yīng)定律Ox設(shè)回路L方向如圖L負(fù)號說明電動勢方向與L方向相反§10.2動生電動勢由楞次定律定方向1、典型裝置：導(dǎo)線a92、形成動生電動勢的機(jī)制因此形成動生電動勢非靜電力－－洛侖茲力均勻磁場ab導(dǎo)體內(nèi)的自由電子隨導(dǎo)體以速率v運(yùn)動，受到洛倫茲力：在導(dǎo)體內(nèi)部可等效視為存在“非靜電場”，其場強(qiáng)為：ab2、形成動生電動勢的機(jī)制因此形成動生電動勢非靜電力－－洛侖茲10

適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路注意

適用于切割磁力線的導(dǎo)體結(jié)論只有導(dǎo)線作橫切磁力線運(yùn)動，才能產(chǎn)生動生電動勢均勻磁場均勻磁場適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路注意11洛侖茲力作功嗎？電子隨導(dǎo)線的運(yùn)動速度電子漂移速度功率：洛侖茲力不作功它是功的轉(zhuǎn)移者洛侖茲力作功嗎？電子隨導(dǎo)線的運(yùn)動速度電子漂移速度功率：洛侖茲12動生電動勢作功能量從哪里來？動生電動勢做功功率：P=I

=IBlvab受磁力：Fm=IBl

方向向左若使ab保持勻速運(yùn)動，則需要外力Fext與Fm平衡：均勻磁場abv

所以外力功率：Pext=Fextv=IBlv結(jié)論：電能由外力做功所消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來。動生電動勢作功能量從哪里來？動生電動勢做功功率：P=I=I133.動生電動勢的計(jì)算方法例1導(dǎo)線ab以勻角速度繞a端在垂直于勻強(qiáng)磁場B的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。求ab上的感應(yīng)電動勢，哪端電勢高？××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××ab解：方法一：用取如圖所示b端電勢高（右手定則）3.動生電動勢的計(jì)算方法例1導(dǎo)線ab以勻角速度繞a端14方法二：用設(shè)計(jì)閉合回路如圖所示b端電勢高（楞次定律）ab方法二：用設(shè)計(jì)閉合回路如圖所示b端電勢高（楞次定律）ab15解：在坐標(biāo)處取該段導(dǎo)線運(yùn)動速度垂直紙面向內(nèi)運(yùn)動半徑為例2.在空間均勻的磁場中，導(dǎo)線ab繞Z軸以

勻速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)線ab與Z軸夾角為

設(shè)求：導(dǎo)線ab中的電動勢方向ab解：在坐標(biāo)處取該段導(dǎo)線運(yùn)動速度垂直紙面向內(nèi)例2.在空間均16作輔助線法：添加輔助導(dǎo)線bca，連接導(dǎo)線ab使之成為一個回路。c則此回路在磁場中旋轉(zhuǎn)時，任意時刻的磁通量均為零，故此回路總電動勢為零，所以

ab=cb。作輔助線法：c則此回路在磁場中旋轉(zhuǎn)時，任意時刻的磁通量均為零17例3.一半徑為R的銅盤在均勻磁場B中以角速度

轉(zhuǎn)動，求盤上沿半徑方向產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。均勻磁場

解：圓盤可視為由無數(shù)導(dǎo)線半徑并聯(lián)而成。

圓盤的感應(yīng)電動勢＝每個半徑上的動生電動勢任取半徑，在r處取線元方向：沿半徑由盤心指向盤邊例3.一半徑為R的銅盤在均勻磁場B中以角速度轉(zhuǎn)動，均18例4.求平面線圈在均勻磁場B中作勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。解：=0ABCD

abAB與CD串聯(lián)例4.求平面線圈在均勻磁場B中作勻速轉(zhuǎn)動解：=0ABC194.線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動生電動勢磁場恒定時若角速度恒定N匝線圈交流發(fā)電機(jī)的工作原理4.線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動生電動勢磁場恒定時若角速度恒定N匝線圈交20§10.3感生電動勢和感生電場一.感生電場的性質(zhì)1、感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生的（無源場）

2、感生電場的電力線是閉合線，它是非保守場（渦旋場）產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力是?與靜電場的共同之處：對電荷有力的作用不同之處：感生電場（麥克斯韋）洛倫茲力、庫侖力？§10.3感生電動勢和感生電場一.感生電場的性質(zhì)1、感生21二.感生電場的計(jì)算1.原則............................SS是以L為邊界的面積S與L的方向?yàn)橛衣蓐P(guān)系2.在具有特殊分布時才能被計(jì)算出來如長直螺線管內(nèi)部的場：空間均勻的磁場被限制在圓柱體內(nèi)，磁感強(qiáng)度方向平行柱軸。當(dāng)磁場隨時間變化則感生電場具有柱對稱分布二.感生電場的計(jì)算.......SS是以L為223.特殊情況下感生電場的計(jì)算解：設(shè)場點(diǎn)距軸心為r,根據(jù)對稱性，取以o為心，過場點(diǎn)的圓周環(huán)路L空間均勻的磁場限制在半徑為的圓柱內(nèi)，求：分布的方向平行柱軸，且有負(fù)號表示感生電場的方向與所設(shè)回路的方向相反若若3.特殊情況下感生電場的計(jì)算解：設(shè)場點(diǎn)距軸心為r,根據(jù)對23Bt應(yīng)用..........................勵磁交變電流

環(huán)形真空室顯然電子只有在第一個1/4周期內(nèi)才能被加速。在這段時間內(nèi)，電子可以轉(zhuǎn)幾十萬圈，經(jīng)過的路程超過1000km，最大能量可達(dá)到100MeV電子感應(yīng)加速器的基本原理1947年世界第一臺，70MeVBt應(yīng)用...勵磁交變電流環(huán)形真空室顯然電24可利用這一特點(diǎn)較方便地求其他線段內(nèi)的感生電動勢例6.求上圖中線段ab上的感生電動勢解：補(bǔ)上兩個半徑oa和bo與ab構(gòu)成回路obao例5.圓柱形均勻磁場內(nèi)，求半徑oa上的感生電動勢解：可利用這一特點(diǎn)較方便地求解：補(bǔ)上兩個半徑oa和bo與ab構(gòu)成25求:解：補(bǔ)上半徑oabo設(shè)回路方向如圖o求:解：補(bǔ)上半徑oaboo26r接沖擊電流計(jì)鐵磁質(zhì)I匝匝例7.在測定鐵磁質(zhì)的磁化特性時，H由勵磁電流的大小決定：

B

則由沖擊電流計(jì)測定。沖擊電流計(jì)的作用是測量t時刻通過的電量q設(shè)起始磁化狀態(tài)：橫截面積Sr接沖擊電流計(jì)鐵磁質(zhì)I匝匝例7.在測定鐵磁質(zhì)的磁化特性時27§10.5自感self-induction實(shí)際線路中的感生電動勢問題一.自感現(xiàn)象自感系數(shù)線圈由于自身線路中電流的變化，而在自身線路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象－自感現(xiàn)象自感系數(shù)的定義定義演示取決于線路的物理結(jié)構(gòu),包括大小、形狀、匝數(shù)、介質(zhì)等。自感電動勢的方向總是要使它阻礙回路本身電流的變化.§10.5自感self-induction線圈由于自身線路28例8：求長直螺線管的自感系數(shù)幾何條件如圖解：設(shè)通電流I總長總匝數(shù)幾何條件介質(zhì)或L國際單位:H亨(利)1H=1

?s例8：求長直螺線管的自感系數(shù)解：設(shè)通電流I總長總匝數(shù)幾何條29§10.6磁場能量一、現(xiàn)象二、定量分析以RL回路為例RRabK接a端，燈泡A先亮,B后亮；

K接b端，A立即熄滅，B閃亮一下熄滅能量儲存在自感線圈的磁場中能量從自感線圈的磁場中釋放K閉合RL回路方程積分i§10.6磁場能量一、現(xiàn)象二、定量分析以RL30電源提供的總能量電源克服自感電動勢作的功電阻上消耗的能量自感線圈中的磁場能量三、磁場能量與磁場能量密度磁場能量密度RL電源提供的總能量電源克服自感電動勢作的功電阻上消耗的能量自感31儲能器件C存在場中通過平板電容器得出下述結(jié)論通過長直螺線管得出下述結(jié)論在電磁場中普遍適用各種電場磁場靜電場穩(wěn)恒磁場

類比L儲能器件C存在場中通過平板電容器得出下述結(jié)論通過長直螺線管得32IR1R2l例9.無限長同軸電纜，由半徑分別為R1、R2的兩個同軸