2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：磁場(chǎng)的能量

磁場(chǎng)的能量

一、載流自感線圈的磁能磁能：貯存于磁場(chǎng)中的能量。LI自感為L(zhǎng)

、通有電流

I的線圈所具有的磁能等于電流消失過程中（I→0）自感電動(dòng)勢(shì)做的功。Wm=ALKAdt

時(shí)間內(nèi)通過燈泡的電量dq=idt

d

AL=εLdq=εLi

d

ti磁場(chǎng)的能量二、磁場(chǎng)的能量Wm

、磁能密度wm螺線管長(zhǎng)l,N匝，橫截面S，內(nèi)介質(zhì)磁導(dǎo)率m

.1.定義：磁能密度wm

單位體積內(nèi)的磁能2.磁場(chǎng)的能量WmV:磁場(chǎng)分布(B≠0)的整個(gè)空間能量存在器件中C能量存在場(chǎng)中通過平板電容器得出下述結(jié)論通過長(zhǎng)直螺線管得出下述結(jié)論靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)L例：同軸電纜，長(zhǎng)L，內(nèi)外半徑R1和R2，管壁間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為1的磁介質(zhì)，電流內(nèi)管去外管回。求此電纜自感系數(shù)分析：計(jì)算磁通，重點(diǎn)：定磁通面積。磁場(chǎng)：管間閉合環(huán)狀磁力線，磁通面：縱截面。zBBzBr例：質(zhì)量m，半徑r0，自感系數(shù)L的細(xì)超導(dǎo)圓環(huán)（零電阻）與一柱形磁鐵同軸放置，圓環(huán)周圍圓柱形對(duì)稱的磁場(chǎng)可近似用磁感強(qiáng)度的豎直和徑向分量和來表示(B0，α，β均為常數(shù))，z和r分別為豎直和徑向位置坐標(biāo)。環(huán)中心初始坐標(biāo)：z=0，r=0。初始圓環(huán)中沒電流，當(dāng)它被放開向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，保持它的軸仍為豎直，試求圓環(huán)中的電流，圓環(huán)隨后將如何運(yùn)動(dòng)？分析：運(yùn)動(dòng)和受力，超導(dǎo)電勢(shì)為零，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力（環(huán)向）為零，環(huán)內(nèi)磁通量為常數(shù)環(huán)內(nèi)磁通：外磁場(chǎng)+自感磁通受力只有重力和洛倫茲力，解：圓環(huán)處總磁通量為外磁場(chǎng)磁通量與自身自感磁通之和超導(dǎo)圓環(huán)電阻為零，因此磁通量變化率為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律由初始條件，通過超導(dǎo)環(huán)的磁通量恒為：zBBzBr圓環(huán)中感應(yīng)電流為圓環(huán)所受安培力根據(jù)對(duì)稱性可知，總是沿豎直向上的z方向，圓環(huán)所受合力簡(jiǎn)諧振動(dòng)電感的串并聯(lián)順串II12逆串II12II12順并II12逆并順串：II12兩繞行方向一致逆串：II12兩繞行方向不一致需計(jì)算沿著電流方向的電