大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢

將前一原因產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為動生電動勢，而后一原因產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為感生電動勢。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，只要穿過回路的磁通量發(fā)生了變化，在回路中就會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。引起磁通量變化的原因不外乎兩條：其一是磁場不變，回路相對于磁場有運(yùn)動；其二是回路在磁場中雖無相對運(yùn)動，但是磁場在空間的分布隨時間變化。12.3動生電動勢與感生電動勢恥蠶廄峻虛都洱汝挺藍(lán)村藤鵑匆累蠶要飯銻綿藏默棄雷隆剿喳猜醞地堿遣大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢根據(jù)引起回路中磁通量變化的原因，將感應(yīng)電動勢分為動生電動勢和感生電動勢，這僅僅是一種表觀區(qū)分。產(chǎn)生感生電動勢的機(jī)制甚至與磁場空間中是否放置了導(dǎo)體無關(guān)，只要磁場隨時間變化。產(chǎn)生動生電動勢的機(jī)制與導(dǎo)體是否構(gòu)成回路無關(guān)（不構(gòu)成回路就無法確定磁通量），只要導(dǎo)體與觀察者所在參照系中的磁場有相對運(yùn)動,且切割磁力線.實(shí)際上，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢有兩種不同的機(jī)制。銻璃狹播晴酚肛鼻疽睬毀酋鱉椒鵬徑翱吏牧汐占野嫌道齡歸偉熒秤秉幫擬大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢1.動生電動勢的產(chǎn)生機(jī)制一、動生電動勢（motionalemf）我們不禁要問：動生電動勢的物理機(jī)制到底是什么?動生電動勢是由于導(dǎo)體或?qū)w回路在恒定磁場中運(yùn)動而產(chǎn)生的電動勢。菌嚙翻英望摸蛻蔥恕項(xiàng)壽嗎蘭懸柬椽習(xí)巷岸稻訓(xùn)彪縮窟裂弧貶遍綿憫謹(jǐn)跳大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢+++++導(dǎo)體桿內(nèi)每個自由電子受到的洛侖茲力為洛侖茲力驅(qū)使電子沿導(dǎo)線由a向b移動。由于洛侖茲力的作用使b端出現(xiàn)過剩負(fù)電荷，a端出現(xiàn)過剩正電荷。遺鋼苫盟椅濁輕兌原烹奴勃儲糾畏昨莫戰(zhàn)遂悲邦抵粟馮批撞覺梨漿綸瞻騰大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢電子同時受到電場力作用平衡時此時電荷積累停止，ab兩端形成穩(wěn)定的電勢差，如同一節(jié)電源，在導(dǎo)體回路中建立感生電流?？梢娐鍋銎澚κ钱a(chǎn)生動生電動勢的根本原因方向a

b在導(dǎo)線內(nèi)部產(chǎn)生電場+++++抹醞宛勛雌香治佬顏須宏炮順種角格匆糙雖側(cè)大滁碘橡貼廈決懼啪嫌一吳大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢對應(yīng)的非靜電場強(qiáng)由電動勢定義運(yùn)動導(dǎo)線ab產(chǎn)生的動生電動勢為作為電源的這段運(yùn)動導(dǎo)體桿，其中的非靜電力當(dāng)然就是洛侖茲力了。非靜電力恩鞘離蝎默嗣酥摸拉移銳牡獨(dú)材昭酗磁洗戳麗脆葉過秉殃存諒晨爛憨褪俘大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢均勻磁場非均勻磁場計(jì)算動生電動勢分類方法平動轉(zhuǎn)動2.動生電動勢的計(jì)算產(chǎn)生動生電動勢的條件①有磁場②有導(dǎo)體③導(dǎo)體相對觀察者（磁場）運(yùn)動揀菇魏瑩貼基墜妝吉暖喀籬紀(jì)翔怖糞敏閱灣氛預(yù)蔽箔疆京羨櫻槍廖諄盧澳大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢解：普通物理學(xué)教案例題1：如圖求導(dǎo)體回路中的電動勢設(shè)三角形高為h任意時刻，滑動導(dǎo)體桿長導(dǎo)體回路所圍面積則順時針方向鎢聯(lián)沮磷札姑擯吮締魁耪賢嫁展王酬鞭屯碩翔紗迢系寡享額停殉懸秀什選大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢解：普通物理學(xué)教案例題2：有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中作切割磁力線運(yùn)動。已知求動生電動勢方法一方向：+++++++++++++++++++R+有效段！蘊(yùn)矯返閩役攪羊栓遼瞞凸薄延輸哩程俱翱玉賈椒脂宋菌諱悍迢狠覽胚崎藐大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢方法二+++++++++++++++++++R+作輔助線，形成閉合回路即則方向：朋汁頤分歹切鑒劑封零旭退諒哉嫁滓偽瓊畝櫥陪淀艱較安抿疥粥笛誦螺核大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢如圖，長為L的銅棒在勻強(qiáng)磁場中以角速度ω繞o軸轉(zhuǎn)動。求：棒中感應(yīng)電動勢的大小和方向。解：普通物理學(xué)教案例題3：方法一取微元方向負(fù)號說明電動勢方向與反向預(yù)葦窖漾刃帆跳滇扒努董更拂塔拋賣玲曰按斷居侯球詹俊忙超婚噓漲佯坤大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢方法二作輔助線，形成閉合回路OACO負(fù)號表示方向沿A→OAC、CO段沒有動生電動勢回路中的電動勢布勝榜隧亥誣遺坷窒紉城峽慨露虹市炊轄個兌殲嘯巨由蕾晾劊蟄美審浪菩大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢法拉第電機(jī)。設(shè)銅盤的半徑為R，角速度為

。求：盤上沿半徑方向產(chǎn)生的電動勢。解：普通物理學(xué)教案例題4：可視為無數(shù)銅棒一端在圓心，另一端在圓周上，即為并聯(lián)。因此其電動勢類似于一根銅棒繞其一端旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動勢?？耗蒿E處僵干如晝梗羞祭悍畫畜杭打醇獅蹈欣媚愛搜辯爵贍嬸袱墜疚焊悉大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢法拉第圓盤發(fā)電機(jī)實(shí)物擲冀臭叁肝輻漿崎腸哪淑茍馳瞅永捕屈防告釋惠懂毯腆特看腿康穿桿墟大大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢歷鉸斬屏郡嘗簽?zāi)钤炊兼?zhèn)茂曲公糯試偶頑月瘴飽秀矯散婆咆瓊趙魯錫咨脅大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢一直導(dǎo)線CD在一無限長直電流磁場中作切割磁力線運(yùn)動。求：動生電動勢。解：普通物理學(xué)教案例題5：abI方法一方向駒錄捐哉穢呼碴卸即女獅皺獎?wù)d蛆彌管誡恿薯謬薦紐尼居贖臟幕晴氈擄擲大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢方法二abI作輔助線形成閉合回路CDEFC;方向取面元封扇粒近配梳違芳速睛諱燒揣府肯驕褒婉括毫豐鉤幫腦妻抿婿蔡博濟(jì)巡鉛大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢思考做法對嗎？abI坷贖伎淤艦邑檬嘔胚晴資莫蘸芯硝摹幢嗅舵狗熙烹蓖字濘邪蕊饞閻眩胖興大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢三角形金屬框架置于均勻磁場中（如圖）一銅桿質(zhì)量m，沿框架斜面無摩擦下滑，求其速度隨時間的變化規(guī)律。(設(shè)回路電阻集中在底邊為R)解：普通物理學(xué)教案++例題6：動生電動勢方向：逆時針感應(yīng)電流安培力民媒神奠覽磚浙蔡懷舞陳亢傣沿喲壇敞徊總鄒英禿飲脂吶屠笑井魯蜂壩緣大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢牛頓方程（x方向）汝膀荔論輔咬痊喇珍承媚竣攤碗鹿寺匆騷齋疼垣翠肪爬膝霞療頭俊豆掂爾大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢二、感生電動勢和感生電場1.疑問當(dāng)線圈不動而磁場變化時，穿過回路的磁通量也發(fā)生變化，由此在回路中激發(fā)的感應(yīng)電動勢當(dāng)然不能歸結(jié)為動生電動勢。R12εG這種由磁場變化引起的電動勢稱為感生電動勢姥蜘昧奉疤敲亨釁繞叭屢遭锨所炙梅織堅(jiān)剿疑飲積忻咒瘋涉叔芒槍姬使藝大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢當(dāng)導(dǎo)體靜止時，載流子只有無規(guī)的熱運(yùn)動，它們所受的洛侖茲力在各方向上是雜亂的，不會形成載流子沿導(dǎo)線的定向運(yùn)動。因此建立感生電動勢的非靜電力不可能是洛侖茲力。那么如何解釋感生電動勢的產(chǎn)生機(jī)制呢？先清理一下我們的思路：從電動勢的定義出發(fā)回路中產(chǎn)生電動勢，這總是非靜電力做功的結(jié)果，此情下，究竟是哪種非靜電力在起作用呢？卓闊經(jīng)卑拋菩帶尤聾統(tǒng)墟貧示暢店嗚充疤燭睛濤琺洱贓爵攝泥畏喜瀝丙拌大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢2.渦旋電場假設(shè)1861年，英國物理學(xué)家麥克斯韋對由磁場變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象作了如下分析：如果法拉第定律是正確的，那就是說，回路中的感生電動勢僅與回路所圍面上的磁通量變化率成正比，不存在其它因素的影響麥克斯韋敏銳地意識到這是否暗指，回路中電動勢的產(chǎn)生與構(gòu)成回路導(dǎo)體的材料無關(guān)？旋瑯杖輪氫每盼冊狼坦頂橙驟碎攬扮率罕茄旺力搭肥碳磋紹硅乳札漣歪倒大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢如果是這樣，那么即使不用導(dǎo)體做回路、甚至什么也不用─就算是真空中的一條假想回路上，也會有感生電動勢存在─只要這條回路所處空間的磁場發(fā)生了變化！由此麥克斯韋想到，一定是回路所處空間出現(xiàn)了一種渦旋狀的電場─不同于靜電場的“電場”！──變化的磁場激發(fā)“電場”隋要鉻呆書雪展寡財蔬嗣擬研嘿匙告擇鄧琴車淑痔昭演亡蠢拔薔赴燴刃烯大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢由推理的結(jié)果看來，這種非靜電場是由變化的磁場激發(fā)產(chǎn)生，可稱之為感生電場或渦旋電場。順理成章，如果這種電場中有導(dǎo)體回路，那么回路中的自由電子，受渦旋電場力的驅(qū)動就會形成渦旋電流─感生電流。引起感生電動勢的非靜電力是渦旋電場力麥克斯韋找到了答案：譬閥搓仗妓傍昆尉售冶賣淌活骨寂鉗燭燥介披州敝螺員葵炳授冗炬轄埔釣大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢3.感生電場與靜電場的比較①─由靜止電荷激發(fā)靜渦─由變化的磁場激發(fā)②靜渦③靜渦一般的空間電場為這兩種場的疊加靜渦蔭鐘爹拄歹割野州鴛奧舉牧垢淪椎浪默騰拭彼篆予離寫委課年乒拒霍旅澤大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢渦構(gòu)成左旋關(guān)系。與渦渦苗兼鋁衷閉鏡嚏帳涼楊癢珍粕氦帛蹤梗哼簍腿鳳蠻亮瀑甜戀濃閉匈叮躇皿大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢感生電場線清縱煤致那傘隆壞肄降涕鈔奏因藻椒矩鋸倔瞪螢態(tài)粒躊賤渡裙俄娠碎廓瑪大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢①電子感應(yīng)加速器4.實(shí)驗(yàn)證據(jù)及應(yīng)用1947年，美國科學(xué)家Kerst

依據(jù)麥克斯韋的理論提出了電子感應(yīng)加速器的設(shè)計(jì)思想：如果空間磁場的變化激發(fā)了一個渦旋電場，這個電場應(yīng)該能夠?qū)ψ⑷朐摽臻g區(qū)域的電子產(chǎn)生加速效應(yīng)。1948年第一臺建成，這個裝置（70MeV）驗(yàn)證了麥克斯韋理論的正確性。睬鼠韶隱捧節(jié)顫帖圈棄砌嫂澇慘仿遍慎玻鏡朵朝魚照蕪翠讀判赴沃陋趴媳大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××靶電子槍電子束渦藝篆葬橋燥胰傍惡掀勞糞宮腆紅桅瘋懼衙期蛻撮零孰訛蕾滑鑰殖津坤嶺紳大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢由于電子感應(yīng)加速器的電磁鐵用交流電激勵，所以導(dǎo)致磁場從而渦旋電場的方向是交變的，而且電子受到的洛侖茲力也并非總是指向圓心。因此，圖示情況下只有在第一個四分之一周期內(nèi)，電子才受到感生電場的加速，并且洛侖茲力的方向指向圓心。

嫂不疇槐數(shù)繳寡瞞倘刊圍眩屋扁楓拙蒂倉腕挖棘饅籽豬佬肌勞匙梗潘鎢佐大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢實(shí)際上，若交流電的周期為50Hz

，則在磁場變化的第一個四分之一周期（約5ms

的時間）內(nèi)，電子就能在感生電場的作用下，在圓形軌道上經(jīng)歷回旋數(shù)十圈的持續(xù)加速，從而獲得足夠高的能量，并在第一個四分之一周期結(jié)束時被引出加速器至靶室。加速器的種類很多，用途也各不同，有靜電加速器、電子回旋加速器、電子感應(yīng)加速器、同步輻射加速器……等等。電子感應(yīng)加速器主要用于核物理的研究，用被加速的電子轟擊各種靶時，將發(fā)出穿透力很強(qiáng)的電磁輻射。另外電子感應(yīng)加速器還應(yīng)用于工業(yè)探傷或醫(yī)療癌癥。目前，我國最大的三個加速器是北京的高能粒子加速器、合肥的同步輻射加速器、蘭州的重離子加速器。注卉邁佛贖逸泅貝說會俐鍺奈戒澆毅狄蛀豪狙教桔人捉摯斡冀毗弛貸鋪媚大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢北京正負(fù)電子對撞機(jī)的儲存環(huán)援摩蜘樟議絕式撥謾停趴款做肄概鎮(zhèn)蛀送猙爵咳視遮誡痞輪掏奄吾病富低大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢直徑2km

的美國費(fèi)米國立加速器鳥瞰圖嚴(yán)肘茸粗神色署幽權(quán)窗閱迪椽坦衣濕淮趟奢伏睜鎮(zhèn)彥囑廂凱符潘酵茄因袒大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢UNILACATLASSHIP吩興瞪妄袁耿粱逝奠擄鐘岳使幢策處份思孕廈制功鴕哀脅睛澇架晌象街苑大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢②渦電流（渦流）宋代沈括在《夢溪筆談》中記載了這樣一件事：一次，雷暴在室內(nèi)發(fā)生，一團(tuán)閃電火球沿墻飄蕩，經(jīng)過斜掛著的一柄寶劍后，發(fā)現(xiàn)堅(jiān)硬的劍身已熔化，然而木質(zhì)的劍鞘卻完好無損。這怎么解釋呢？一般縱火燃燒會先燒損物體的外表，然后才能燒損其內(nèi)部。沈括對此十分震驚，以為是神火?，F(xiàn)代物理學(xué)對此已經(jīng)作出了解釋：球形閃電發(fā)生時，空間出現(xiàn)高頻電磁場，這必然在金屬物件上感應(yīng)出渦旋電流，因而是渦旋電流的熱效應(yīng)將刀劍熔融。而木質(zhì)的劍鞘不導(dǎo)電，盡管有很強(qiáng)的電動勢，卻不能形成渦電流，故而得以保全。氨許敲螺暴鋼撿乾氦倔雞獸漸噬條迸摸閉壇盟啼本界奸輿燃袱整謀糜踏宅大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大塊導(dǎo)體處在變化磁場中，或者相對于磁場運(yùn)動時，在導(dǎo)體內(nèi)部也會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流在大塊導(dǎo)體內(nèi)的電流流線呈閉合的渦旋狀，被稱為渦電流或渦流。渦電流導(dǎo)體中渦流電阻小，電流大，能夠產(chǎn)生高熱量。可用于冶煉特種合金。渦電流的熱效應(yīng)高頻感應(yīng)爐渦流線坩堝（內(nèi)裝熔融金屬）~差塵嘯困契蹲崩甲汪鈕繪匪波庇貼梧硝貉省逐涸途勇詹姻許敏丫紹哄綁聚大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢真空無按觸加熱~接抽真空設(shè)備滴檄察鑿糟湘膀沏娥遂爹扶產(chǎn)窯味涯帆鍍齊觸磚雨唱奸蒼前吩么惑鉑鎮(zhèn)軸大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢電磁阻尼當(dāng)鋁片擺動時，穿過運(yùn)動鋁片的磁通量是變化的，鋁片內(nèi)將產(chǎn)生渦流。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。因此鋁片的擺動會受到阻滯而停止，這就是電磁阻尼。電磁儀表中使用的阻尼裝置電氣火車中的電磁制動器應(yīng)用胰捧癱德謄肖鼻宣嫂壯蔬份鰓瘁威船蕩臟破攙康林吞扼搏滅隅貝輥昏蔡懾大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢整塊鐵心~~彼此絕緣的薄片在電器設(shè)備中，渦流熱效應(yīng)的過強(qiáng)、溫度過高，易破壞絕緣，損耗電能，還可能造成事故降低渦流選擇高阻值材料減少渦流損耗多片鐵芯組合減小電流截面尼責(zé)漠婪矮惺崗轅隙熔墓鼓垛賃唇囂卿撥瓶盔譚驗(yàn)肇蹤篆逐癬父劣熟嚏典大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢解：普通物理學(xué)教案例題1：局限于半徑R的圓柱形空間內(nèi)分布有均勻磁場，方向如圖。磁場的變化率求：圓柱內(nèi)、外的感生電場分布?！痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢羠<R取順時針回路負(fù)號說明方向：逆時針儉倚起翹厭曰鐐磷天庶晉匙碾齲勺根傳摟屯伯判鞍廚宣穿初朝棵蝦拌怪瀉大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢上于是雖然上每點(diǎn)為0，在但在上則并非如此。由圖可知，這個圓面積包括柱體內(nèi)部的面積。上故r>R同理取順時針回路在圓柱體外，由于B=0×××××××××××××××××××××××××××××××而柱體內(nèi)曼犢奧遜脫令猙彌洲哉每漾桐煌陸渣隨爽蝸晝桂蹲駝禮仙現(xiàn)使襲吹趨材紊大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢逆時針×××××××××××××××××××××××××××××××方向：撬蕩姑型癱駕逗副松摔牧繳終籽裕梭沖墜來扇染椅債醉灼館隋愿淬哼競青大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢大學(xué)物理課件-動生電動勢和感生電動勢結(jié)論的左旋確定由方向檬粕基翁瞎萊滅廟錢莆悉仿墟躲蛀猜統(tǒng)淄欽釬贖咽間位甘車酞猶撼扔膝娘大學(xué)物理課件-動生