華中科技大學(xué)大學(xué)物理學(xué)課件電磁感應(yīng)

華中科技大學(xué)大學(xué)物理學(xué)課件-電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)簡(jiǎn)介變化的磁場(chǎng)電磁感應(yīng)是指變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。法拉第定律法拉第電磁感應(yīng)定律描述了感生電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率之間的關(guān)系。楞次定律楞次定律指出感生電流的方向總是阻礙引起它的磁通量變化。磁通量的定義磁場(chǎng)線磁通量是指穿過某一面積的磁力線數(shù)量，是表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的一種物理量。磁場(chǎng)線是用來描述磁場(chǎng)的力的方向，在磁場(chǎng)中，磁力線從磁體的N極出發(fā)，指向磁體的S極，磁力線越密集，磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁通量公式磁通量的公式是：Φ=B·S·cosθ，其中Φ表示磁通量，B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度，S表示面積，θ表示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與面積法線方向之間的夾角。法拉第電磁感應(yīng)定律磁通量變化當(dāng)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過電路的磁通量變化率成正比。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由楞次定律決定，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算1磁通量變化率感生電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過回路的磁通量變化率成正比。2法拉第定律公式E=-dΦ/dt，其中E是感生電動(dòng)勢(shì)，Φ是磁通量，t是時(shí)間。3計(jì)算方法通過計(jì)算穿過回路的磁通量變化率，即可求出感生電動(dòng)勢(shì)的大小。感生電流的產(chǎn)生1磁通量變化當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)2感生電動(dòng)勢(shì)回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3感生電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)驅(qū)動(dòng)回路中的自由電荷運(yùn)動(dòng)感生電流的方向由楞次定律決定，它總是阻礙引起它的磁通量變化。感生電流的方向右手定則右手定則用于確定感生電流的方向。磁場(chǎng)變化方向感生電流的方向與磁場(chǎng)變化的方向相反。楞次定律感應(yīng)電流的方向總是阻礙引起它產(chǎn)生的磁通量的變化。當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反。當(dāng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同。感生電動(dòng)勢(shì)的應(yīng)用發(fā)電機(jī)利用磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。變壓器通過改變線圈的匝數(shù)比來改變電壓，用于電力傳輸和電子設(shè)備。電磁爐利用感應(yīng)電流加熱金屬鍋具，提高烹飪效率。自感和互感1自感當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為自感。2互感當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在另一個(gè)與其靠近的線圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為互感。自感現(xiàn)象當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是阻礙電流的變化。當(dāng)電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相反，減緩電流增加的速度。當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與原電流方向相同，延緩電流減小的速度。自感電動(dòng)勢(shì)當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)的方向總是阻礙電流的變化，即如果電流增加，反電動(dòng)勢(shì)方向與電流方向相反；如果電流減小，反電動(dòng)勢(shì)方向與電流方向相同。自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的自感系數(shù)和電流變化率成正比?；ジ鞋F(xiàn)象當(dāng)兩個(gè)線圈彼此靠近時(shí)，一個(gè)線圈中的電流變化會(huì)在線圈2中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為互感。互感是電磁感應(yīng)的一種重要現(xiàn)象，它在電力系統(tǒng)、電子電路、以及一些工業(yè)設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用?；ジ鞋F(xiàn)象的發(fā)生是由于兩個(gè)線圈之間存在磁場(chǎng)相互作用。當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它的磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化，這變化的磁場(chǎng)會(huì)穿過另一個(gè)線圈，從而在線圈2中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?；ジ邢禂?shù)的大小取決于兩個(gè)線圈的幾何形狀、距離和相對(duì)位置，以及它們的磁導(dǎo)率。互感電動(dòng)勢(shì)定義當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，它會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)。公式互感電動(dòng)勢(shì)的大小與兩個(gè)線圈的互感系數(shù)和電流變化率成正比。應(yīng)用互感現(xiàn)象在變壓器、電感耦合等電路中得到廣泛應(yīng)用。變壓器的工作原理1磁通量變化交流電通過線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化的磁場(chǎng)在次級(jí)線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)3電壓轉(zhuǎn)換通過線圈匝數(shù)比改變電壓變壓器的效率理想變壓器實(shí)際變壓器效率為100%效率低于100%沒有能量損失存在能量損失，例如銅損、鐵損等電動(dòng)機(jī)的工作原理磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)是由定子產(chǎn)生的，定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分。電流通過轉(zhuǎn)子繞組的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用。轉(zhuǎn)矩相互作用的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用電動(dòng)機(jī)電磁感應(yīng)是電動(dòng)機(jī)工作的基礎(chǔ)，電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，如汽車、冰箱、洗衣機(jī)等。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為我們的日常生活提供電力。變壓器變壓器利用電磁感應(yīng)原理改變電壓，使電力傳輸更加高效安全。感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的熱量，在金屬加工、食品加工等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。渦流的產(chǎn)生導(dǎo)體切割磁感線當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向不平行時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流形成閉合回路這些感應(yīng)電流形成閉合回路，稱為渦流或傅科電流。渦流方向遵循楞次定律渦流的方向總是阻礙導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)。渦流的應(yīng)用感應(yīng)加熱渦流可用于感應(yīng)加熱，例如電爐、電焊機(jī)和金屬熱處理設(shè)備。電磁制動(dòng)渦流可以用來制造電磁制動(dòng)器，在火車、電梯和汽車中應(yīng)用。金屬探測(cè)器渦流是金屬探測(cè)器的核心原理，用于探測(cè)埋藏的金屬物體。電磁制動(dòng)1利用磁力制動(dòng)電磁制動(dòng)利用電磁感應(yīng)原理，通過電磁力對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行減速或停止。2應(yīng)用廣泛電磁制動(dòng)廣泛應(yīng)用于各種交通工具，如火車、汽車、電梯和游樂設(shè)施。3優(yōu)點(diǎn)電磁制動(dòng)響應(yīng)速度快，制動(dòng)力可控，且維護(hù)簡(jiǎn)單。金屬探測(cè)器的工作原理1發(fā)射電磁波探測(cè)器發(fā)射交變電流2感應(yīng)電流金屬物體產(chǎn)生感應(yīng)電流3探測(cè)信號(hào)感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，被探測(cè)器接收感應(yīng)電流的危害過熱感應(yīng)電流會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱，甚至引起火災(zāi)。設(shè)備損壞感應(yīng)電流會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成損害，例如燒毀電機(jī)或電路板。磁場(chǎng)干擾感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)干擾周圍其他設(shè)備的正常工作。預(yù)防感應(yīng)電流的措施使用屏蔽材料，例如金屬板或金屬網(wǎng)，將導(dǎo)體包圍起來，防止磁場(chǎng)變化影響導(dǎo)體內(nèi)的自由電子。盡量減少磁場(chǎng)變化的頻率和強(qiáng)度，例如降低交流電頻率或使用磁屏蔽材料。在電路設(shè)計(jì)中，避免使用易產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)構(gòu)，例如避免在導(dǎo)線附近放置磁性材料或使用封閉的線圈結(jié)構(gòu)。感生電動(dòng)勢(shì)的場(chǎng)景分析1發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)線圈在磁場(chǎng)中切割磁感線，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，從而發(fā)電。2變壓器利用感生電動(dòng)勢(shì)原理，改變交流電壓，實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和利用。3金屬探測(cè)器金屬物體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)致電路電流變化，從而檢測(cè)金屬。4電磁制動(dòng)利用感生電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行制動(dòng)，例如火車、電梯等。感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)演示演示感應(yīng)電流的產(chǎn)生，可以使用以下實(shí)驗(yàn)裝置:導(dǎo)線圈磁鐵電流計(jì)將導(dǎo)線圈靠近或遠(yuǎn)離磁鐵，電流計(jì)會(huì)顯示有電流產(chǎn)生。這個(gè)電流就是感應(yīng)電流。復(fù)習(xí)與思考關(guān)鍵概念回顧電磁感應(yīng)的基本原理，包括磁通量、法拉第定律、楞次定律等。應(yīng)用場(chǎng)景思考電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用，例如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、金屬探測(cè)器等。測(cè)試題本節(jié)課結(jié)束后，您可以嘗試以下問題，檢驗(yàn)?zāi)膶W(xué)習(xí)效果：1.什么是電磁感應(yīng)