（精選）【大學(xué)物理bjtu】習(xí)題課：互感+磁場(chǎng)能量+位移電流+變化的電磁場(chǎng).ppt

1、通知,陳秋民教授（臺(tái)灣東吳大學(xué)）的物理演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告會(huì)： 6月1日 19：00 在我校機(jī)械樓2層報(bào)告廳舉行。 感興趣的同學(xué)歡迎參加,1,感生電動(dòng)勢(shì),電動(dòng)勢(shì),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),2,無限長(zhǎng)螺線管內(nèi)均勻磁場(chǎng),已知：等腰梯形ABCD,頂角,求：1.梯形回路 方向？,解：,方向 A C D E,2.,3,問：任意時(shí)刻矩形框內(nèi)的 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),解：,4,方向,5,本次課的主要內(nèi)容,自感現(xiàn)象，自感系數(shù)，自感電動(dòng)勢(shì),互感現(xiàn)象，互感系數(shù)，互感電動(dòng)勢(shì),磁場(chǎng)的能量,位移電流及全電流的環(huán)路定理,麥克斯韋方程組,電磁波的能流密度-玻印廷矢量,6,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),感生電動(dòng)勢(shì),自感電動(dòng)勢(shì),互感電動(dòng)勢(shì),計(jì)算自感,計(jì)算互感,7,

2、自感現(xiàn)象,考慮一般情況：由,自感現(xiàn)象 自感系數(shù) 自感電動(dòng)勢(shì),自感系數(shù),單位:亨利(H),L與電流無關(guān)。決定于線圈形狀、匝數(shù)、介質(zhì)等的常量.,當(dāng)回路形狀不變時(shí),8,以長(zhǎng)為l, N匝線圈的“無限長(zhǎng)”直螺線管為例,磁鏈數(shù):,L決定于線圈形狀、匝數(shù)、介質(zhì)等的常量!,管內(nèi)磁場(chǎng):,設(shè)電流I,自感系數(shù),求自感系數(shù)的方法:,9,例:螺繞環(huán)截面為矩形h,N、 R1 、 R2 ,螺繞環(huán)中的介質(zhì)為,求螺繞環(huán)的自感系數(shù),解：,設(shè)給螺繞環(huán)通電流為I,R1,管內(nèi)磁場(chǎng):,磁鏈數(shù):,自感系數(shù),與電流無關(guān)!,10,自感電動(dòng)勢(shì),由于I變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),方向由 楞次定律來判斷,11,例:螺繞環(huán)截面為矩形h,N、 R1 、 R2

3、 ,螺繞環(huán)中的介質(zhì)為,解：,R1,若螺繞環(huán)中電流 ，螺繞環(huán)的自感電動(dòng)勢(shì)?,利用前面例題結(jié)果,12,互感現(xiàn)象,互感現(xiàn)象，互感系數(shù)，互感電動(dòng)勢(shì),互感系數(shù)：,單位:亨利(H),M與電流無關(guān)。由兩線圈各自的形狀、匝數(shù)、填充的介質(zhì)及兩線圈間的相對(duì)位置決定.,13,I1,I2,同理可證明:,證明:,14,通?；ジ邢禂?shù)與,自感系數(shù)間的關(guān)系:,同一圓柱上繞時(shí),相互垂直或相距無限遠(yuǎn)時(shí),15,求：互感系數(shù),解:,設(shè)無限長(zhǎng)導(dǎo)線通有電流,磁場(chǎng):,求磁通量/磁鏈數(shù):,互感系數(shù)：,M與電流無關(guān)!,16,求:螺繞環(huán) 與長(zhǎng)直導(dǎo)線間的互感系數(shù),解：,設(shè)無限長(zhǎng)導(dǎo)線通有電流,磁場(chǎng):,求磁通量/磁鏈數(shù):,互感系數(shù)：,M與電流無關(guān)!,

4、17,互感電動(dòng)勢(shì),2線圈中的互感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件: 只有在1線圈中通入變化的電流.,1線圈中的互感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件: 只有在2線圈中通入變化的電流.,方向由 楞次定律來判斷,18,例:螺繞環(huán)中電流 時(shí)長(zhǎng)直導(dǎo)線中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。,解：,利用前面例題結(jié)果,19,d,a,b,I,已知：如圖。,求：,r,解:,20,討論：,（2）二者如何放置M最?。?（2）當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線如圖放置時(shí)，=0，M=0。,答:,21,證明:,22,在電流不恒定的RL電路中應(yīng)用歐姆定律:,以Idt乘各項(xiàng)并積分,自感線圈貯存了能量:,磁場(chǎng)的能量,計(jì)算磁場(chǎng)能量方法-線圈儲(chǔ)能法,23,以磁場(chǎng)集中的長(zhǎng)直線螺線管為例:,單位體積中的能量-

5、能量密度:,磁場(chǎng)能量：,計(jì)算磁場(chǎng)能量方法-線場(chǎng)能量密度法,24,已知：兩長(zhǎng)直螺線管n、l、I相同。,練習(xí),25,例,螺繞環(huán)中電流為I0時(shí)，螺繞環(huán)內(nèi)存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量。,解：法1,法2:,26,解：,27,回顧：恒定電流的磁場(chǎng),在非恒定電流情況,對(duì) S1,對(duì) S2,矛盾,L,L,位移電流及全電流的環(huán)路定理,電容放電時(shí)，電流I變化,兩極間電場(chǎng)也變化.,28,導(dǎo)線內(nèi)I與極板上 的關(guān)系：,可見雖然傳導(dǎo)電流在電容放電過程中在電容內(nèi)部中斷了，但是在此區(qū)間卻有變化的電場(chǎng),29,關(guān)于位移電流:,(1)位移電流與傳導(dǎo)電流在磁效應(yīng)方面等效。,（2） 物理含義不同。起源不同。,麥克斯韋提出:位移電流假設(shè):,位移電流密度

6、:,位移電流:,放電時(shí):,充電時(shí)：,30,傳導(dǎo)電流與位移電流的比較,自由電荷宏觀 定向運(yùn)動(dòng),變化電場(chǎng)和極化 電荷的微觀運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生焦耳熱 只在導(dǎo)體中存在,無焦耳熱， 在導(dǎo)體、電介質(zhì)、真空 中均存在,都能激發(fā)磁場(chǎng),起源,特點(diǎn),共同點(diǎn),傳導(dǎo)電流Ic,位移電流Id,31,位移電流與傳導(dǎo)電流總稱全電流,全電流的環(huán)路定理:,全電流的連續(xù)性方程:,0,),(,=,+,S,d,j,j,r,r,32,電磁波：,電磁波的能流密度-玻印廷矢量:,傳播速度c=3108m/s .,單位時(shí)間通過與傳播方向垂直的單位面積的能量叫做能流密度。,玻印廷矢量：電磁波的能流密度矢量,33,穩(wěn)恒場(chǎng),變化場(chǎng),=,V,S,V,d,S,d

7、,D,r,r,r,1,0,2,=,S,S,d,D,r,r,0,1,=,L,l,d,E,r,r,S,d,t,B,l,d,E,S,L,r,r,r,r,-,=,2,0,1,=,S,S,d,B,r,r,0,2,=,S,S,d,B,r,r,=,S,L,S,d,j,l,d,H,r,r,r,r,1,S,d,t,D,l,d,H,S,L,r,r,r,r,=,2,2,1,D,D,D,r,r,r,+,=,2,1,B,B,B,r,r,r,+,=,2,1,E,E,E,r,r,r,+,=,2,1,H,H,H,r,r,r,+,=,34,麥克斯韋方程組,1.電場(chǎng)的性質(zhì),電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的內(nèi)在聯(lián)系-統(tǒng)一的電磁場(chǎng).,說明:在任何電

8、場(chǎng)中,通過任何封閉曲面的電位移通量等于該封閉面內(nèi)自由電荷的代數(shù)和.,有源特性,高斯定理:,2.磁場(chǎng)的性質(zhì),無源特性,高斯定理:,說明:在任何磁場(chǎng)中,通過任何封閉曲面的磁通量等于零.,電荷總伴隨有電場(chǎng),磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)。磁感應(yīng)線無頭無尾。,35,3.變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的聯(lián)系,變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生渦旋電場(chǎng),改寫了電場(chǎng)的環(huán)路定理:,變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),有磁場(chǎng)的環(huán)路定理:,表明:任何磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合曲線的線積分等于通過以該曲線為邊界的任意曲面的全電流.,4.變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)的聯(lián)系,表明:任何電場(chǎng)中,電場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合曲線的線積分等于通過以該曲線為邊界的任意曲面的磁通量的時(shí)間變化率.,變化的電場(chǎng)一定伴隨有磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)一定伴隨有電場(chǎng),36,歸納起來得到麥克斯韋方程組的積分形式:,請(qǐng)明確各式的物理意義！,表明： 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的性質(zhì),表明： 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的聯(lián)系,37,電磁場(chǎng)的物質(zhì)性,物質(zhì)的性質(zhì):具有質(zhì)量、能量、動(dòng)量等.,能量:,質(zhì)量:,