電磁感應(yīng)定律.ppt

2019/7/8,第十一章 電磁感應(yīng),電磁感應(yīng)的基本規(guī)律（重點(diǎn)） 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)（重點(diǎn)） 感生電動(dòng)勢(shì) （重點(diǎn)） 渦旋電場(chǎng) 自感與互感 磁場(chǎng)能量與磁場(chǎng)能量密度 位移電流 麥克斯韋方程組,11-1 電磁感應(yīng)的基本規(guī)律,一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象,1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)一閉合回路所包圍的面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就產(chǎn)生電流，這種電流被稱為感應(yīng)電流，這一現(xiàn)象被稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象,2 楞次定律,回路中感應(yīng)電流的方向，總是使感應(yīng)電流所激發(fā)的磁場(chǎng)來阻止或補(bǔ)償引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。,二 法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比,式中 k 是比例常數(shù)，在(SI)制中 k =1,（1）負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電流的效果總是 反抗引起感應(yīng)電流的原因 楞次定律,是通過回路的磁通量， 代表的意義？,與 有何區(qū)別？,（2）,* 只要閉合導(dǎo)體回路磁通量發(fā)生變化就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,（2）N匝線圈串聯(lián)時(shí)的法拉第電磁感應(yīng)定律,N匝相同線圈串聯(lián)組成回路,若通過每個(gè)線圈的磁通量相同,若閉合回路中電阻為R,產(chǎn)生的 感應(yīng)電荷,稱為線圈的磁通鏈數(shù),三 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,解：,在無限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線的磁場(chǎng)中，有一運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體線框，導(dǎo)體線框與載流導(dǎo)線共面，求線框運(yùn)動(dòng)到距導(dǎo)線距離為 l0 時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。,解,通過面積元的磁通量,（方向順時(shí)針方向）,例11-2,電動(dòng)勢(shì),電源,將單位正電荷從電源負(fù)極推向電源正極的過程中，非靜電力所作的功,定義,表征了電源非靜電力作功本領(lǐng)的大小,反映電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電 能本領(lǐng)的大小,非靜電性場(chǎng)強(qiáng),對(duì)閉合電路,11-2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),兩種不同機(jī)制,相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參照系，若磁場(chǎng)不變，而導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)（切割磁場(chǎng)線） 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參照系，若導(dǎo)體回路靜止，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化感生電動(dòng)勢(shì),一. 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),電子受洛倫茲力, 非靜電力,直導(dǎo)線在均勻場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，三者相互垂直。,1）非靜電場(chǎng)強(qiáng),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的一般情況,2）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),結(jié)論：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)是洛倫茲力, 洛倫茲力是形成動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力。,例11.3,在勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 中，長(zhǎng) R 的銅棒繞其一端 O 在垂直于 B 的,平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為 ,O,R,求 棒上的電動(dòng)勢(shì),解,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),dl,方向,二 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算,例11-4 如圖金屬桿AB以速度v 平行于長(zhǎng)直載流導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)。 已知導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度為I . 求：金屬桿AB中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。,解：,作業(yè)：P103 11-3,4,5,11-3 感生電動(dòng)勢(shì) 渦旋電場(chǎng),感生電場(chǎng)（渦旋電場(chǎng)）,一 感生電動(dòng)勢(shì),設(shè)一個(gè)半徑為R 的長(zhǎng)直載流螺線管，,內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為,，若,為大于零,的恒量。求管內(nèi)、外的感應(yīng)電場(chǎng)。,例11-6 求軸對(duì)稱分布的變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng),解：,求管外的感應(yīng)電場(chǎng)。,例11-7,一被限制在半徑為 R 的無限長(zhǎng)圓柱內(nèi)的均勻磁場(chǎng) B ， B 均勻增加，B 的方向如圖所示。,求 導(dǎo)體棒ON、CD的感生電動(dòng)勢(shì),解,方法一(用感生電場(chǎng)計(jì)算):,方法二(用法拉第電磁感應(yīng)定律):,(補(bǔ)順時(shí)針回路 ODCO),11-4 自感與互感,一 自感,I(t) B(t) F(t),自感系數(shù),L自感系數(shù) 與線圈大小、形狀、周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)；與線圈是否通電流無關(guān),線圈反抗電流變化的能力, 一種電慣性的表現(xiàn),(1)式中的負(fù)號(hào)表示自感電流反抗線圈中電流變化,(2)L越大對(duì)同樣的電流變化自感電流就越大即回路中電流越難改變,3、 自感電動(dòng)勢(shì),4、 自感系數(shù)的計(jì)算,假設(shè)電路中流有電流 I , IB ，再計(jì)算 L= /I,例11-8求單層密繞長(zhǎng)直螺線管的自感 已知 l、 N、S、,解: 設(shè)回路中通有電流 I,L僅與回路、介質(zhì)有關(guān),二 互感,互感電動(dòng)勢(shì),互感系數(shù),線圈1內(nèi)電流的變化，引起線圈2內(nèi)的電動(dòng)勢(shì),2019/7/8,例 11-11 在磁導(dǎo)率為 的均勻無限大的磁介質(zhì)中，一無限長(zhǎng)直導(dǎo)線與一寬、長(zhǎng)分別為b 和 l 的矩形線圈共面，直導(dǎo)線與矩形線圈的一側(cè)平行，且相距為 . 求二者的互感系數(shù).,解 設(shè)長(zhǎng)直導(dǎo)線通電流,11-5 磁場(chǎng)能量與磁場(chǎng)能量密度,一 磁場(chǎng)能量,磁場(chǎng)能量密度,解,根據(jù)安培環(huán)路定理,螺繞環(huán)內(nèi),取體積元,例11-12,一由 N 匝線圈繞成的螺繞環(huán)，通有電流 I ，其中充有均勻磁介質(zhì),求 磁場(chǎng)能量Wm,麥克斯韋假設(shè) 電場(chǎng)中某一點(diǎn)位移電流密度等于該點(diǎn)電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率.,位移電流密度,位移電流,11-6 位移電流,（1）全電流是連續(xù)的； （2）位移電流和傳導(dǎo)電流一樣激發(fā)磁場(chǎng)； （3）傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱，位移電流不產(chǎn)生焦耳熱.,全電流,注意：,傳導(dǎo)電流密度,位移電流密度,安培環(huán)路定理,3 麥克斯韋方程組的積分形式 （Maxwell equations）,麥克斯韋方程組,電場(chǎng)是有源場(chǎng),變化磁場(chǎng)可以 激發(fā)渦旋電場(chǎng),傳導(dǎo)電流和變化電場(chǎng)可以激發(fā)磁場(chǎng),磁感線是閉合的,一、法拉第電磁感應(yīng)定律,二、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),第十一章 小結(jié),方向判斷：楞次定律,產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是洛侖茲力.,計(jì)算方法,與所選回路正方向相同。,與所選回路正方向相反。,三、感生電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電場(chǎng),產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是感應(yīng)電場(chǎng)力.,感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法,該式說明：變化的磁場(chǎng)激發(fā)感應(yīng)電場(chǎng),的方向和 的方向成左手旋關(guān)系,該式可計(jì)算高度對(duì)稱分布的感應(yīng)電場(chǎng),四、自感應(yīng)、互感應(yīng),L的方向總是阻礙原電流的變化,M、L的單位：H,線圈周圍沒有鐵磁質(zhì)時(shí)其自感系數(shù)是常數(shù)，僅取決于線圈自身的結(jié)構(gòu)和介質(zhì)。,互感線圈周圍沒有鐵磁質(zhì)時(shí)其互感系數(shù)是常數(shù)，僅取決于線圈的結(jié)構(gòu)、相對(duì)位置和磁介質(zhì)。,自感磁能:,五、磁場(chǎng)的能量,磁場(chǎng)能量密度:,磁場(chǎng)的能量:,六、麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,兩個(gè)基本假設(shè),感應(yīng)電場(chǎng)：,位移電流：,變化的磁場(chǎng)激發(fā)感應(yīng)電場(chǎng),變化的電場(chǎng)產(chǎn)生位移電流,位移電流和傳導(dǎo)電流以相同的規(guī)律激發(fā)磁場(chǎng),1用線圈的自感系數(shù)L來表示載流線圈磁場(chǎng)的能量公式,（A）只適用于無限長(zhǎng)密繞螺線管； （B）只適用單匝線圈； （C）只適用一個(gè)匝數(shù)很多，且密繞的螺線環(huán)； （D）適用于自感系數(shù)L一定的任意線圈。, ,D,一、選擇題,3. 一銅條置于均勻磁場(chǎng)中，銅條中電子流的方向如圖所示，試問下述哪一種情況將會(huì)發(fā)生？,（A）在銅條上 ab 兩點(diǎn)產(chǎn)生一小電勢(shì)差，且Ua Ub， （B）在銅條上 ab 兩點(diǎn)產(chǎn)生一小電勢(shì)差，且Ua Ub， （C）在銅條上產(chǎn)生渦流， （D）電子受到洛倫茲力而減速。, ,A,12-19 如圖，一金屬棒彎成一圓環(huán)