大物13-1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,电荷,电场,运动的电荷（或电流）,磁场,？,法拉第,（,1791-1867,),13-1,电磁感应定律,1821,年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效应的论文,关于磁针上的电碰撞的实验,。该文给了他很大的启发，使他开始研究电磁现象。经过十年的实验研究，在,1831,年，他终于发现了电磁感应现象。,电磁感应现象揭示了电与磁之间的联系和转化，为人类获取电能开辟了道路，引起了一场重大的工业和技术革命。,13-1,电磁感应定律,1.,电磁感应现象,电磁感应现象,电磁感应现象,当,穿过,一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时（不论这种变化是由什么原因引起的），在导体回路中就有电流产生。这种现象称为,电磁感应现象,。,相应的电动势则称为,感应电动势,。,回路中所产生的电流称为,感应电流,。,电磁感应现象,1831,年法拉第总结出以下五种情况都可产生感应电流：,变化着的电流，运动着的恒定电流，在磁场中运动着的导体，变化着的磁场，运动着的磁铁。,2,楞次定律,判断感应电流方向的,楞次定律,:,闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向，它总是使感应电流所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或者反抗引起感应电流的磁通量的变化。,楞 次,【,演示实验,】,楞次定律,注意,:,（,1,）,感应电流所产生的磁通量要阻碍的是,磁通量的变化,，而不是磁通量本身。,（,2,）,阻碍并不意味抵消。如果磁通量的变化完全被抵消了，则感应电流也就不存在了。,楞次定律,1832,年法拉第发现，在相同的条件下，不同金属导体中产生的感应电流的大小，与导体的电导率成正比。,他认为，当通过回路的磁力线根数,(,即磁通量,),变化时，回路里就会产生感应电流，从而揭示出了产生感应电动势的原因。,他意识到：,感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的；即使不形成导体回路，这时不存在感应电流，但感应电动势却仍然有可能存在。,法拉第,电磁感应定律,通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势 与磁通量对时间的变化率成正比,.,3,法拉第电磁感应定律,式中 称为线圈的磁通链数（简称磁链）或全磁通，表示通过,N,匝线圈的总磁总量。,绕行正方向,绕行正方向,法拉第电磁感应定律,补充：,电动势,+,-,+,r,I,R,电源,恒定电流,静电场,非静电场,非静电场，反抗静电场移动电荷。,单位正电荷,由负极到正极，电势（由静电场产生）升高的方向,把单位正电荷从“”极移到“”极，非静电场作的功,（电源内）,电源的电动势：,电动势的正方向：,e,-+,设在时刻,t,1,到,t,2,时间内，通过闭合导体回路的磁通量由,变到,。那么，对上式积分，就可以求得在这段时间内通过回路导体任一截面的总电量,q,，,这个电量称为,感应电量,。即,:,设闭合导体回路中的总电阻为,R,，,由欧姆定律得回路中的感应电流为,:,法拉第电磁感应定律,如果用 表示等效的非静电性场强，则感应电动势 可表为,法拉第电磁感应定律,例 一长直导线中通有交变电流,I=I,0,sint,，,式中,I,表示瞬时电流，,I,0,是电流振幅，,是,角频率,，,I,0,和,都是常量。在长直导线旁平行放置一矩形线圈，线圈面积与直导线在同一平面内,。,已知线圈长为,l,，,宽为,b,，,线圈近直线的一边离直导线的距离为,d,（,图）。求任一瞬时线圈中的感应电动势。,解,在某一瞬时，距直导线为,x,处的磁感应强度为,I,d,b,l,x,d,x,选,顺时针的转向作为矩形线圈的绕行正方向，则通过图中阴影面积,dS,=,ldx,的磁通量为,在该瞬时,t,，,通过整个线圈所围面积的磁通量为,I,d,b,l,x,d,x,从上式可知，线圈内的感应电动势随时间按余弦规律变化，其方向也随余弦值的正负作逆时针、顺时针转向的变化。,由于电流随时间变化，通过线圈面积的磁通量也随时间变化，故线圈内的感应电动势为,I,d,b,l,x,d,x,磁通可按不同方式变化,感应电动势,:,感生电动势,一般情况：,磁场变化,同时,回路运动,:,动生电动势,磁场变化、回路静止,磁场恒定、回路运动,【,思考,】,非静电力是什么？,感生电场,Lorentz,力,13,2,动生电动势,1,在磁场中运动的导线内的感应电动势,回路或其一部分相对恒定磁场运动，引起穿过回路的磁通变化,动生电动势。,选顺时针回路,电动势方向是从,B,指向,A,当导线 以速度 向右运动时，导线内每个自由电子也就获得向右的定向速度 ，由于导线处在磁场中，自由电子受到的洛仑兹力 为,结果一样！,若,以 表示非静电场强，则有,在磁场中运动的导线内的感应电动势,在一般情况下，磁场可以不均匀,导线在磁场中运动时各部分的速度也可以不同，和 也可以不相互垂直，这时运动导线内总的动生电动势为,由上式可以看出，矢积 与 成锐角时，为正；成钝角时，为负。因此，由上式算出的电动势有正负之分，为正时，表示电动势方向顺着 的方向；为负时，则表示电动势的方向逆着 的方向,。,对于闭合回路,在磁场中运动的导线内的感应电动势,回路,L,方向是任意选定的,这,正好等于上面求得的感应电动势做功的功率。,设电路中感应电流为,I,，,则感应电动势做功的功率为,通电导体棒,AB,在磁场中受到的安,培力大小为 ，方向向左。为了使导体棒匀速向右运动，必须有外力,F,外,与,F,m,平衡，它们大小相等，方向相反。因此，外力的功率为,在磁场中运动的导线内的感应电动势,发电机的原理,例 长为,L,的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面内绕棒的一端,O,匀速转动，如图所示，求棒中的动生电动势。,在铜棒上距,O,点为 处取线元 ，其方向沿,O,指向,A,，,其运动速度的大小为,。,解,显然 、相互垂直，所以 上的动生电动势为,在磁场中运动的导线内的感应电动势,由此可得金属棒上总电动势为,因为 ，所以 的方向为,A,O,，,即,O,点电势较高,.,例 直导线,ab,以速率 沿平行于长直载流导线的方向运动，,ab,与直导线共面，且与它垂直，如图所示。设直导线中的电流强度为,I,，,导线,ab,长为,L,，,a,端到直导线的距离为,d,，求导线,ab,中的动生电动势，并判断哪端电势,较高。,解,（,1,）应用 求解,在导线,ab,所在的区域,长直载流导线在距其,r,处取一线元,d,r,方向向右。,在磁场中运动的导线内的感应电动势,由于,表明电动势的方向由,a,指向,b,b,端电势较高。,2,在磁场中转动的线圈内的感应电动势,设矩形线圈,ABCD,的匝数为,N,面积为,S,，,使这线圈在匀强磁场中绕固定的轴线,OO,转动，磁感应强度 与 轴垂直。当 时，与 之间的夹角为零，经过时间 ，与 之间的夹角为 。,在匀强磁场内转动,的线圈中所产生的电动,势是随时间作周期性变,化的，这种电动势称为,交变电动势,。在交变电动势的作用下，线圈中的电流也是交变的，称为,交变电流或交流,。,在磁场中运动的导线内的感应电动势,交变电动势和交变电流,在磁场中运动的导线内的感应电动势,设对载流导线 段施以安培力 ，使其无摩擦地向右滑动。,根据能量守恒定理,在电路中的作用和电源电动势处于同等地位，说明磁力作功是和电磁感应有内在联系的。,在磁场中运动的导线内的感应电动势,电源处于供应电能的地位，“运动导线 ”反而处于接受电能的地位，所以通常把 称作反电动势。,电源为克服反电动势而用去的电能等于,这正好与磁力所做的功相等,。,在磁场中运动的导线内的感应电动势,电动机的原理,I,【,例,】,Lorentz,力不作功，只传递能量。,Lorentz,力不作功是指,电子受的合洛伦兹力,发电机,电动机,磁力做负功，向外界索取机械能,磁力做正功，向电源索取电能,电能,机械能,洛伦兹力,