电磁感应现象法拉第电磁感应定律要点.ppt

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电动势,2、电源电动势,描写电源将其它形式能量转变成电能的能力。,负载,A,B,电源,在电源内部存在一非静电力，该非静电力将正电荷从电势低的电源负极移动到电势高的正极，与静电力相反，因此在电源内部存在一非静电场E,k,。,非静电场对电荷dq的非静电力,定义电源电动势,在电源内,电荷dq,由负极移到正极时非静电力所作的功,描述电源搬动电荷的能力,电动势是标量,但含正负。,规定：,电动势的正方向：,由负极经电源内部指向正极,电磁感应定律,一,电磁感应的基本现象,当回路磁通发生变化时在回路中产生电流的现象称为,电磁感应现象,。产生的电流叫感应电流。,回路中有电流，意味着回路中有电动势，这个电动势是由磁通量的变化引起的，故叫,感应电动势,。,确切讲，电磁感应现象应理解为：,当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势。,感应电动势比感应电流更能反映,电磁感应的现象的本质。,二.规律,1,.法拉第定律,2,.楞次定律,法拉第 经过十年不懈的探索，1831年得出：,一匝线圈,的感应电动势,的大小,当回路磁通变化时，感应电流产生的磁通量总是反抗回路中原磁通量的变化。,负号表示感应电动势总是反抗磁通量的变化,3,.法拉第电磁感应定律,配以某些约定,两定律综合,约定,选定,回路的绕行方向（计算正方向）,当,磁力线方向与所套链绕行方向,成右手螺,旋时磁通量为正,；,反之为负,。,当计算所得,0,时，,其,方向与绕行,方向一致,；,0，与绕行方向相反。,配以某些约定,两定律综合,如均匀磁场,.,.,.,均匀磁场,若,绕行方向,取,如图示的回路方向,按约定,0,电动势的方向,与所选绕行方向一致,按约定,磁通量取负,正号说明,选取的两种绕行方向所得的结果相同,使用,意味着约定！,磁链,对于,N,匝串联回路 每匝中穿过的磁通分别为,说明,则有,称为磁链,当每一匝线圈的磁通都相等时，,法拉第抓住感应电动势，,而不是感应电流，,感应电动势更本质。,图中,L,若是导线，,则有,，,也有,i,;,图中,L,若是空气，,则有,，,没有,i,;,注意：感应电流的方向与,感应电动势的方向总是一致的。,L,感应电流,.感应电流、感应电量,感应电量为：,感应电量只与回路中磁通量的变化量有关，与磁通量变化的快慢无关。,因为感应电流又可表示为：,1,.选择回路的绕行方向，确定回路中的磁感应强度,B,；,2,.由,求回路中的磁通量,m,；,3,.由,求出,；,4,.由,的正负判定其方向,应用法拉第电磁感应定律解题的方法,L,a,b,I,例,1,：,在通有电流为,I=I,0,cos,t,的长直载流导线旁，放置一矩形回路，如图所示，回路以速度,v,水平向右运动，求回路中的感应电动势。,解：,建立坐标系，,如图所示取一窄带,dx,，,x,dx,x,o,电流I产生的磁感应强度为：,设回路方向为顺时针,L,I,S,例,2,：,长直螺线管绕有,N,匝线圈，通有电流,I,且 （C为常数且大于零），求感应电动势。,B,解：,方向顺时针,方向逆时针,感应电动势,磁通量,m,变,动生电动势,磁场不变，回路面积,S,变,感生电动势,回路不动，磁感应强度变,在磁场中,导体棒AB以,v,沿金属导轨向右运动,导体切割磁力线,回路面积发生变化,导体内产生动生电动势。,自由电子所受的洛仑兹力,产生动生电动势的实质,是由于运动导体中的电荷在磁场中受洛仑兹力,f,L,的结果,。,一、动生电动势,动生电动势与感生电动势,起因：,由,得:,代入,得:,方向：,电动势方向从负极到正极。,以上结论普遍成立。,大小：,为 与,的夹角,为 与 的夹角。,如果整个回路都在磁场中运动，则在回路中产生的总的电动势为：,动生电动势公式：,每个电子受的洛仑兹力,洛仑兹力对电子做功的代数和为零。,对电子做正功，,反抗外力做功,洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递,能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量,所,做的功，通过另一个分量,转换为动生电流,的能量。实质上表示能量的转换和守恒。,发电机的工作原理就是靠洛仑兹力将机械能转换为电能。,结论,动生电动势只存在于运动的一段导体上，而不动的那一段导体上没有电动势。,3.代公式求导体元上的电动势,动生电动势的求解可以采用两种方法：一是,利用“动生电动势”的公式来计算；二是设法构成一种合理的闭合回路以便于应用“法拉第电磁感应定律”求解。,公式：,.动生电动势的计算方法,1、在运动导线上分割取导体元取,2、计算该处的,4、,w,B,例,1,：,在均匀磁场,B,中，一长为,L,的导体棒绕一端,o,点以角速度,w,转动，求导体棒上的动生电动势。,o,L,解,1,：由动生电动势定义计算,d,l,v,l,分割导体元,d,l,导体元上的电动势为:,导体元的速度为:,l,整个导体棒的动生电动势为:,方向沿棒指向,o,点。,与,的夹角：,和,的夹角,：,解,2,：利用法拉第电磁感应定律计算,构成假想扇形回路，使其包围导体棒旋转时扫过的面积；回路中只有导体棒部分产生电动势，虚线部分静止不产生电动势。,o,v,B,扇形面积：,感应电动势为：,由楞次定律可判断动生电动势的方向沿导体棒,指向,o,。,其中,利用法拉第电磁感应定律,与用动生电动势的方法计算的结果相同。,例,2,:,在通有电流,I,的无限长载流直导线旁，距,a,垂直放置一长为,L,以速度,v,向上运动的导体棒，求导体棒中的动生电动势。,解,1,：由动生电动势定义计算,由于在导体棒处的磁感应强度分布是非均匀的，导体上各导体元产生的动生电动势也是不一样的，分割导体元,dx,。,a,L,I,x,dx,x,导体元处的磁场,B,为：,导体元所产生的动生电动势方向沿,x,轴负向，,大小为：,与,的夹角：,和,的夹角,：,解,2,：利用法拉第电磁感应定律计算,构成假想矩形回路，,将回路分割成无限多长为,y,、,宽为,dx,的面元.,整个回路的磁通量为：,穿过面元的磁通量为：,整个导体棒的动生电动势为:,导体所产生的动生电动势方向沿,x,轴负向。,a,L,I,x,dx,回路中的感应电动势为：,v,a,dx,y,B,I,L,由于假想回路中只有导体棒运动，其它部分静止，所以整个回路中的电动势也就是导体棒的电动势。,电动势的方向由楞次定律可知水平向左。,二 感生电动势和感生电场,一.感生电动势产生的原因-感生电场力,1861年，麦克斯韦（1831-1879）大胆假设,“变化的磁场会产生感生电场”,。,他提出：感生电场,的电力线是闭合的，是,一种非静电场。,正是这,种非静电场产生了感生,电动势。,感生电场有什么性质？,看感生电场的环流怎么样？通量怎么样？,不动,变,磁场变化引起的感应电动势称为感生电动势。,按照法拉第电磁感应定律,所以有,（,的正方向与,L,成右手螺旋关系）,现在回路中,由电动势的普遍定义：,感生电场的环流,与,磁场的变化,有联系：,设,感生电场的电场强度,为,因为感生电场的电力线是闭合的，,所以对任一封闭面，感生电场的通量为零。,（,的正方向与,L,成右手螺旋关系）,这就是感生电场的环流规律。,感生电场的通量等于什么？,这就是感生电场的通量规律。,（记）,（记）,感生电场的电力线类似于磁力线，是无头无尾的闭合曲线，呈涡旋状，所以 称之为涡旋电场。,起源,由静止电荷激发,由变化的磁场激发,电力线形状,电力线为非闭合曲线,电力线为闭合曲线,静电场为无旋场,感生电场为有旋场,感生电场与静电场的区别,电场的性质,为保守场作功与路径无关,为非保守场作功与路径有关,静电场为有源场,感生电场为无源场,静电场,感生电场,一般有,由于 的通量为零，,由于 的环流为零，,在稳恒条件下，一切物理量不随时间变化，,静电场的环路定理,.感生电动势与感生电场的计算,（有时需设计一个闭合回路）,方法一：,由电动势的定义,方法二：,由法拉第电磁感应定律,例,1,：,圆形均匀分布的磁场半径为,R,，磁场随时间均匀增加 ，求空间的感生电场的分布情况。,解：,作半径为,r,的环形路径;,1,.,r R,区域,E,感,o,R,B,作半径为,r,的环形路径,;,同理,r R,区域：,E,感,分布曲线,所以,积分面积为回路中有磁场存在的面积，,E,感,r,o,R,例,2,：,圆形均匀分布的磁场半径为,R,，磁场随时间均匀增加 ，在磁场中放置一长为,L,的导体棒，求棒中的感生电动势。,L,o,R,B,h,r,dl,解：,在,dl,上产生的感生电动势为：,由上题结果，圆形区域内部的感生电场：,作用在导体棒上，使导体棒上产生一个向右的感生电动势，,沿 线作半径为,r,的环路，分割导体元,dl,，,其中,则：,E,感,h,o,R,r,dl,其中,方向向右。,法2：用法拉第电磁感应定律求解，,如图构造逆时针方向闭合回路，,讨论,将导体放入变化的磁场中时，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运动，形成涡电流。,I,涡,1.涡电流,(1)工频感应炉的应用,在冶金工业中，某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化，将其放在真空环境中的坩埚中，坩埚外绕着通有交流电的线圈，对金属加热，防止氧化。,抽真空,2.涡电流的应用,电磁感应现象的应用举例：,(2)用涡电流加热金属电极,在制造电子管、显像管或激光管时，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出，必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡电流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。,抽真空,接高频发生器,显像管,(3)电磁炉,在市面上出售的一种加热炊具-电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热，在炉内有一线圈，当接通交流电时，在炉体周围产生交变的磁场，,当金属容器放在炉上时，在容器上产生涡电流，使容器发热，达到加热食物的目的。,(4)电度表记录电量,电度表记录用电量，就是利用通有交流电的铁心产生交变的磁场，在缝隙处铝盘上产生涡电流，涡电流的磁场与电磁铁的磁场作用，表盘受到一转动力矩，使表盘转动。,o,o,由于涡电流在导体中产生热效应，在制造变压器时，就不能把铁心制成实心的，这样在变压器工作时在铁心中产生较大的涡电流，使铁心发热，造成漆包线绝缘性能下降，引发事故。,因此在制作变压器铁心时，用多片硅钢片叠合而成，使导体横截面减小，涡电流也较小。,3.涡电流的危害,谢谢！,汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,