第6章电磁感应本科.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电 流,磁 场,电磁感应,感应电流,1831年法拉第,闭合回路,变化,实验,产生,产 生,?,问题的提出,第6章,电磁感应,6.1 电磁感应,6.2 动生电动势 感生电动势,6.3 自感和互感,6.4 磁场的能量,6.5 麦克斯韦方程组,6.6 电磁场与人类文明,要求在,电源内电路,中存在一种能反抗静电力、并把正电荷由负极低电势处推向正极高电势处的,非静电力,F,k,电源,什么装置能提供非静电力？,例:干电池、发电机、太阳能电池,能将其他形式的能量,转化为电能的装置,如何度量这种本领？,-电动势,一、电源,G,。,。,F,k,F,e,+,6-0 电源 电动势,电动势：,非静电力对应非静电场,从场的观点,：,电源把单位正电荷经内电路从负极移到正极的过程中，非静电力,F,k,所作的功,二、电动势：,(1),反映电源作功能力，与外电路无关,(2),是,标量,，规定其方向为,电源内部,电势,升高,的方向,(3),如果一个闭合电路,L,上处处都有非静电力,F,k,存在,说明：,三、楞次定律,(判断感应电流方向),感应电流的效果反抗引起感应电流的原因,导线运动,感应电流,阻碍,产生,磁通量变化,感应电流,产生,阻碍,闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发,的磁场来阻止或补偿引起感应电流的磁通量的变化。,判断感应电流的方向：,1、判明穿过闭合回路内原磁场,的方向；,2、根据原磁通量的变化 ,按照楞次定律的要求确定感,应电流的磁场的方向；,3、按右手法则由感应电流磁场的,方向来确定感应电流的方向。,与 反向,与 同向,长直导线通有交流电,I=I,0,sin,t,其中,I,0,和,是大于零的常数,在长直导线旁平行放置一,N,匝矩形线圈,线圈平面与直导线共面.已知线圈长为,l,宽为,b,线圈靠近直线的一边距导线的距离为,d,.,解,：,通过面积元,dS,磁通量,（选顺时针方向为正）,例1,:,求：,线框中的感应电动势,通过整个线圈的磁通量,通过N匝线圈的磁通量,则回路中的感应电动势,O,建立坐标轴,取一宽为dx的面元ds：ds=,l,dx,解,：,例2,:,求：,线圈中的感应电动势,穿过单匝线圈的磁通量,穿过,N,匝线圈的磁通量,由法拉第电磁感应定律得,如图所示，在均匀磁场中面积为S，匝数为N的屏幕线圈，以角速度,绕垂直于磁感应强度 的轴,OO,匀速转动,当,t=0,时,线圈平面法线 与,之间的夹角为 。,R,i,O,O,N,B,e,n,在任意时刻,t,线圈平面法线 与,之间的夹角为,令：,交流发电机的制造原理,线圈内磁场变化,两类实验现象,感生电动势,动生电动势,产生原因、规律不相同,都遵从电磁感应定律,导线或线圈在磁场中运动,感应电动势,感生电动势：,根据,引起磁通量变化的原因,不同，将感应电动势划分为,磁场分布不变,导体回路或导线在磁场中运动而引起的感应电动势,动生电动势：,导体回路不动,磁场随时间发生变化而引起的感应电动势,非静电力,动生电动势,?,一、动生电动势,动生电动势是由于导体或导体回路在恒定磁场中,产生,6-2 动生电动势与感生电动势,运动而产生的电动势。,1.动生电动势的成因:,导线内每个自由电子受到的洛仑兹力为:,它驱使电子沿导线由,a,向,b,移动。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,电子受的静电力,平衡时,此时电荷积累停止，,ab,两端形成稳定的电势差。,洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因。,方向,a,b,在导线内部产生静电场,由于洛仑兹力的作用使,b,端出现过剩负电荷，,a,端出现过剩正电荷。,导线运动，其中的自由电子受洛伦兹力而定向运动产生电动势。,洛伦兹力可以看作电子受的 非静电力。,根据电源电动势的定义,非静电场强,确定动生电动势的“方向”,在磁场中运动的任意形状的导线，其动生电动势为：,2.动生电动势的计算,+,B,(1)适用于一切产生电动势的回路,(2),适用于切割磁力线的导体,(3),说明：,(4)闭合回路中的动生电动势为,O,L,求,棒上的电动势,解,方法一(,动生电动势,):,d,l,方 向：,AO,例1,在匀强磁场,B,中，长,L,的铜棒绕其一端,O,在垂直于,B,的,平面内转动，角速度为,规定其方向 O A,在铜棒上距0点为,l,处取一线元dl，,铜棒上总电动势：,式中负号表明的方向与选取的线元dl的方向相反,O,L,方法二(,法拉第电磁感应定律,):,设时间,t,内导体棒切割磁场线转过,角度，扫过的面积为一扇形面积：,取逆时针方向为扇形回路绕行正方向，则S的正法向方向垂直纸面向外，通过扇形面积的磁通量为：,方 向：,AO,作闭合回路,直导线,AB,以速率,v,沿平行于长直载流导线的方向运动，,AB,与载流直导线共面，且与它垂直。设直导线中的电流为,I,导线,AB,长为,L,，,A,端到直导线的距离为,d,.,解：,利用动生电动势定义求解,例2:,求：,导线,AB,上的感应电动势,dx,上的动生电动势为:,负号表明：,A端电势高,o,x,建立坐标轴如图,在AB导线上距O点X处取线元dx,规定其方向 A B,电磁感应,非静电力,洛仑兹力,感生电动势,动生电动势,非静电力,静止的导线圈，只要磁场变化，其中就会有电流。,有,I,（感）,必有,i,存在，非静电力是什么？,1.感生电动势：,导体回路不动,磁场随时间发生变化而引起的感应电动势,麦克斯韦,假设,：随时间变化的磁场在其周围会激发一种涡旋状的电场，称为,感生电场,，其场强用,E,k,表示,。,感生电场,对电荷有力的作用，这种力提供了,非静电力,感生电场力,二、感生电动势和感生电场,感生电动势为：,由法拉第电磁感应定律:,2.感生电动势的计算,因为回路固定不动，磁通量的变化仅来自磁场的变化,在变化的磁场中，有旋电场强度对,任意闭合路径,L,的线积分等于这一闭合路径所,包围面积,上磁通量的变化率。,二、感生电场,感生电场的性质,表明：感生电场为,无源场,表明：感生电场为,非保守场,（非势场）,感生电场线是无头无尾的闭合曲线。,感生电场也叫做,涡旋电场,讨论,S,是以,L,为边界的任一曲面。,此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，即感生,不是积分回路线元上的磁感应强度的变化率,电场是由变化的磁场产生的。,的积分方向成右手螺旋关系,S,的法线方向应选得与曲线,L,：,是曲面上的任一面元上磁感应强度的变化率,与,构成左旋关系。,B,分析：磁场分布具有轴对称性，则空间涡旋电场的电场线是围绕着磁场的一系列同心圆。,R,例1:,求：,解：,在半径为,R,的无限长直螺线管中内部的磁场,B,随时间做线性变化,（）,管内外的感生电场,E,k,管内：作半径为r的同心圆回路L，使L的环绕方向与B构成右手螺旋关系，且设E,涡,方向与线元方向一致,管外：作半径为r的同心圆回路L，则,方向：逆时针方向,r,涡电流：,产生原因：,大块的金属导体处在,变化的磁场中,时，通过金属块的,磁通量发生变化,，从而产生,感应电动势,，在金属内部形成电流，称为,涡电流,。,I(,),I(,),I(,),I(,),I,涡电流特点：,1.热效应：,表明：,交流电频率越高发热越多,感应加热原理,2.磁效应：,阻尼摆,电磁炉加热原理,由静止电荷产生,由变化磁场产生,感生电场（涡旋电场）,静电场（库仑场）,具有电能、对电荷有作用力,具有电能、对电荷有作用力,是一组闭合曲线,起于正电荷而终于负电荷,线是“无头无尾”的,线是“有头有尾”的，,保守场,有旋电场,动生电动势,感生电动势,特点,磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化,闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化,原因,非静电力来源,感生电场力,洛仑兹力,由于,S,或角度的变化引起回路中,m,变化,由于 的变化引起回路中,m,变化,